Letzte Aktualisierung: 20.10.2020
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Technik, Auslegung und Betrieb von Wärmepumpen
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So setzen Sie Wärmepumpen mit Erdwärme, Luftwärme und Grundwasserwärme effizient und wirtschaftlich zur Heizwärmeerzeugung ein
- Wärmepumpen entziehen Umweltwärmequellen wie Erdwärme, Luftwärme oder Grundwasser wärme, „pumpen“ sie auf ein höheres Temperaturniveau und machen sie so für die Beheizung nutzbar. Hierzu benötigt die Wärmepumpe Antriebsenergie. Der überwiegende Anteil der zurzeit eingesetzten Wärmepumpen verwendet hierfür elektrischen Strom.
- Der große Vorteil einer Wärmepumpe gegenüber einer direkten Beheizung mit elektrischem Strom ist, dass durch Nutzung der kostenlosen Umweltwärme mit dem Einsatz von 1 kWh Elektroenergie je nach Umweltwärme ca. 3 bis 5 kWh Wärmeenergie erzeugt werden kann.
- Am effektivsten arbeiten Wärmepumpen in Verbindung mit Niedertemperatursystemen, wie Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen. Diese benötigen aufgrund ihrer großen Übertragungsflächen nur geringe Heizwassertemperaturen, welche sich positiv auf die Effizienz ("JAZ") einer Wärmepumpe auswirken.
- Trotz der im Vergleich zur Heizung oder des Warmwassers relativ niedrigen Temperaturen dieser Umweltquellen, besteht die letztlich erzeugte Heizungswärme zum überwiegenden Teil aus diesen Wärmequellen. Daher zählt die Wärmepumpe auch zu den "erneuerbaren Heizungssystemen".
- Alle Umweltwärmequellen 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?
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.
Funktionsschema Wärmepumpe: Umweltwärme erhitzt das Kühlmittel. Dieses wird komprimiert und erzeugt dabei die für die Heizung notwendige Wärme (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe)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?
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.
Das EU-Energielabel für Wärmepumpen macht die Effizienz von Wärmepumpen und weitere Kriterien für den Verbraucher grafisch vergleichbar. (Grafik: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e. V.)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.
Wechsel zur Wärmepumpe auch im Altbau möglich
Der Bundesverband Wärmepumpe weist darauf hin, dass in vielen Fällen auch in Altbauten der alte Gas- oder Ölkessel gegen eine Wärmepumpe getauscht werden kann, auch ohne dass eine Flächenheizung vorhanden ist. Häufig können dabei sogar vorhandene Heizkörper weiterverwendet werden oder es reichen geringinvestive Maßnahmen, um das alte Gebäude fit zu machen für eine klimaschonende Heizung.
Die Modernisierung der Heizungsanlage muss also nicht notwendigerweise mit hohen Investitionskosten verbunden sein. Hinzu kommt die attraktive Förderung durch den Staat bei dem Austausch eines ineffizienten Kessels gegen eine Wärmepumpe.
BAFA-Förderung & KfW-Tilgungszuschuss für Wärmepumpen
BAFA-Förderung
Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) hat die Förderbedingungen im Marktanreizprogramm (MAP) für erneuerbare Energien deutlich verbessert: Wird eine effiziente Wärmepumpe eingebaut - egal, ob im Neubau oder im Bestand - gibt es 35 Prozent der gesamten Kosten als Förderung dazu. Zu den förderfähigen Kosten (maximal 50.000 Euro pro Wohneinheit) gehören nicht nur die Wärmepumpe nebst Speicher und anderem Zubehör, sondern auch der komplette Einbau-, Installations- und Inbetriebnahmeaufwand. Im Bestand sind sogar 45 Prozent Förderung ("Austauschprämie") möglich, wenn ein Ölkessel durch die Wärmepumpe ersetzt wird.
KfW-Tilgungszuschuss
Gerade im Neubau ist es seit 2020 noch deutlich attraktiver, besser als das Standardhaus, das in der EnEV gefordert wird, zubauen. Und das ist mit einer Wärmepumpe als Heizsystem relativ einfach zu schaffen. Einerseits erhöht sich die Kreditsumme: Statt bisher 100.000 Euro können nun 120.000 Euro pro Wohneinheit als Kredit in Anspruch genommen werden. Gleichzeitig wurde der Tilgungszuschuss erhöht: Für den KfW-55-Neubau gibt es nun beispielsweise statt bisher 5.000 Euro satte 18.000 pro Wohneinheit.
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