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Wärmepumpen: Funktion und Einsatzmöglichkeiten

Wärmepumpen: Funktion und Einsatzmöglichkeiten

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Wärmepumpen spielen eine wichtige Rolle in der Energiewende. Ihre geringen Betriebskosten sind für Hausbesitzer ein großer Vorteil. Die Nutzung frei verfügbarer, erneuerbarer Energie schont Umwelt und Klima. Lesen Sie auf Effizienzhaus-online mehr über diese bemerkenswerte Technologie!

 

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Wärmepumpe Funktion: Transportiert Energie von außen nach innen

Gerne werden Wärmepumpenfunktionsmäßig mit einem "umgekehrten Kühlschrank" verglichen. Die Analogie liegt nahe. Die Geräte entziehen der Umgebung Wärme, kühlen sie sozusagen, und geben diese Energie an das Heizsystem eines Gebäudes ab. Das ist eine Technologie mit hohem Potential für die CO2-neutrale Wärmegewinnung. Es findet keine Verbrennung statt. Die geringen Verbrauchskosten entfallen auf den Strom, der notwendig ist, um den Kühlkreislauf in Gang zu halten. Das Einsatzspektrum reicht von der Beheizung eines Einfamilienhauses bis zur thermischen Speicherung von Solarstrom bei Überproduktion.

 

Die Wärmepumpe funktioniert als Kühlkreislauf

Alle Bauweisen eint das gleiche, grundlegende Prinzip. Ein Kältemittel zirkuliert in einem von einer Pumpe betriebenen Kreislauf. Es verdampft an einer Wärmequelle und nimmt dabei thermische Energie auf. Im Kompressor wird es verdichtet und die Temperatur dadurch weiter erhöht. Auf der Heizseite verflüssigt sich das Mittel wieder und gibt dabei seine Energie an den Heizkreislauf ab. Danach wird der Druck reduziert und das Kältemittel fließt wieder zum Verdampfer. Ausgeführt sind Wärmepumpen meist in drei Kreisläufen. Der Kältemittelkreislauf steht in der Mitte. An der Wärmequelle zirkuliert eine frostsichere Sole, die Umgebungswärme aufnimmt und zur Wärmepumpe transportiert. Der dritte Kreislauf ist der eigentliche Heizkreislauf des Gebäudes.

 

Sole-Wasser-Wärmepumpe

Foto: Wärmekreislauf Erdwärmepumpe, Quelle: Bosch Thermotechnik

 

Zweikreisige Wärmepumpen funktionieren ohne den Solekreislauf. Einkreisige Anlagen sind selten. Sie bieten Vorteile, weil Übertragungsverluste vermieden werden. Doch das geht mit erheblichen, praktischen Herausforderungen einher. Im Sommer lässt sich mit vielen Geräten ein Gebäude auch passiv kühlen. Dann läuft der Kreislauf sozusagen rückwärts und transportiert Wärme aus dem Gebäude in die Umgebung ab.

 

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Jahresarbeitszahl und COP

Eine wichtige Angabe ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie gibt an, wieviel Wärme eine Anlage im Verhältnis zum eigenen Stromverbrauch produziert. Dabei gilt ein Wert von unter 2,5 als nicht mehr wirtschaftlich. Spitzenwerte liegen bei 4 bis 5 oder sogar darüber. Der COP-Wert ist eine ähnliche Angabe, die etwas anders berechnet wird und als Kriterium für die Förderung durch BAfA und KfW fungiert. Die Effizienz einer Wärmepumpe unterscheidet sich je nachdem, ob Heizwärme oder Warmwasser hergestellt werden soll: Bei einem geringen Unterschied zwischen Quell- und Zieltemperatur arbeiten die Anlagen effizienter. Für die Warmwassererzeugung liegt die JAZ daher tiefer, als im Heizbetrieb mit niedrigerer Vorlauftemperatur.

 

Entscheiden Sie sich für eine Wärmequelle!

Die verschiedenen Kategorien von Wärmepumpen funktionieren ähnlich und unterscheiden sich vor allem durch die genutzte Wärmequelle. Für Wohnimmobilien stehen in erster Linie Erdwärmepumpen, Grundwasserwärmepumpen und Luftwärmepumpen zur Verfügung.

Daneben existiert noch eine Reihe anderer Wärmepumpen, deren Funktion auf der Nutzung ähnlicher Prinzipien beruht. Kleine Anlagen erwärmen das Trinkwasser. Hybrid- und Mischsysteme kombinieren mehrere Wärmequellen. Eisspeicher oder Erdspeicher setzen sich immer weiter durch. Die Kombination mit konventioneller Heiztechnik wie einem Gasbrennwertkessel sorgt für die Abdeckung von Spitzenlasten.


Die wichtigsten Fakten finden Sie hier im Überblick:

Erdwärme mit Erdsonden

  • JAZ 4
  • konstante Quelltemperatur über das ganze Jahr
  • tiefe Bohrungen sind teuer und aufwendig
  • genehmigungspflichtig

 

Erdwärme mit Kollektor

  • JAZ 4
  • konstante Quelltemperatur über das ganze Jahr
  • flach liegende Kollektoren sind günstiger als Erdsondenbohrung
  • nur anzeigepflichtig
  • große Fläche nötig

 

Wasserwärmepumpe

  • Grundwasser oder Oberflächenwasser
  • JAZ 5
  • konstante Quelltemperatur
  • teure Brunnenbohrungen nötig
  • genehmigungspflichtig
  • Abnutzung je nach Wasserqualität

 

Luftwärmepumpen

  • JAZ 3,5
  • an praktisch jedem Standort einsetzbar
  • weitgehend auch für Altbausanierung geeignet
  • Geräte in Anschaffung preiswerter
  • Quelltemperatur schwankend – möglicher Funktionsabfall bei zu großer Kälte
  • Zusatzheizung für Spitzenlast kann nötig sein
  • Geräuschbelastung schränkt Wahl der Aufstellungsorte ein


Stromverbrauch und CO2-Bilanz

Die Wärmepumpe funktioniert mit elektrischem Strom. Ob sich ein deutlicher, ökologischer Vorteil ergibt, hängt vom Strommix und von den Verbrauchsgewohnheiten ab. Mit der Formel Heizleistung / Jahresarbeitszahl x Heizstunden x Preis pro kWh berechnet sich einfach der absehbare Stromverbrauch. Bei konventioneller Stromerzeugung ist der CO2-Ausstoß pro kW Heizenergie nur unwesentlich niedriger, als bei einer Gasheizung. Nachhaltig arbeitet die Technologie mit Strom aus erneuerbaren Energien. Daher ist eine Photovoltaikanlage ein interessanter Partner für eine Wärmepumpe im Einfamilienhaus.

 

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Quelle: Bosch Thermotechnik GmbH
Foto: vevtor/ AngelaStolle - Fotolia.com

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