Wärmepumpenheizung - Arten, Merkmale und Vorzüge
Bei einer Wärmepumpe handelt es sich um ein Heizsystem, bei dem der Umgebung - dem Wasser, der Luft oder der Erde - Wärme entzogen wird. Diese Wärme wird anschließend an die Heizkörper eines Hauses abgegeben. Es gibt elektrische und mit Gas betriebene Wärmepumpen. Informieren sie sich über die Merkmale und Funktionsweise der Luftwärme-, Wasserwärme- und Erdwärmepumpe.
Wärmepumpenheizung - Generelle Merkmale
Bei einer Wärmepumpenheizung handelt es sich um ein Heizsystem, bei dem der Umwelt Wärme entzogen wird, um diese dann mithilfe einer Wärmepumpe zu erhöhen - schließlich können damit Gebäude beheizt werden. Man unterscheidet mit Gas und elektrisch betriebene Wärmepumpenheizungen.
Der Luftentzug kann dabei aus der Umgebungsluft, aus dem Grund- /Oberflächenwasser sowie aus dem Erdreich erfolgen. Zu den Vorteilen der elektrischen Wärmepumpen gehört ihre emissionsarme Arbeitsweise, sofern ein hoher Anteil an Strom verwendet wird, welcher kohlenstoffneutral ausfällt. Wenn die elektrische Energie aus fossilen Quellen stammt, lassen sich verglichen mit modernen Gasheizungsmodellen nur geringe ökologische Vorzüge erkennen.
Funktionsprinzip
Je geringer die Quellentemperatur, desto geringer auch die Effizienz der Wärmepumpe. Der Aufbau gleicht einem Kühlschrank, zeichnet sich jedoch dadurch aus, dass zum Beheizen die warme Seite verwendet wird.
Die Vorlauftemperatur, also die, mit der man beispielsweise das Wasser in den Heizkreis einbringt, darf einen bestimmten Wert nicht überschreiten. In den meisten Fällen können Wärmepumpen mit Vorlauftemperaturen von höchstens 60 Grad Celsius arbeiten.
Wie bereits erwähnt, sind unterschiedliche Wärmequellen möglich. Dabei handelt es sich um
- feuchte Luft
- feuchte Erde oder
- Wasser.
Die Unterschreitung eines bestimmten Temperaturwertes sollte aber ebenso vermieden werden. Sobald die Verdampfungstemperatur niedriger als 0 Grad Celsius aufweist, kommt es zur Eisbildung auf den Wärmetauscherflächen - der Wärmeübergang wird auf diese Weise deutlich verschlechtert. Aktuell können Luftwärmepumpen bei Temperaturen von bis zu -25 Grad Celsius Außentemperatur eingesetzt werden.
Vor- und Nachteile
Die Wärmepumpe eignet sich nicht für alle Gebäude. Als nachteilig gelten die hohen Anschaffungskosten sowie der höhere Stromverbrauch. Ebenso zählen
- der teils hohe Lärm
- der teils hohe Platzbedarf
- die teils benötigten Genehmigungen
- hohe Betriebskosten bei schlechter Dämmung und zu hohen Vorlauftemperaturen
zu den negativen Aspekten. Vorteilhaft ist allerdings:
- die Möglichkeit eines CO2-freier Betriebs
- es wird kein Brennstoffvorrat benötigt
- niedrige Betriebskosten, sofern es sich um eine gute Dämmung und niedrige Vorlauftemperaturen handelt
- sie ist wartungsarm
- es besteht die Möglichkeit der staatlichen Förderung
Im Folgenden stellen wir die unterschiedlichen Arten der Wärmepumpe vor.
Merkmale der Luftwärmepumpe
Mit einer Luftwärmepumpenheizung wird die in der Umweltluft enthaltene Wärme über eine Wärmepumpe hochtemperiert und zum Heizen verwendet. Bei den Luftwärmepumpen wird in Luft-Wasser- und in Luft-Luft-Wärmepumpen unterschieden.
Luftwärmepumpen gehören, neben den Erd- und den Wasserwärmepumpen, zu den Wärmepumpen im Allgemeinen. Je nach Art der Wärmepumpe entziehen sie Wärme, wodurch die Wärmequelle, beispielsweise die Luft, abgekühlt wird.
Je höher die Luftwärme ist, umso effizienter arbeitet die Luftwärmepumpe. Sie kann bei gleicher oder geringerer Leistung mehr Wärme entziehen und in Wärme umtauschen. Der Effekt ist bei niedriger Lufttemperatur entsprechend umgekehrt.
Wirkungsprinzip
Aufgabe einer Luftwärmepumpe ist es, die von der Sonne erwärmte Außenluft sowohl zur Warmwasseraufbereitung als auch zum Beheizen von Räumen zu nutzen. Dieser Wirkungsgrad steht im direkten Zusammenhang mit der durch die Sonneneinwirkung verbundenen Außentemperatur. Er ist in den Wochen und Monaten des Hochsommers naturgemäß am höchsten - umgekehrt ist er in der kälteren Jahreszeit, in der warmes Wasser und Heizungswärme dringend nötig sind, am niedrigsten.
Bivalenz
Diese Bivalenz, auch Zweiwertigkeit genannt, wird durch ein Kombinationssystem ausgeglichen, vergleichbar mit der Situation beim Sammeln von Regenwasser als Trink- und Betriebswasser. Um zu jeder Zeit die gewünschte Spitzenleitung zu erreichen, ist der Luftwärmepumpe ein alternatives Heizungssystem zugeschaltet. Das Zusammenspiel beider Techniken garantiert eine gleichbleibende Versorgung mit Warmwasser und Heizungswärme.
Unterschiedliche Ausführungen
Die Luftwärmepumpen, kurz Luft-WP, werden in die Luft-Wasser- sowie in die Luft-Luft-Wärmepumpen unterteilt. Luft-Wasser-Wärmepumpen geben über einen Wärmetauscher die entzogene Luft sowohl zur Warmwasseraufbereitung als zum Beheizen weiter, die Luft-Luft-Wärmepumpen ausschließlich zum Heizen.
Die Luft-WP können als alternatives Heizungssystem bezeichnet werden, so wie die solarthermischen Anlagen auch. Die Luft ist, ebenso wie die Sonne, regenerativ. Sie ist unerschöpflich, und sie ist als solche kostenlos.
Durch die Umwandung mit dem Wärmetauscher wird aus Luft Wärme erzeugt. Für die Wassererwärmung wird außer der Luft keine anderweitige Energie benötigt, ebenso wenig wie zum Heizen.
Das Manko ist eine ausreichende Verfügbarkeit. Die in der Umwelt enthaltene Wärme ist nicht konstant. Sie schwankt, und somit auch das Ergebnis des Wärmetausches.
Sowohl für warmes Wasser als auch zum Heizen werden jedoch konstante Temperaturen erwartet bis hin zu benötigt. Das ist mit einer Luftwärmepumpe nicht erreichbar.
Der Ausgleich zwischen Leistung und Bedarf wird im Einzelfall durch das konventionelle, das bekannte Heizungssystem geschaffen. Das kann durchaus auch modern sein, nutzt jedoch in der Regel fossile, zumindest nicht ausschließlich regenerative Energien.
Indoor- und Outdoorvarianten
Luft-WP können sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gebäudes aufgestellt werden. Die Arbeitsgeräusche einer auf dem Grundstück platzierten Luft-WP sind bei einer engen, beispielsweise bei einer Reihenhausbebauung, möglicherweise belastend für die Nachbarn.
Bei einer Indoorlösung bietet sich dafür das Kellergeschoss an. Es sollte insgesamt schalldicht isoliert sein, zumindest aber der Raum selbst. Bei einem Effizienzcheck müssen Luft-WP in erster Linie mit Erdwärmepumpen verglichen werden.
Die einmaligen Investitionskosten sind für die Luft-WP deutlich geringer - das Tiefbohren verursacht bei Erdwärmepumpen erhebliche Kosten. Andererseits ist der Ertrag aus der stark schwankenden Außentemperatur weder vergleichbar hoch noch gleichbleibend. Wenn nicht zwischen Erd- und Luftwärmepumpe gewählt werden kann, weil zum Beispiel die Immobilie in einem Trinkwasserschutzgebiet steht, dann ist die Luft-WP eine geradezu ideale Lösung.
Vergleich mit anderen Heizsystemen
Ein mangelnder Wirkungsgrad des Wärmetausches muss durch das Hinzukaufen von Heizungswärme ausgeglichen werden. Das ist im Ergebnis um einen jährlich niedrigen bis mittleren dreistelligen Eurobetrag teurer als der Einsatz einer Erdwärmepumpe.
Bei der Wahlmöglichkeit zwischen Luft-WP und dem Heizen mit Öl oder Gas ist die Wärmepumpe eine mehr als interessante Alternative. Die laufenden Betriebskosten sind niedriger.
Im Gegensatz zur Ölheizung entfällt jegliche Bevorratung mit dem damit verbundenen organisatorischen und finanziellen Aufwand. Kamin und Schornstein brauchen nicht gereinigt zu werden, im besten Falle sind sie gar nicht vorhanden. Auf ein Jahr gerechnet lassen sich mit einer professionell installierten und fachmännisch eingestellten Luftwärmepumpe in einem zweigeschossigen Wohnhaus durchaus einige hundert Euro an Kosten für Heizung und Warmwasseraufbereitung einsparen.
Merkmale der Wasserwärmepumpe
Im Bereich der Wasserwärmepumpe unterscheidet man die Grundwasser- und Oberflächenwasserpumpe. Bei der Grundwasserwärmepumpe erfolgt die Entnahme des Grundwassers aus einem Förderbrunnen; anschließend führt man es durch einen Schluckwasserbrunnen zurück.
Je nach System gelangt das Grundwasser direkt durch den Edelstahl-Verdampferwärmetauscher. Bei anderen führt man es zuvor durch einen vorgeschalteten Wärmetauscher.
Eine gute Wasserqualität ist von großer Bedeutung. Vorab muss eine Wasserprobe erfolgen, die auch zm Abgleich des Wassers mit der Pumpe dient, denn je nach Hersteller gibt es Unterschiede.
Die Oberflächenwasserwärmepumpe nutzt Wasser aus Flüssen, Seen und Meeren. Man spricht von einem großen Potential dieser Wärmequellen; hierzulande gibt es aber noch nicht so viele Systeme wie beispielsweise in der Schweiz.
Nennenswert ist zudem die Abwasserwärmepumpe. Die Installation erfolgt in der Kanalisation; dabei sind besonders große Abwasserrohre nutzbar.
Vorteil dieses Pumpensystems sind die vergleichsweise hohen Durchschnittstemperaturen. Die Erde, die die Rohre umgibt, sorgt zudem für eine gute Isolierung. Beheizt werden vor allem
- Hallenbäder
- Verwaltungszentren
- Schulen
- Wohnsiedlungen sowie
- Krankenhäuser.
Merkmale der Erdwärmepumpe
Schließlich zählt noch die Erdwärmepumpe, auch Sole-Wasser-Wärmepumpe genannt, zu den Wärmepumpen. Bei dieser Pumpenart zieht man die Energie aus dem Erdreich.
Zu unterscheiden sind im Prinzip zwei verschiedene Systeme. Es werden zum einen Erdsonden in eine Tiefe von etwa 100 Metern installiert. Die Bohrungen sind kosteninensiv; außerdem sind einige Genehmigungen einzuholen und Auflagen zu erfüllen.
Alternativ setzt man auf Flächenkollektoren. Der Einsatz erfolgt einen halben bis anderthalb Meter unter der Erde, also direkt unter der Frostgrenze. Um den benötigten Bedarf an Energie decken zu können, muss eine entsprechend große Erdbodenfläche zur Verfügung stehen.
Alternativ wählt man Erdwärmekörbe. Sie gelten als Zwischenlösung der beiden erwähnten Systeme. Zweieinhalb bis vier Meter tief lässt man die Körbe ein. Aufgrund der größeren Oberfläche nehmen sie weniger Platz ein, außerdem ist auch die Arbeit im Winter möglich, da die Erde ganzjährig annähernd ähnliche Temperaturen aufweist.