Wärmepumpe – die grüne Alternative zu fossilen Heizungen
Soll die Energiewende erfolgreich sein, ist es notwendig, dass wir auch im heimischen Bereich zunehmend auf die Nutzung von alternativen Energien setzen. Eine Möglichkeit ist da zum Beispiel die Wärmepumpe als Heizungsanlage für die eigenen vier Wände. Denn im Gegensatz zur Gas- und Ölheizung kann sie komplett mit erneuerbaren Energieressourcen betrieben werden.
Was genau die Wärmepumpe ist, welches Wirkungsprinzip dahinter steht und was es für Arten gibt, erfahren Sie hier in unserem Beitrag.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Vom Prinzip her kann man den Namen der Wärmepumpe wörtlich nehmen, denn es wird im wahrsten Sinn des Wortes die Wärme ins Haus gepumpt. Im Detail ist das ganze natürlich noch etwas komplexer, beruht aber Grundsätzlich auf einem recht einfachen Wirkungsprinzip.
Herzstück der Wärmepumpe: das Kältemittel
Klingt widersprüchlich, ist aber so: das Wichtigste an einer Wärmepumpe ist das sogenanntes Kältemittel. Bei der Wärmegewinnung durch die Wärmepumpe werden sich die physikalischen Eigenschaften dieses Mittels zu Nutze gemacht. Denn der Stoff wechselt bereits bei einer sehr niedrigen Temperatur von zum Beispiel –5 Grad (abhängig vom eingesetzten Kältemittel) von einem flüssigen in einen gasförmigen Aggregatzustand. Bei diesem Wechsel nimmt das Kältemittel Wärme auf und kann anschließend durch Verdichtung noch weiter erhitzt werden. Durch Abkühlung und Verringerung des Drucks geht das Mittel wieder von einem gasförmigen in einen flüssigen Zustand über.
Funktionsprinzip der Wärmepumpe
Um es als Heizsystem in einem Haus oder eine Wohnung behaglich warm werden zu lassen, bedient sich die Wärmepumpe größtenteils natürlicher Energie. Vom Prinzip her ist das System so aufgebaut, dass es einen Kreislauf gibt. In diesem befindet sich das Kältemittel, dem an einer Stelle Wärme zugeführt und welches an einer anderen Stelle die Wärme wieder abführt.
Die zugeführte Wärme wird aus der Erde, aus dem Wasser oder der Luft gewonnen. Das Kältemittel wird im Kreislauf in flüssiger Form an einem dieser Medien vorbeigeführt. Aufgrund der Temperaturdifferenz (das Kältemittel hat eine niedrigere Temperatur als das andere Medium) nimmt die Lösung dabei Energie in Form von Wärme aus der Umgebung auf und verdampft. Dabei sinkt die Umgebungstemperatur ein wenig.
Der nun gasförmige Stoff wird zu einem Verdichter weitergeleitet, wo er stark komprimiert wird. Durch den Komprimierungsvorgang erhitzt sich das Gas auf eine hohe Temperatur und wird anschließend in den Wärmetauscher geleitet.
Dort gibt das heiße Kältemittel die Wärme an das Heizmedium der Heizungsanlage des Hauses – in der Regel Wasser – ab und strömt danach weiter zum Expansionsventil. Bei dem Expansionsventil wird der Druck wieder deutlich verringert. Dadurch kann sich das Gas entspannen, wobei es sich extrem abkühlt und erneut einen flüssigen Aggregatzustand annimmt. Der Kreislauf kann abermals beginnen.
Diese drei Wärmepumpentypen gibt es
Wärmepumpe ist natürlich nicht gleich Wärmepumpe. Stattdessen gibt es verschiedene Modelle, die sich jeweils darin unterscheiden, aus welchem Bereich sie ihre Wärme beziehen.
Luftwärmepumpe
Da wäre zum Beispiel die Luftwärmepumpe. Bei dieser wird in einem Wärmetauscher die Außenluft genutzt, um das Kältemittel zu erwärmen. Der Vorteil ist, dass relativ geringe Investitionskosten notwendig sind. Der Nachteil: Gerade im Winter, wenn die Temperaturen deutlich unter dem Gefrierpunkt liegen, ist die Temperaturdifferenz zu gering. Das heißt, dass die Wärmepumpe nicht mehr effektiv arbeiten kann. Deshalb ist es bei diesem Typ notwendig für die kalten Tage im Jahr noch ein alternatives Heizsystem in Reserve zu haben.
Bei der Luftwärmepumpe unterscheidet man weiter zwischen Luft-Wasser-Wärmepumpe oder Luft-Luft-System. Bei Luft-Wasser wird die Wärme an ein Wassersystem im Haus abgegeben, bei dem anderen wird die Luft direkt erwärmt.
Erdwärmepumpe
Der zweite Typ ist die sogenannte Erdwärmepumpe. Bei dieser wird die Wärmeenergie aus der Erde bezogen. Dafür gibt es wieder zwei Varianten – zum einen mit einer Sonde, die mittels einer Bohrung tief in die Erde eingebracht wird, zum anderen über ein flächigen horizontalen Kollektor. Diese Pumpenart wird auch Sole-Wasser-Wärmepumpe genannt.
Bei der Sonde wird eine Bohrung auf ca. 100m Tiefe ins Erdreich benötigt, denn dort herrscht eine konstante Temperatur von ca 12° Celsius, bei 300m sind es ca. 20° Celsius. Bei dem Horizontalkollektor wird ein flächiges Leitungssystem in einer Tiefe von ca. 1 – 1,5 m ausgelegt. Hier ist zwar die Temperaturdifferenz niedriger, doch wird das durch die großflächige Verteilung ausgeglichen.
Der Vorteil ist, dass hier kein zweites Heizsystem benötigt wird, da die Temperaturen im Erdreich recht konstant und zuverlässig sind. Dafür sind die Anschaffungskosten deutlich höher, denn es muss entweder erst eine Tiefenbohrung oder umfangreiche Erdarbeiten durchgeführt werden.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Die dritte Variante ist die sogenannte Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Für diese wird ein Brunnen angelegt, über welchen das Grundwasser genutzt wird, was konstant eine Temperatur zwischen 7 und 12 Grad Celsius hat. Über einen Saugbrunnen wird Wasser nach oben gesaugt, zum Erhitzen des Kältemittels genutzt und anschließend über den sogenannten Schluckbrunnen wieder dem Grundwasser zugeführt.
Auch hier fallen relativ hohe Investitionskosten an. Erschwerend kommt noch hinzu, dass in manchen Gegenden der Grundwasserspiegel zu niedrig liegt, sodass die Nutzung einer solchen Wärmepumpe nicht möglich ist. Wenn sie aber eingesetzt werden kann, ist es unproblematisch, sie ganzjährig zu betreiben.
Wärmepumpe ohne Fußbodenheizung sinnvoll?
In der Regel wird die Wärmepumpe mit einer Fußbodenheizung gekoppelt. Das hat den Hintergrund, dass eine Fußbodenheizung eine recht niedrige Eingangstemperatur braucht, um einen Raum auf eine angenehme Temperatur aufzuheizen. Bei dem Wärmeaustausch von Kältemittel zu Heizmedium wird das Wasser nämlich meist “nur” auf 50° Celsius erhitzt, was oftmals für manch andere Heizformen noch zu wenig ist.
Insofern macht eine Wärmepumpe vor allem in Kombination mit einer Fußbodenheizung Sinn.
Wärmepumpe nachträglich einbauen
Obwohl eine Wärmepumpe am besten schon beim Bau eines Hauses mit eingeplant wird, ist es auch möglich, sie nachzurüsten. Allerdings ist das nicht selten mit größeren Schwierigkeiten verbunden und oftmals ist nur eine Luft-Wasser / Luft-Luft-Wärmepumpe möglich, weil bei diesen am wenigsten bauliche Eingriffe erforderlich sind.
Gerade bei Altbauten wird es schwierig sein, größere Erdarbeiten vorzunehmen, wie sie bei einer Erdbohrung für die Sonde oder den Brunnen notwendig sind. Deshalb erweist sich hier eine Nachrüstung selten als praktikabel.
Wärmepumpe mit Photovoltaik koppeln
Grundsätzlich arbeitet eine Pumpe sehr effektiv und vor allem umweltschonend. Um eine Wärmeeinheit zu erzeugen müssen nur ¼ der Energie in Form von Strom hinzugefügt werden – der Rest der wird dem jeweiligen natürlichen Medium entzogen. Insofern arbeitet die Wärmepumpe wesentlich ökologischer als zum Beispiel eine Öl- oder Gasheizung.
Der benötigte Strom um die Pumpe am Laufen zu halten, ist jedoch der Schwachpunkt in der Ökobilanz. Denn dieser wird häufig aus dem allgemeinen Stromnetz bezogen und stammt, aller Bemühungen zum Trotz, aus diversen Kohlekraftwerken. Solange das der Fall ist, sind die Wärmepumpen noch nicht ganz so grün, wie sie es gerne wären.
Es ist jedoch möglich, diesem Umstand entgegenzuwirken, indem man die Wärmepumpe mit Strom aus alternativen Energiequellen versorgt. Dafür braucht man einfach nur eine Photovoltaikanlage auf dem Dach, welche Strom erzeugt der dann die Wärmepumpe antreibt. Das ist nicht nur gut für die Umwelt, sondern auch für den Geldbeutel. Denn in diesem Fall entstehen für die Pumpe, bis auf gelegentliche Wartungskosten, keinerlei Betriebskosten.
Wärmepumpe Kosten
Für ein 120 – 130 Quadratmeter großes Haus rechnet man in der Regel mit ca. 20.000 € Investitionskosten für eine Wärmepumpe. Das ist natürlich ein wesentlich höherer Betrag im Vergleich zu einer gewöhnlichen Ölheizung. Doch darf man sich von den hohen Anfangskosten nicht täuschen lassen. Denn die Unterhalts- und Betriebskosten einer Wärmepumpe sind wesentlich geringer, weil größtenteils natürliche (kostenlose!) Energien genutzt werden, während bei den anderen Heizsystemen erst der Rohstoff bezogen werden muss. In der Regel spricht man davon, dass sich die Mehrkosten einer Wärmepumpe schon nach fünf bis zehn Jahren wieder amortisiert haben. Zumal man auch nicht mehr von den schwankenden Preisen für fossile Rohstoffe ist.
Nutzt man zusätzlich noch Sonnenenergie, die man aus den eigenen Photovoltaikzellen gewinnt, bezahlt man für den Betrieb der Wärmepumpe fast nichts mehr. Insofern können wir Ihnen nur raten, dass Sie bei einem Neubau auf jeden Fall den Einsatz einer Wärmepumpe in Betracht ziehen sollten. Sie ist effektiv, grün und günstig.
Quellen
www.kesselheld.de/waermepumpenheizung
www.ihre-waermepumpe.de/
www.vaillant.de/heizung-verstehen/waermepumpe/
www.bauen.de/waermepumpen
www.co2online.de/modernisieren-und-bauen/waermepumpe
Hallo, ich habe gehört, dass es einen großen Unterschied machen soll wenn die Wärmepumpe weit unter der Erde verlegt wird. Ab 80cm unter der Erde soll es schließlich wärmer als Null Grad sein. Jeder weitere Zentimeter ist da schon positiv beeinflussbar. Danke für die super Infos!