Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe nutzt die Energie aus der Umwelt. Dafür bringt sie mithilfe eines Kompressors, auch Verdichter genannt, die in Erde, Luft oder Wasser gespeicherte Wärmeenergie auf ein für die Gebäudeheizung nutzbares Temperaturniveau.

Das Grundprinzip der Wärmepumpe entspricht dem Prinzip eines Kühlschranks. Er entzieht den Lebensmitteln Wärme und gibt sie an die Geräterückseite an die Raumluft ab. Ähnlich arbeiten Wärmepumpen, indem sie der Umwelt Wärme entziehen und sie auf ein höheres Temperaturniveau „pumpen“.

Der benötigte Verdichter wird dabei meist mit Strom betrieben, daher spricht man meist von Elektrowärmepumpen, die auch am häufigsten Verwendung finden. Die benötigte Hilfsenergie entspricht etwa einem Viertel der Heizwärme, so kann mit einer Kilowattstunde Strom, vier Kilowattstunden Wärme erzeugt werden. Dieses Verhältnis von gewonnener Wärme zur eingesetzten Hilfsenergie beschreibt die Leistungszahl. Je höher diese Zahl ist, desto besser die Leistung der Wärmepumpe.

Für die Inbetriebnahme einer Wärmepumpe gibt es drei möglich Wärmequellen: die Luft, das Grundwasser und die Erdwärme.

Luft-Wärmepumpe
Luft-Wärmepumpen entnehmen die benötigte Energie aus der Außenluft. Das hat gleich mehrere Vorteile: Luft ist überall vorhanden, es gibt keine besonderen Anforderungen an das Grundstück und die Installation der Wärmepumpe erfordert nur einen geringen baulichen Aufwand. Die Investitions-Kosten für eine Luft-Wärmepumpe sind deshalb auch deutlich niedriger als für die Alternativen Erd- oder Wasser-Wärmepumpen. Möglich ist auch, die recht warme Abluft aus einem Gebäude als Wärmequelle zu nutzen. Das geschieht meist durch die Kombination mit einer zentralen Lüftungsanlage.

Die Luft-Wärmepumpe hat allerdings einen entscheidenden Nachteil: Der Wärmebedarf im Haus ist gerade dann am höchsten, wenn die Außenluft am kältesten ist. Um im Winter die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle Luft und Vorlauftemperatur der Heizung auszugleichen, wird mehr Antriebsenergie verbraucht. Dadurch sinkt die Arbeitszahl. An sehr kalten Tagen arbeitet die Luft-Wärmepumpe somit relativ ähnlich wie eine reine Stromheizung und damit unwirtschaftlich.

Sole-Wärmepumpe
Das Erdreich speichert eingestrahlte Sonnenenergie über einen längeren Zeitraum und ist damit eine Wärmequelle mit relativ konstanten Temperaturen. Das ermöglicht das ganze Jahr über einen Betrieb mit verhältnismäßig hohen Arbeitszahlen. Die Erdwärme wird mithilfe von Sole, einem Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, aufgenommen und transportiert. Es gibt zwei Möglichkeiten die so genannte Sole-Wärmepumpe zu nutzen: durch horizontal verlegte Flächenkollektoren oder vertikal versenkte Erdsonden. Kostengünstiger, aber mehr Platz brauchen Flächenkollektoren: Hier wird ein Rohrschlangensystem etwa 20 Zentimeter unter der Frostschutzgrenze verlegt, also in 1,00 bis 1,50 Meter Tiefe. Wie viel Meter Rohr und damit wie viel Quadratmeter Grundfläche benötigt werden, hängt von der Beschaffenheit des Bodens ab.

Wasser-Wärmepumpe
Das Grundwasser hat das ganze Jahr meist eine Temperatur von zehn bis dreizehn Grad und bietet damit gute Bedingungen für den Betrieb einer Wärmepumpe. Bei dieser Bauart wird das Wasser über einen Förderbrunnen zur Wärmepumpe geführt, dort abgekühlt und anschließend über einen zweiten Brunnen wieder dem Grundwasser zugeführt. Ob der Betrieb einer Wasser-Wärmepumpe sinnvoll ist, hängt davon ab, wie viel Grundwasser auf dem Grundstück zur Verfügung steht und welche Qualität es hat. Ungeeignetes Wasser kann die Materialien des Wärmetauschers und der Wärmepumpe angreifen.

Wichtig: Eine Wasser-Wärmepumpe muss, ebenso wie eine Sole-Wärmepumpe, von der Wasserbehörde genehmigt werden.

Wirtschaftlichkeit
Das Grundprinzip der Wärmepumpe lautet: je niedriger die zu erreichende Temperatur, also die benötigte Vorlauftemperatur der Heizung, desto höher ist die Leistungszahl. Niedrige Vorlauftemperaturen werden entweder durch große Wärmeübertragungsflächen wie zum Beispiel bei einer Fußbodenheizung, einer  Wandheizung oder einer guten Dämmung der Gebäudehülle ermöglicht. Bei einem schlecht gedämmten Haus mit normal großen Heizkörpern liegt die Vorlauftemperatur circa bei 70°C, bei Flächenheizung und guter Dämmung nur bei 28°C bis 35°C. Wirtschaftlich sind Wärmepumpen nur dann, wenn die Leistungszahl im Jahresschnitt bei über 4,0 liegt.

Leider ist die Technik der Wärmepumpe physikalisch gesehen nicht in der Lage, um in schlecht gedämmten Einfamilienhäusern wirtschaftlich zu sein.

Anders sieht es Niedrigenergie- oder Passivhäusern aus, die durch die Kombination aus Wärmepumpe, Flächenheizung und sehr guter Dämmung der Gebäudehülle sehr wirtschaftlich sind.

Der Nachteil der Wärmepumpe ist ein deutlich höherer Preis gegenüber einem konventionellen Gas- oder Heizölbrenner.