Wie funktioniert eine Wärmepumpe und wie wählt man die richtige aus?

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    Die Heizung verbraucht bis zu 77% unserer Energie. Um die Heizkosten bei dieser großen Menge möglichst gering zu halten, kann man eine Wärmepumpe installieren. Doch was ist das eigentlich, wie funktioniert sie und wie viel kann man damit sparen?
    Fachartikel 781
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    1. Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

    Eine Wärmepumpe ist eine Heizung, welche die in der Umwelt gespeicherte thermische Energie nutzt, um Gebäude zu erwärmen. Anders als bei Öl-, Holz- oder Gasheizungen, funktioniert die Erwärmung jedoch nicht durch eine Verbrennung, sondern über einen Dampfprozess - wie in einem Kühlschrank kommt es darauf an, thermische Energie mit geringen Temperaturen auf ein höheres Niveau anzuheben. Während das im Kühlschrank dazu führt, dass das Innere angenehm kühl bleibt, ermöglicht der Prozess in der Wärmepumpe, dass die Umweltwärme im Heizungssystem verwendet werden kann. In der Wärmepumpe findet ein Dampfprozess statt - die thermische Energie aus Luft, Erde oder Wasser wird über einen Wärmeüberträger (den Verdampfer) auf ein Kühlmittel übertragen. Das Kühlmittel, das in der Regel aus Gas besteht, verdampft bei einem niedrigeren Druck und niedrigen Temperaturen, wenn es Wärme aus der Umgebung aufnimmt. Im zweiten Schritt des Wärmepumpen-Prozesses erhöht ein Verdichter den Druck des dampfförmigen Kühlmittels so weit, bis seine Temperatur über der des Heizungssystems liegt. Nur so kann die Wärme über einen weiteren Wärmeübertrager (den Verflüssiger) auch an das Heizmedium, meist Wasser oder Luft, weitergeleitet wird. Dabei kühlt das Kühlmittel ab, sein Druck sinkt und das Medium kondensiert. Vollständig regeneriert fließt das Kühlmittel durch das Entspannungsventil, das den Druck auf den Ausgangszustand zurückbringt, zurück zum Verdampfer und der Wärmepumpen-Prozess kann von vorn beginnen. 

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    Die Wärmepumpe saugt die in der Luft, Im Wasser oder im Erdreich gespeicherte Wärme an und überträgt sie an die Heizungsanlage

     

    Die Wärme zum Heizen kann aus dem Grundwasser, dem Boden aus dem Garten über einen Erdkollektor, aus einer Geosonde oder aus der Luft bezogen werden. Eine wichtige Kennzahl bei der Wärmepumpe ist der Heizkoeffizient, der das Verhältnis von Eingang zu Ausgang darstellt. Eine höhere Zahl steht hier für einen höheren Wirkungsgrad der Wärmepumpe.

    2. Arten von Wärmepumpen

    Die Energie für die Wärmepumpe kann aus verschiedenen Quellen gewonnen werden. Es hängt davon ab, wo sich das Gebäude befindet, welche Energiequelle am sinnvollsten ist. Zur Auswahl steht dabei die Nutzung der thermischen Energie aus der Luft, der Erde oder dem Grundwasser.

    Expertenrat des Unternehmens Cool Control OG

    Welche Vorteile von Wärmepumpen würden Sie besonders hervorheben? Wann sollte man sich für eine Wärmepumpe entscheiden?

    Wichtigster Vorteil ist die mittlerweile sehr hohe Energieeffizienz der modernen Wärmepumpen. Die stetige Weiterentwicklung hat in den letzten Jahren zu einer unglaublichen Erhöhung der COP-Werte und damit zu einer drastischen Reduzierung der Betriebskosten geführt. Weitere Vorteile sind die flexible Aufstellung der Geräte, die unkomplizierte Bedienung, dass kein separater Technikraum erforderlich ist und last but not least, dass mit den Wärmepumpen auch gekühlt werden kann! Grundsätzlich empfehle ich jedem, der ein neuen Heizsystem braucht, auch eine Wärmepumpe in seine Überlegung miteinzubeziehen! Da mittlerweile Systeme entwickelt wurden, die auch bei Sanierungsbauvorhaben mit z.B. Radiatoren sehr gut und kosteneffizient funktionieren! Im Neubausektor führt mittlerweile kein Weg mehr an einer Wärmepumpe vorbei.

    Wie weiß man, welche Wärmepumpe sich am besten für das Eigenheim eignet? Gibt es da irgendwelche Einschränkungen, die man beachten soll?

    Aufgrund der Fülle an verschiedenen Konzepten und Bauarten von Wärmepumpen wird es wohl am besten sein, einen Fachmann zu kontaktieren, um sich beraten zu lassen und um die beste und passendste Anlage zu finden. Grundsätzlich sind Wärmepumpen unkompliziert und problemlos zu montieren. Einzig die Schallemissionen, die eine Wärmepumpe von sich gibt, sind ein Kriterium, auf das man besonderen Wert legen muss, da gewisse Schallwerte am jeweiligen Standort einzuhalten sind!

    Herr Dipl. Ing. Gänsbacher, Cool Control OG

    2.1 Luft-Wasser-Wärmepumpe

    Am einfachsten lässt sich die Umweltenergie für die Wärmepumpe aus der Luft gewinnen. Alles, was dafür nötig ist, ist eine Vorrichtung zum Ansaugen und Ausblasen der Außenluft. Wird die Luft-Wasser-Wärmepumpe im Inneren des Gebäudes aufgestellt, funktioniert das zum Beispiel über Kanäle, die das Heizgerät mit Lüftungsgittern in der Außenwand verbinden. Mit einem Gerät zur Außenaufstellung entfallen sogar diese Kanäle und die thermische Energie der Luft kann direkt aus der Umgebung gewonnen werden. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe entzieht der Luft die Wärme und überträgt sie auf das Wasser der Heizungsanlage.

    Ein Nachteil der Energiequelle Luft ist allerdings, dass diese im Winter - in der Zeit in der die Heizung am meisten gebraucht wird - oft nur mit Temperaturen von unter dem Gefrierpunkt vorhanden ist. Dadurch müssen die Wärmeübertrager, über welche die kalte Außenluft geleitet wird, immer frostfrei gehalten werden und die Effizienz der Wärmepumpe sinkt. Der Heizkoeffizient (Wirkungsgrad) der Luft-Wasser-Wärmepumpe liegt bei 3,4 - 4.

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    Luft-Wasser-Wärmepumpen

     

    2.2 Sole-Wasser-Wärmepumpe oder Erdwärmepumpe

    Wie in der Luft ist auch in der Erde thermische Energie gespeichert, die Sie mit Sole-Wasser-Wärmepumpen zum Heizen nutzen können. Möglich wird das über in das Erdreich eingebrachte Rohrleitungen, durch die ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel zirkuliert. Diese Flüssigkeit entzieht der Erde Wärme und transportiert sie zur Wärmepumpe. Die Leitungen können zum Beispiel in Form von Tiefenbohrungen oder Flachkollektoren eingebracht werden. Bei einer Sondenbohrung werden die Kunststoffrohre (Geosonden) in bis zu 100 Meter tiefen Bohrlöchern installiert. Während jeder Meter dem Erdreich dabei eine thermische Energie von etwa 50 Watt entziehen kann, benötigen Sie zur Beheizung eines modernen Gebäudes circa 150 Tiefenmeter, die sich auf mehrere Bohrungen aufteilen lassen.

    Wenn Sondenbohrungen aus technischen oder rechtlichen Gründen nicht möglich sind, kann die thermische Energie der Erde auch direkt unter der Oberfläche im Garten gewonnen werden. Dabei werden die Rohre dabei in einer Tiefe von etwa 1,50 Metern verlegt. Jeder Quadratmeter entzieht dem Boden etwa 25 Watt, deshalb benötigen Sie zum Beheizen eines modernen Einfamilienhauses eine Gesamtfläche von ungefähr 350 Quadratmetern.

    Im Vergleich zur Luft kann die thermische Energie aus dem Erdreich ganzjährig mit höheren Temperaturen gewonnen werden. Das erhöht die Effizienz der Wärmepumpe und senkt die anfallenden Heizkosten. Der Heizkoeffizient (Wirkungsgrad) der Sole-Wasser-Wärmepumpe liegt zwischen 4,4 – 5.

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    Erdkollektoren -in der Regel wird etwa doppelt so viel Platz für die Flächenkollektoren benötigt, wie Wohnfläche beheizt werden soll.

     

    2.3 Wasser-Wasser-Wärmepumpe

    Auch im Grundwasser ist thermische Energie gespeichert. Grundwasser ist der ideale Energieträger für die Wärmepumpe, da es eine Temperatur zwischen 8 und 12 Grad Celsius über das ganze Jahr hat und es so fast keine saisonale Energieschwankungen gibt. Für den Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind zwei Grundwasserbrunnen erforderlich, ein Förderbrunnen, der auch Saugbrunnen genannt wird, sowie ein Schluckbrunnen.

    Durch den Förderbrunnen wird das Grundwasser nach oben gepumpt, in der Wärmepumpe wird dem Wasser thermische Energie entnommen. Der Heizkoeffizient (Wirkungsgrad) der Wasser-Wasser-Wärmepumpe liegt zwischen 5,2 und 6,2. Das abgekühlte Wasser wird danach über den Schluckbrunnen derselben Grundwasserschicht wieder zugeführt. Die Tiefe des Förderbrunnens sowie des Schluckbrunnens kann je nach Stand des Grundwassers zwischen 4 und 15 Metern variieren.

    Ob eine Wärmepumpenheizung ohne Weiteres mit dem Grundwasser eingesetzt werden kann, entscheidet sich nach einer Prüfung der Wasserqualität. Denn verschiedene chemische Inhaltsstoffe können den Wärmetauscher stark belasten und die Funktion einschränken. 

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    Die Wärmepumpe nimmt Energie für Heizung aus dem Grundwasser oder Oberflächenwasser

     

    3. Heizkosten sparen mit einer Wärmepumpe

    Die Wärmepumpe arbeitet mit Strom, verbraucht aber drei- bis fünfmal weniger Energie als sie produziert und nutzt diesen Überschuss zum Heizen. Wenn wir eine Heizung mit Wärmepumpe mit einer gewöhnlichen Ölheizung vergleichen, ist die Ersparnis ca. 2,5 – 4 mal höher.

    Je niedriger die Temperatur, mit der Sie Heizen, desto höher die Ersparnis. Wärmepumpen eignen sich besonders gut für eine Niedertemperaturheizung über große Flächen wie Wände, Decken oder eine konventionelle Fußbodenheizung.

    4. Welche Wärmepumpe ist am besten?

    Wenn die Wärmepumpe mit einer geringeren Leistung arbeitet, als sie ursprünglich vorgesehen war, ist auch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe geringer. Daher sollte man unbedingt vor dem Kauf und der Installation der Wärmepumpe den Energiebedarf des Hauses, der Heizungsanlage (z.B. Heizkörper oder Fußbodenheizung) und die verfügbaren Medien (Wasser, Erde oder Luft) ermitteln.

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    Autor: DaiBau Magazin
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