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Technik, Auslegung und Betrieb von Wärmepumpen

So setzen Sie Wärmepumpen mit Erdwärme, Luftwärme und Grundwasserwärme effizient und wirtschaftlich zur Heizwärmeerzeugung ein

Wärmepumpen nutzen Erdwärme, Luftwärme oder die Wärme des Grundwassers, um hieraus Wärme zur Heizung bereitzustellen. Trotz der im Vergleich zur Heizung oder des Warmwassers relativ niedrigen Temperaturen dieser Umweltquellen, besteht die letztlich erzeugte Heizungswärme aus rund 75 Prozent dieser Wärmequellen. Daher zählt die Wärmepumpe auch zu den Heizungssystemen, die erneuerbare Energien nutzen. Alle drei Wärmequellen zeichnen sich durch für die Wärmepumpe bestimmende Eigenschaften aus, die es bei der Auswahl einer Wärmepumpe anhand der energetischen Gebäudeeigenschaften zu berücksichtigen gilt.

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Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Funktionsschema Wärmepumpe: Umweltwärme erhitzt das Kühlmittel. Dieses wird komprimiert und erzeugt dabei die für die Heizung notwendige Wärme (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe)
Funktionsschema Wärmepumpe: Umweltwärme erhitzt das Kühlmittel. Dieses wird komprimiert und erzeugt dabei die für die Heizung notwendige Wärme (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe)

Wärmepumpen entziehen dem Erdreich, dem Grundwasser oder der Luft Wärme und "pumpen" diese auf ein höheres Temperaturniveau hoch. Die Technik der Wärmepumpe arbeitet dabei wie jeder Kühlschrank. Dabei ist jedoch das innere des Kühlschranks mit der Wärmequelle gleichzusetzen und die hintere Seite des Kühlschranks, an der die Wärme abgegeben wird, mit den Heizkörpern oder der Fußbodenheizung. Im Inneren der Wärmepumpe zirkuliert wie beim Kühlschrank ein Kühlmittel, das bereits bei sehr geringen Temperaturen verdampft. Dies passiert dann, wenn z. B. Erdwärme an diesen Kreislauf herangeführt wird. Das dann gasförmige Kühlmittel wird dann mit einem meistens strombetriebenen Verdichter (Kompressor) komprimiert, sodass es sich daraufhin stark erhitzt und diese Wärme nachfolgend an die Heizung abgegeben werden kann. Umso höher die erforderlichen Temperaturen, desto mehr Strom muss zur Kompression des Gases eingesetzt werden. Danach verflüssigt sich das Kühlmittel und der Wärmepumpenkreislauf beginnt von Neuem.

Einteilung von Wärmepumpen nach der Antriebsart des Kompressors, der genutzten Umweltwärmequelle und dem Wärmeübergang vom Umwelt- an das Heizmedium (Grafik: energie-experten.org)
Einteilung von Wärmepumpen nach der Antriebsart des Kompressors, der genutzten Umweltwärmequelle und dem Wärmeübergang vom Umwelt- an das Heizmedium (Grafik: energie-experten.org)

Wie effizient ist eine Wärmepumpe?

Das EU-Energielabel für Wärmepumpen macht die Effizienz von Wärmepumpen und weitere Kriterien für den Verbraucher grafisch vergleichbar. (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e. V.)
Das EU-Energielabel für Wärmepumpen macht die Effizienz von Wärmepumpen und weitere Kriterien für den Verbraucher grafisch vergleichbar. (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e. V.)

Aus bis zu 75 Prozent kostenloser Umweltwärme und rund 25 Prozent Strom für den Kompressor erzeugen Wärmepumpen die Wärme, die man zum Heizen und zur Warmwasserbereitung benötigt. Das Verhältnis zwischen Umgebungswärme und Antriebsenergie drückt sich in der Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe aus. Je höher diese Zahl, desto größer ist der Anteil der kostenlosen Umweltenergie und desto weniger Antriebsenergie wird benötigt. Hierfür sollte die Wärmequellentemperatur hoch und die Vorlauftemperatur des Heizkörpers niedrig sein. Eine Jahresarbeitszahl von 4 bedeutet zum Beispiel, dass aus 1 Einheit Antriebsenergie und 3 Einheiten Erd- oder Umweltwärme 4 Einheiten Heizwärme entstehen. In der Praxis wurden im Neubau im Durchschnitt Jahresarbeitszahlen von 3,8 für Erdwärme-Wärmepumpen (Sole-Wasser-Wärmepumpe) und 3,0 für Luft-Wasser-Wärmepumpen gemessen. Wärmepumpen, die die Wärme des Grundwassers nutzen (Wasser-Wasser-Wärmepumpen) erzielen deutlich bessere Effizienzwerte.

Welche Vorteile bietet die Wärmepumpe?

Für den Einbau einer Wärmepumpe sprechen viele gute Gründe:

  • An erster Stelle steht für viele Kunden die Umweltfreundlichkeit vor allem im Vergleich zu den konventionellen Öl- oder Gasheizungen. Wärmepumpen emittieren im Durschnitt wesentlich weniger CO2 und geben auch keine Abgase an die unmittelbare Umgebung ab.
  • Außerdem bieten Wärmepumpen ein hohes Maß an Komfort, indem sie nicht nur als Heizung fungieren, sondern auch zum Kühlen, zur Warmwasserbereitung sowie in Verbindung mit einer kontrollierten Wohnungslüftung genutzt werden können.
  • Darüber hinaus sind sie extrem wartungsarm. So entfallen typische Wartungsarbeiten wie an Öl-, Gas- oder auch Holzpelletheizungen und auch Verschließteile gibt es keine.
  • Ein weiterer Pluspunkt ist die langfristige Stabilität der Heizkosten: Wärmepumpen arbeiten mit nur einem vergleichsweise geringen Stromverbrauch, sodass Strompreissteigerungen wesentlich weniger ins Gewicht fallen. So ergibt sich gerade bei steigenden Energiepreisen eine weitere jährliche Ersparnis.

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"Wärmepumpe: Technik, Auslegung und Betrieb" wurde am 21.08.2012 verfasst und am 03.05.2016 das letzte Mal aktualisiert.