Technik, Auslegung und Betrieb von Wärmepumpen

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.

Wie funktioniert eine 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.

Wie effizient ist eine Wärmepumpe?

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.

Bedeutung der Wärmepumpe in der Energiewende

2017 überstieg die Zahl der installierten Wärmepumpen in Deutschland 1 Mio. Stück. Damit nehmen Wärmepumpen laut Erhebungen des Schornsteinfegerhandwerks einen Anteil von 5 % am 21 Mio. zählenden Gesamtbestand aller zentraler Wärmeerzeuger ein.

Damit Deutschland seinen Ausstoß von Treibhausgasen bis 2050 um mindestens 80 Prozent reduzieren kann, bedarf es laut dena-Leitstudie dann allerdings etwa 7 Mio. (Technologiemixszenario) bis 17 Mio. (Elektrifizierungsszenario) Wärmepumpen.

Denn Wärmepumpen sind ein wesentliches Bindeglied zwischen der Ökostromerzeugung durch Wind, PV und Biomasse. Sie können dann Wärme erzeugen und diese Wärme in einem Pufferspeicher zwischenspeichern, wenn viel Ökostrom im Netz ist und die Strompreise entsprechend günstig sind. Dies hilft, den Stromnetzausbau zu reduzieren und flexibilisiert die Abnahme von Ökostrom.