Funktion, Einsatz und Wirtschaftlichkeit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe

Jede Luftwärmepumpe saugt Luft über einen Ventilator an und leitet diese an den Wärmetauscher bzw. Verdampfer weiter. Da das im Verdampfer zirkulierende Kältemittel eine niedrigere Temperatur als die Luftwärme aufweist, wird die Wärme von der Luft an das Kältemittel der Luft/Wasser-Wärmepumpe übertragen und führt zum Verdampfen des Kältemittels. Die jetzt kalte Luft wird dann wieder nach außen abgeführt. Da die Außenluft direkt durch den Verdampfer der Luft/Wasser-Wärmepumpe geführt wird, kondensiert die Außenluft und das auskondensierende Wasser muss durch einen Kondensatablauf abgeführt werden. Bei niedrigen Außenlufttemperaturen und/ oder hohem Wärmebedarf kann die kondensierte Luft zum Vereisen des Verdampfers führen, der durch eine Umkehr des Kreislaufes bei Bedarf wieder abgetaut wird.

Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe gibt es sowohl für die Außenaufstellung als auch als Innenaufstellung im Gebäude. Diese kompakten Luft/Wasser-Wärmepumpen (sogenannte Monobloc-Wärmepumpen) saugen die Luft an und erzeugen direkt in der Luft/Wasser-Wärmepumpe die entsprechend benötigte Heizwärme.

Bei einer Außenaufstellung muss der Heizwasservor- und -rücklauf daher im Erdreich unterhalb der Frostgrenze vom Gebäude zur Wärmepumpe geführt und die Rohre zur Vermeidung von Wärmeverlusten gut isoliert werden.

Bei der Innenaufstellung z. B. Im Keller erfolgt hingegen die Luftzufuhr und -abgabe über eine Luftkanalanlage durch die Außenwände ins Freie. Um einen thermischen Kurzschluss (Vermischung von warmer Ansaug- und kalter Ausblasluft) zu vermeiden, werden Luft/Wasser-Wärmepumpen in der Regel als Eckaufstellung installiert.

Neben den kompakten Monobloc-System gibt es auch sogenannte Split-Wärmepumpen, bei denen der Verdampfer der Luftwärmepumpe außerhalb und der Verdichterinnerhalb des Gebäudes aufgestellt wird.

Bei den Luft/Wasser-Wärmepumpen werden neben den Standard-Wärmepumpen speziell für die Altbausanierung entwickelte Mittel- und Hochtemperatur-Luftwärmepumpen eingesetzt, die für Vorlauftemperaturenbis 65 °C geeignet sind. In größeren Altbauten können diese Luft/Wasser-Wärmepumpen auch in einer Kaskade zusammengeschaltet werden.

Im Sanierungsbereich kann es sich allerdings auch anbieten, zusätzlich zur Luft/Wasser-Wärmepumpe eine weitere Heizungsanlage zur Spitzenlastabdeckung im Winter hinzuzuziehen. Diese Hybrid Wärmepumpen bestehen dann meistens aus einem Luftwärmepumpenaggregat und einer fossil betriebenen Heizung wie z.B, einer Gasbrennwertheizung oder einer Holzheizung, die bei Bedarf sehr hohe Vorlauftemperaturen bereitstellen kann.

Im Neubausektor werden hingegen vielfach kompakte Luft/Wasser-Wärmepumpen eingesetzt, die einen Pufferspeicher, eine Umwälzpumpe, Sicherheitsventile, Ausdehnungsgefäß, Wärmepumpenregler und einen elektrischen Heizstab in einem Gerät kombinieren. Diese bieten gerade für den Nutzer Vorteile in der Bedienung, bedürfen wenig Platz im Aufstellraum und sind auch in der Montage der Anlage günstiger.

Neben den technischen Unterschieden der beiden Wärmepumpentypen unterscheiden sich eine Luft/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpe vor allem aus wirtschaftlicher Sicht. Da Sole/Wasser-Wärmepumpen immer einen Erdwärmetauscher (Erdwärmebohrungen oder Flächenkollektor) benötigen, sind auch die Anschaffungskosten wesentlich höher als bei Luft/Wasser-Wärmepumpen. Da sie jedoch ein ganzjährig hohes Temperaturniveau der Erdwärme nutzen können, sind auch ihre Jahresarbeitszahl und Betriebs- bzw. Heizkosten im Vergleich wesentlich niedriger. Sole/Wasser-Wärmepumpen amortisieren sich daher in der Regel nach 10 bis 12 Jahren langsamer als Luft/Wasser-Wärmepumpen mit etwa 5 bis 7 Jahren. Steigen jedoch die Preise für Gas, Öl oder auch Holzpellets weiter an, so werden sich beide Wärmepumpentechniken auch im Gebrauch schneller rechnen.

In aller Regel wird im kleinen bis mittleren Leistungsbereich wie z. B. für die Beheizung von Einfamilienhäusern eine Luft/Wasser-Wärmepumpe monoenergetisch ausgelegt. Das bedeutet, dass ab einer bestimmten Außentemperatur ein elektrischer Heizstab die Wärmepumpe unterstützt bzw. die Heizung gänzlich übernimmt. So sind Luft/Wasser-Wärmepumpen bis zu Außentemperaturen von - 20 °C einsetzbar.

Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe wird daher auch nicht nach dem Normauslegungspunkt (z. B. bei einer maximalen Außentemperatur von -16 °C), sondern nach dem Bivalenzpunkt (z. B. - 5 °C) ausgelegt. Dies reduziert die benötigte Heizleistung der Luft/Wasser-Wärmepumpe, steigert jedoch auch den Stromverbrauch der Luftwärmepumpe durch die elektrische Zusatzheizung. Die erforderliche Leistung des Heizstabes ergibt sich dabei aus der Differenz zwischen dem Heizwärmebedarf und der Heizleistung der Wärmepumpe im Normauslegungspunkt.

In der Regel beläuft sich die Heizstableistung auf rund 50 - 60 Prozent der notwendigen Heizleistung. Obwohl der Leistungsanteil des Elektroheizstabes relativ groß ist, beträgt der Arbeitsanteil des Heizstabes allerdings nur etwa 2 - 7 Prozent an der gesamten Jahresheizarbeit, da die Außentemperatur nur an wenigen Tagen im Jahr den Bivalenzpunkt unterschreitet.