Wärmepumpen

Einleitung

Viele Hausbesitzer und künftige Bauherren stellen fest: Öl und Gas werden immer teurer, für Brennholz brauche ich eine sichere Bezugsquelle und Zeit. Solaranlagen helfen zwar Kosten sparen, aber deren Leistung ist begrenzt. Für ein Holzpelletlager habe ich keinen Platz. Die Optimierungsmöglichkeiten an der bestehenden Heizung sind ausgereizt. Was gibt also es für Möglichkeiten, der Preisspirale zu entkommen und die Heizkosten dauerhaft zu senken?

Die Wärmepumpe hat sich zu Recht einen festen Platz unter den Wärmeerzeugern erobert, und sie tut es umso mehr, je weiter die Energiekosten steigen.

Ist sie doch (nach Brennholz aus eigenem Wald) die Heizung mit den geringsten Verbrauchskosten.

Wie funktioniert eine Wärmepumpenheizung?

Eine Wärmepumpe funktioniert - vereinfacht gesagt - umgekehrt wie ein Kühlschrank. Bei einem Kühlschrank wird im Inneren Wärme entzogen und diese an der Rückseite wieder abgegeben. Die Wärmepumpe dagegen entzieht der Umwelt gespeicherte Sonnenenergie und "pumpt" diese auf ein höheres Temperaturniveau, so daß man damit die Heizung betreiben kann.

Die Wärmepumpe hat im Inneren einen geschlossenen Kältekreis. Zum Beginn des Kreislaufes entzieht der Verdampfer Wärmeenergie aus der Umwelt, was zum Verdampfen des Kältemittels führt. Das Kältemittel gelangt nun in den Verdichter, welcher den Druck im Gas erhöht. Physikalisch bedingt erhöht sich damit auch die Temperatur. Im danach folgenden Verflüssiger wird die gewonnene Wärme an das Heizwasser der Gebäudeheizung abgegeben. Damit das Kältemittel wieder neue Wärme aufnehmen kann, wird es nun im Expansionsventil wieder entspannt. Damit der Kreislauf funktionieren kann, muß dem Verdichter Hilfsenergie - also Strom wie beim Kühlschrank - zugeführt werden. Im Endeffekt werden ca. 3/4 der Heizenergie aus der Umwelt entnommen und 1/4 wird als Strom zugeführt.

Kalt und warm sind relative Begriffe

Daß sich aus einer eigentlich "kalten" Umwelt immer noch Energie entziehen läßt, verdeutlichen folgende Fotos. Sie wurden im Extremwinter 2009-2010 am Außenteil einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe aufgenommen:

Wärmepumpe-Funktionsbeweis

Aus der angesaugten Luft von -12.7 °C werden 4.7 Grad (oder korrekt: Kelvin) entzogen, so daß die Ausblastemperatur nur noch -17.4 °C beträgt. Die der Luft entzogene Energie wird auf ein höheres Temperaturniveau "gepumpt", bei dieser Anlage auf 50 °C. Es hat übrigens bis jetzt niemand in diesem Haus frieren müssen.

Wie gewinnt man die Umweltwärme?

Als Wärmequelle nutzt man hauptsächlich das Erdreich, Grundwasser oder die Außenluft. Welche für die jeweilige Heizung ab besten geeignet ist, richtet sich neben den örtlichen Gegebenheiten nach vielen, zunächst vielleicht unwichtig scheinenden Faktoren.

Wärmequelle Außenluft

Außengerät Luft-/Wasser-Wärmepumpe

Dies ist die baulich einfachste Möglichkeit, eine Wärmepumpenheizung zu errichten. Die Wärme wird direkt der Luft entnommen. Das Aggregat kann im Freien oder auch im Keller stehen. Diese Wärmepumpe wird immer zusammen mit einer Zusatzheizung installiert, da mit sinkenden Außentemperaturen die Leistung des Aggregates ebenfalls abnimmt. Dafür wird heutzutage ein Elektroheizstab genutzt, der aber nur wenige Stunden im Jahr zuheizt (sogenannter monoenergetischer Betrieb). Zu einer sogenannten bivalenten Betriebsweise zusammen mit einem Öl- oder Gaskessel können wir nur noch im Ausnahmefall raten.

Eine Besonderheit ist in dieser Gruppe die sogenannte Split-Wärmepumpe. Sie heißt so, weil der Kältekreis geteilt ist. Zwischen Innen- und Außengerät werden nur dünne von Kältemittel durchströmte Röhrchen verlegt. Sie darf jedoch nur von Kältefachbetrieben - wie wir es sind - installiert werden.

In der Vergangenheit genoß die Luft-/Wasser-Wärmepumpe einen schlechten Ruf, weil die Geräte laut und ineffizient waren. Dies änderte sich mit der technischen Entwicklung. Sie brauchen heute nur noch wenig mehr Strom als die sogenannten "Erd-Wärmepumpen".

Ein Grundsatz bleibt: Soll die Wärmepumpe sparsam und leise sein, ist das Außengerät auch groß und kostet auch mehr in der Anschaffung. Nur große Wärmeübertrager und Ventilatoren können das physikalisch bedingt leisten.

Wärmequelle Grundwasser

Grundwasser-Wärmepumpe Viessmann Werke

Hier wird das Grundwasser direkt genutzt. Es wird aus einem Saugbrunnen gepumpt, durch die Wärmepumpe geleitet und dann über einen Schluckbrunnen wieder zurückgeführt. Für einen zuverlässigen Betrieb ist Vorraussetzung, daß das Grundwasser auf Dauer in geeigneter Qualität und in ausreichender Menge zur Verfügung steht.

Aufgrund der Risiken sich verändernder Grundwasserqualitäten werden wir nur noch in begründeten Ausnahmefällen zu dieser Wärmequelle raten.

Wärmequelle Erdsonde

Erdsonde-Sole-Wärmepumpe Viessmann Werke

Hier wird Grundwasser sowie versickerndes Regenwasser indirekt genutzt. Durch zwei oder mehrere Erdsonden bis je 100 m Tiefe zirkuliert ein Wasser-Glykol-Gemisch, welches die Wärme bis zum Wärmepumpenaggregat transportiert.

Die Erdsonde wird durch ein spezialisiertes Brunnenbohrunternehmen eingebracht. Vorteil ist neben dem geringen Stromverbrauch die hohe Zuverlässigkeit der Wärmequelle und der geringe Platzbedarf auf dem Grundstück.

Wärmequelle Flächenkollektor

Sole-Wärmepumpe Viessmann Werke

Die Umweltwärme wird aus dem Erdreich in ca. 1.5 m Tiefe gewonnen. Hier sind die Temperaturen über das Jahr nahezu konstant. Dazu werden Kunststoffrohre im Erdreich verlegt, in denen das Frostschutzmittel bis zur Wärmepumpe zirkuliert. In jedem Fall müssen die geologischen Bedingungen vor Ort berücksichtigt werden, was dem erfahrenen Fachbetrieb obliegt. Bei einem fachgerecht ausgeführten Erdkollektor entsteht keine nachteilige Wirkung auf die darüber angebaute Vegetation.

Bivalent - monovalent - monoenergetisch, was bedeutet das?

Eine bivalente Wärmepumpenheizung arbeitet zusammen mit einem weiteren Wärmeerzeuger. Das kann ein vorhandener Öl- oder Gaskessel oder auch ein Pellet- oder Scheitholzkessel sein. Nur bei tiefen Außentemperaturen wird der zweite Wärmeerzeuger benötigt. Auch eine monoenergetische Wärmepumpenheizung benötigt Zusatzwärme. Diese wird durch einen elektrischen Heizstab erzeugt, welcher bei niedrigen Außentemperaturen unterstützend eingreift.

Brauche ich eine Fußbodenheizung? Wie mache ich Warmwasser?

Dünnbett-Fußbodenheizung - ideal zum Nachrüsten

Wird ein Haus neu gebaut, so ist eine Fußbodenheizung dringend zu empfehlen, wenn es mit einer Wärmepumpe beheizt werden soll. Die Fußbodenheizung ist jedoch nicht Bedingung. Heutige Wärmepumpenaggregate können bis zu 75 °C Vorlauftemperatur liefern und funktionieren damit auch mit Heizkörpern in bestehenden Gebäuden. Die Warmwasserbereitung kann durch die Wärmepumpe mit erledigt werden. Es gibt auch Warmwasserspeicher, die mit einer eigenen Wärmepumpe beheizt werden.

Kann man mit Wärmepumpen auch kühlen?

Die entsprechende Auslegung und Installation vorausgesetzt, kann man mit modernen Wärmepumpen sein Haus auch kühlen. Energetisch besonders interessant ist die sogenannte passive Kühlung, bei welcher lediglich Stromverbrauch für 2 Pumpen entsteht. Heizung mit Wärmepumpentechnik und Kühlung lassen sich auch kombinieren, siehe auch unter Klimaanlagen.

Was entscheidet über die tatsächlichen Heizkosten?

Bei einer Wärmepumpenheizung ist eine exakte Planung entscheidend für die Wirtschaftlichkeit. Eine genaue Ermittlung des Wärmebedarfes nach EN 12831 ist Grundvoraussetzung. Das Wärmepumpenaggregat darf weder zu groß noch zu klein ausgelegt sein. Daneben müssen eventuelle Sperrzeiten des Stromversorgers berücksichtigt werden.
Bei einem Neubau muß die Hydraulik an die Anforderungen der Wärmepumpe ausgelegt werden. Stets ist ein hydraulischer Abgleich der Heizung vonnöten, damit die Anlage ordnungsgemäß funktionieren kann und der Verschleiß gering bleibt.
Wenn dies alles berücksichtigt wurde, kann eine gute Wärmepumpenheizung 20 Jahre oder länger nahezu wartungsfrei bei gleichbleibend geringem Energieverbrauch arbeiten.

Kann das jeder Heizungsbauer?

Zertifizierung

Es ist ratsam, Planung und Installation einer Wärmepumpenheizung einem erfahrenen Fachbetrieb zu überlassen, der diese Besonderheiten kennt und berücksichtigt. Eine preisgünstige Anlage muß nicht die wirtschaftlichste sein. Entscheidend sind die Heizkosten, die sich im praktischen Betrieb einstellen.
Wir, die Arno Schulz GmbH, verfügen seit 1999 über Erfahrungen mit Wärmepumpen. Wir installieren vorrangig Geräte aus deutscher Produktion, die den hiesigen Anforderungen gewachsen sind.
Seit 2023 verfügt einer unserer Planer über ein Zertifikat des Vereins Deutscher Ingenieure über die spezielle Sachkunde zur Planung und Installation von Wärmepumpen.
Als eingetragene Kälteanlagenbauer haben wir zusätzlich die Zulassung für Arbeiten am Kältekreis. Dies ermöglicht den Einsatz von Gerätetechnik, die ein Heizungsbauer ohne Kältezulassung nicht installieren kann und darf. Als Beispiele seien Wärmepumpen-Splitgeräte genannt.