Was ist eine Wärmepumpe und wie funktioniert sie?
Wärmepumpen basieren auf einem physikalischen Effekt, der schon seit langem bekannt ist: Wenn ein Gas zusammengepresst und durch den hohen Druck verflüssigt wird, erwärmt es sich, und bei nachlassendem Druck und dem Übergang in den gasförmigen Zustand entzieht es durch starke Abkühlung seiner Umgebung Wärmeenergie.
Je nachdem, ob die Kompressionswärme oder die Entspannungskälte genutzt wird, kann die Anlage zum Heizen oder Kühlen eingesetzt werden. Daher basieren Kühlschränke, Gefriergeräte und Klimaanlagen auf demselben Prinzip wie Heizungswärmepumpen.
Eine Wärmepumpe, die mit der Umgebungsluft funktioniert, hat im Außengerät einen Wärmetauscher, durch den das entspannte und extrem kalte Gas geleitet wird. Über den Ventilator erhöht die darüber streichende Luft die Temperatur des verdampfenden Gases. Diese Differenz kann im Innenraum genutzt werden, um über die anschließende Kompression Wasser oder die Luft zu erwärmen. Weil sich das Gas beim Verdampfen auf bis zu minus 50 Grad abkühlen kann, funktioniert die Temperaturanhebung selbst im Winter bei Minusgraden.
Welche Wärmepumpenarten gibt es?
Für die Heizung von Wohngebäuden können unterschiedliche Wärmepumpen eingesetzt werden. Je nach Art und Weise, wie sie der Umgebung Wärme entziehen, unterscheidet man die folgenden Typen:
- Luft-Wärmepumpen nutzen die Außenluft als Wärmespender.
- Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen die im Erdreich gespeicherte Wärme. Ein flüssiger Wärmeträger zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf, der entweder senkrecht bis in circa 50 bis 100 Meter Tiefe oder in geringerer Tiefe und dafür auf größere Fläche verlegt wird.
- Grundwasser-Wärmepumpen nutzen die Wärme des Grundwassers.
Welche Vorteile bietet eine Wärmepumpe im Hinblick auf Nachhaltigkeit?
Durch die Nutzung der Umgebungswärme benötigt eine elektrisch betriebene Wärmepumpe viel weniger Strom als eine Strom-Direktheizung. Aus 1 Watt Strom macht die Wärmepumpe je nach Gerät und Außentemperatur etwa 3 bis 4 Watt Wärme. Das bedeutet: Würde eine Stromheizung pro Jahr 15.000 Kilowattstunden Strom verbrauchen, ließe sich mit einer Wärmepumpe dieselbe Wärmemenge mit einem Stromverbrauch von etwa 4.000 bis 5.000 Kilowattstunden erzielen.
Der geringe Stromverbrauch macht die Wärmepumpe auch im Vergleich zur Gas- oder Ölheizung zu einer nachhaltigen und klimafreundlichen Alternative. Auch wenn der Strom teilweise fossil erzeugt wird, ist dank des niedrigen Verbrauchs der CO2-Ausstoß beim Heizen weitaus niedriger als beim Heizen mit Öl oder Gas.
Noch besser wird die Klimabilanz der Wärmepumpe durch die Kombination mit einer eigenen
Photovoltaikanlage, weil dann ein Teil des benötigten Stroms emissionsfrei auf dem eigenen Dach produziert wird.
Die Kürzel COP und JAZ sind häufig im Zusammenhang mit Wärmepumpen zu lesen.
Beim COP handelt es sich um die Leistungszahl, die angibt, welche Wärmemenge das Gerät bei bestimmten Betriebsbedingungen aus einem kW Strom erzeugt wird. Liefert die Wärmepumpe bei 7 Grad Außentemperatur und 40 Grad Vorlauftemperatur aus 1 kW Strom 3,8 kW Wärme, entspricht dies einer Leistungszahl beziehungsweise einem COP von 3,8.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) wird nach derselben Formel errechnet, berücksichtigt jedoch im Jahresdurchschnitt die unterschiedlichen Außen- und Vorlauftemperaturen.
Wo liegen die Grenzen der Nachhaltigkeit einer Wärmepumpe?
Sowohl die ökologische als auch die finanzielle Nachhaltigkeit wird bei Wärmepumpen durch den Wirkungsgrad begrenzt. Dieser wiederum hängt von der Differenz zwischen der Temperatur der Wärmequelle – also der Außenluft beziehungsweise des Erdreichs – und der zu erzielenden Heiztemperatur ab. Dabei gilt: Je größer diese Temperaturdifferenz, umso schlechter wird der Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
In der Praxis bedeutet das, dass bei milden Außentemperaturen von 5 bis 10 Grad und einer Heizungsvorlauftemperatur von 40 Grad eine Wärmepumpe aus 1 Watt Strom mehr als 4 Watt Wärme generieren kann. Sinkt hingegen die Außentemperatur auf minus 5 Grad und erhöht sich gleichzeitig die erforderliche Vorlauftemperatur auf 55 Grad, können viele Geräte aus 1 Watt Strom nur noch 2 bis 3 Watt Wärme erzeugen.
Bei Luft-Wärmepumpen muss ab einer Außentemperatur von weniger als minus 15 bis minus 20 Grad ein Strom-Heizstab eingeschaltet werden, weil die Lufttemperatur für die notwendige Heizleistung nicht mehr ausreicht.
Wie können Sie sicherstellen, dass Ihre Wärmepumpe nachhaltig betrieben wird?
Eine Wärmepumpe nachhaltig zu betreiben, bedeutet zweierlei: Zum einen soll das Gerät möglichst wenig Energie benötigen und zum anderen soll eine lange Lebensdauer gewährleistet sein.
Haus dämmen
Der wichtigste Schritt zu einer nachhaltigen Heizung ist die optimale
Dämmung des Gebäudes – das gilt nicht nur für Wärmepumpen, sondern für jede Heizungsart. Je weniger Heizenergie aus dem Haus entweicht, umso niedriger ist der Energieverbrauch.
Sorgfältige Planung
Planungsfehler können bei Wärmepumpen teuer werden, denn eine falsche Auslegung kann zu einem hohen Energieverbrauch führen und die Lebensdauer verkürzen. Achten Sie darauf, dass der planende und ausführende Installationsbetrieb über langjährige Erfahrung mit Wärmepumpen verfügt.
Vorlauftemperatur senken
Wichtig für den effizienten und damit nachhaltigen Betrieb der Wärmepumpe ist eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur im Heizungssystem, um vor allem an kälteren Tagen eine allzu hohe Temperaturanhebung zu vermeiden.
Zwar sind Fußboden- oder Wandflächenheizungen hierfür ideal, aber nicht zwingend erforderlich. Niedrige Vorlauftemperaturen lassen sich auch mit Heizkörpern erzielen, die einfach etwas größer ausgelegt sind. Oft sind bestehende Heizkörper nach der Durchführung von Dämmmaßnahmen ohnehin überdimensioniert, so dass die Temperatur im Heizungskreislauf entsprechend reduziert werden kann. Als Faustregel gilt, dass an kalten Wintertagen das Haus mit einer Vorlauftemperatur von maximal 50 bis 55 Grad ausreichend beheizt werden kann.
