Warmwasser-Wärmepumpe: Funktionsweise und Vorteile der Brauchwasserwärmepumpe

1. Was ist eine Warmwasser-Wärmepumpe oder Brauchwasserwärmepumpe?

Eine Warmwasser-Wärmepumpe bzw. Brauchwasserwärmepumpe (BWWP) ist eine Wärmepumpe, die lediglich zur Brauchwassererwärmung dient. Darin unterscheidet sie sich von einer herkömmlichen Wärmepumpe, die auch zur Raumheizung dient (Heizwärmepumpe).

Der Einsatz einer Brauchwasserwärmepumpe ist sinnvoll, weil ein großer Teil der Heizkosten auf die Bereitung von Warmwasser entfällt. Und wenn die Warmwasserbereitung von der herkömmlichen Heizung übernommen wird, muss diese auch ganzjährig laufen, da heißes Wasser zum Waschen, Duschen oder Spülen natürlich auch im Sommer benötigt wird. Die Brauchwasserwärmepumpe ist dagegen von der eigentlichen Heizungsanlage entkoppelt. Als Wärmequelle nutzt sie Umluft, Abluft oder Außenluft und ist daher in ihrer Funktionsweise am ehesten mit der Luftwärmepumpe (Luft-Wasser-Wärmepumpe) vergleichbar.

Brauchwasserwärmepumpen sind weniger bekannt als herkömmliche Wärmepumpen und werden oft als der kleine Einstieg in die Wärmepumpen-Technologie angesehen. Doch diese Sichtweise unterschätzt das Potenzial von Warmwasser-Wärmepumpen, denn bei richtiger Anwendung kann dieses Gerät die Heizkosten beträchtlich senken (und falls das Gebäude mit einer fossilen Heizung beheizt wird, kommt diese weniger zum Einsatz).

2. Aufbau einer Brauchwasserwärmepumpe

Brauchwasserwärmepumpen werden in der Regel in Monoblock-Bauweise ausgeführt. Das bedeutet, dass alle für den Wärmegewinnungsprozess wichtigen technischen Komponenten (Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Warmwasserspeicher) in einem einzigen Gerät zusammengeführt sind (das Gegenteil ist die Split-Bauweise, bei der die Wärmepumpe aus zwei Geräten zusammengesetzt ist). Ein Monoblock-Gerät wird in der Regel auf dem Boden aufgestellt. Warmwasser-Wärmepumpen nutzen zur Wärmegewinnung entweder Umgebungsluft oder Außenluft und sind einfach zu installieren, da keine Kältekreisarbeiten anfallen. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Solar-Wärmetauscher in das System zu integrieren, mithilfe dessen sich Sonnenkollektoren an die Wärmepumpe anschließen lassen.

3. Betriebsformen von Brauchwasserwärmepumpen

Brauchwasserwärmepumpen können entweder Umluft, Außenluft oder Abluft als Wärmequelle nutzen. In Bezug auf den Luftbezug und die Luftabführung wird zwischen drei Betriebsformen von Warmwasser-Wärmepumpen unterschieden. Bei der ersten Betriebsform nutzt die Wärmepumpe Innenluft (Umluft/Abwärme) als Wärmequelle. Das Gleiche ist bei der zweiten Betriebsform der Fall, nur dass die Luft hier abschließend nach außen geführt wird. Die dritte Betriebsform unterscheidet sich von den beiden vorangegangenen, denn hier bezieht die Wärmepumpe ihre Zuluft von außen und gibt sie auch wieder nach außen ab (Außenluft). Bei der zweiten und dritten Variante muss die Raumwand durchbohrt werden.

Eine Umluft-Brauchwasserwärmepumpe kühlt während des Betriebs die Raumtemperatur um etwa zwei bis vier Grad ab und entfeuchtet gleichzeitig die Raumluft. Deshalb werden Warmwasser-Wärmepumpen oft in Keller- oder Hauswirtschaftsräumen aufgestellt, weil dort in den Wintermonaten eine konstante und relativ hohe Temperatur herrscht.

Wenn die Warmwasser-Wärmepumpe Abluft zur Wärmeentnahme nutzen soll, wird die Wärmepumpe an das bestehende Luftverteilsystem gekoppelt, damit der Wärmepumpe warme Abluft aus mehreren Räumen zugeführt wird.

Die meisten Brauchwasserwärmepumpen sind sowohl für den monovalenten Betrieb (d. h. zur Warmwasserbereitung wird nur der Wärmepumpenkreislauf eingesetzt) als auch für den bivalenten Betrieb mit einer Solaranlage ausgelegt. Im letztgenannten Fall erfolgt in Zeitabschnitten, in denen die Solarkreispumpe aktiv ist, die Brauchwassererwärmung nicht über die Wärmepumpe. Außerdem kann die Brauchwasserwärmepumpe selbsterzeugten Strom aus einer Photovoltaikanlage für ihren Betrieb nutzen.

4. Funktionsweise einer Brauchwasserwärmepumpe

Da sie Luft zur Wärmegewinnung nutzt, erinnert die Warmwasser-Wärmepumpe in ihrer Funktionsweise stark an die Luft-Wasser-Wärmepumpe, die als Heizwärmepumpe eingesetzt wird. Die aus der Umluft oder der Abluft aufgenommene (angesaugte) Wärme gelangt in den Verdampfer, in dem sich ein Kältemittel befindet, auf das sich die thermische Energie (Wärme) der aufgenommenen Luft überträgt. Als Kältemittel kommen Elemente zum Einsatz, deren Siedetemperatur unter der von Luft liegt (z. B. Fluorkohlenwasserstoffe). Die aufgenommene Umgebungsluft erwärmt das Kältemittel und bringt es zum Verdampfen. Die abgekühlte Luft wird wieder der Umgebung zugeführt.

Anfangs ist die Temperatur des verdampften Kältemittels jedoch noch nicht hoch genug, um das Brauchwasser zu erwärmen. Deshalb muss der Kältemitteldampf an einen strombetriebenen Verdichter (Kompressor) weitergeleitet werden, wo er verdichtet (komprimiert) wird, damit sich seine Temperatur auf das gewünschte Niveau erhöht. Nun findet die Kernfunktion der Pumpe statt: Der Verflüssiger (Wärmetauscher) sorgt dafür, dass die Wärme an das Brauchwasser im eingebauten Warmwasserspeicher abgegeben wird.

Durch die Wärmeübertragung kühlt das Kältemittel ab, weshalb es kondensiert und wieder flüssig wird. Die Kältemittelflüssigkeit wird durch ein Expansionsventil auf einen niedrigen Druck entspannt, während sie weiter stark abkühlt. Jetzt befindet sich das Kältemittel wieder in seinem Ausgangszustand (kalt und flüssig) und wird wieder in den Verdampfer geleitet, wo der Kreislauf von vorn beginnt.

Bei vielen Warmwasser-Wärmepumpen schaltet sich bei besonders hohen Warmwasserverbrauch oder bei sehr niedrigen Lufttemperaturen eine Elektrozusatzheizung hinzu. Die Steuerung moderner Warmwasser-Wärmepumpen erfolgt über einen Touchscreen-Regler mit zahlreichen Einstellmöglichkeiten für die Verbrauchsoptimierung (Wassertemperatur, Zeitsteuerung, Betriebsmodi wie Urlaubsprogramm oder Energiesparmodus, Legionellenfunktion usw.).

5. Aufstellungsort

Der Aufstellungsort für eine Brauchwasserwärmepumpe muss frostfrei sein und ganzjährig Temperaturen von über 10 °C aufweisen (dies ist in Kellern und Außenräumen nicht immer der Fall). Weil bei höherer Raumtemperatur die Wärmepumpe effektiver arbeitet, sind die geeignetsten Aufstellungsorte Räume, in denen Abwärme von Haushaltsgeräten oder der Zentralheizung anfällt (z.B. Heizungskeller, Waschküche mit Wäschetrockner, Neben- und Lagerräume usw.). Außerdem muss der Aufstellungsort über einen Wasserablauf für anfallendes Kondensat, einen tragfähigen Untergrund sowie über staubfreie Luft verfügen. Es ist auch darauf zu achten, dass der Raum ausreichend groß ist, denn ein verhältnismäßig zu kleines Raumvolumen führt zu einer Auskühlung, was die Effizienz der Wärmepumpe senkt. Darüber hinaus benötigt die Pumpe für einen störungsfreien Betrieb links und rechts einen Freiraum von mindestens 0,5 m. Zum Anschluss der Brauchwasserwärmepumpe bedarf es lediglich einer Steckdose und einer zentralen Warmwasser- und Kaltwasserleitung.

6. Vorteile einer Warmwasser-Wärmepumpe

Anders als bei vielen anderen Anlagen, ist bei einer Wärmepumpe, die nur Brauchwasser erzeugt, eine Wärmeerschließung nicht erforderlich, denn die Energiequelle ist ohnehin vorhanden und kostenfrei. Und weil eine Brauchwasserwärmepumpe keine Emissionen ausstößt, ist auch kein Schornstein notwendig. Die Investitionskosten sind also niedrig. Allerdings werden reine Warmwasser-Wärmepumpen von Bund und Ländern nicht gefördert (derzeit werden nur in Tirol Warmwasser-Wärmepumpen für Neubauten gefördert). Auch die Betriebskosten sind niedrig und lassen sich zusätzlich senken, wenn die Warmwasser-Wärmepumpe an ein Luftverteilsystem oder eine Solaranlage angebunden wird.

Wie eingangs erwähnt, entfällt ein Teil der Heizkosten auf die Warmwasserbereitung. Deshalb ist die Entkopplung der Warmwasserbereitung vom Heizkessel eine Energiesparmaßnahme, die sich in Ein- und Zweifamilienhäusern schneller rechnet als andere Maßnahmen. Der zentrale Wärmeerzeuger kann außerhalb der Heizperiode komplett ausgeschaltet werden, was sehr viel Energie spart und CO2-Emissionen reduziert.

Eine Umluft-Brauchwasserwärmepumpe entfeuchtet den Raum, in dem sie aufgestellt ist und schützt ihn so vor der Gefahr der Schimmelbildung. Durch die Anbindung an ein Luftverteilsystem kann sie die Räume sogar kontrolliert be- und entlüften (um die Entstehung von Unterdruck zu vermeiden, ist eine aktive Zuluftleitung notwendig). Außerdem führt das Luftverteilsystem der Brauchwasserwärmepumpe warme Abluft aus dem ganzen Gebäude zu, was ihre Effizienz erhöht.

Noch mehr Vorteile bringt die Anbindung der Warmwasser-Wärmepumpe an eine Solaranlage mit sich. Zuerst jedoch ein paar Worte für all jene, die es sich nicht leisten können, tief in die Tasche zu greifen und sich beides zuzulegen und miteinander zu verbinden. Eine Warmwasser-Wärmepumpe ist günstiger als Solarthermie (Sonnenkollektoren auf dem Dach samt dazugehöriger Infrastruktur). Zudem bringen Sonnenkollektoren im Winter und in Schlechtwetterphasen nur wenig. Allerdings sind die Betriebskosten bei Brauchwasserwärmepumpen aufgrund ihres Stromverbrauchs höher als bei Sonnenkollektoren.

Aus diesem Grund zahlt sich die Kombination von Warmwasser-Wärmepumpe und eigener Photovoltaikanlage langfristig so sehr aus. Heutige Wechselrichter als Zentralmanager des Eigenstromverbrauchs sind in der Lage, je nach vorhandener Ertragslage einzelnen Verbrauchern im Haus – auch der Brauchwasserwärmepumpe – priorisiert jeweils Strom zuzuweisen. So lässt sich mithilfe der Brauchwasserwärmepumpe die Eigenstrom-Verbrauchsquote erhöhen.