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Wärmepumpen

Umweltfreundlich und effizient heizen – mit Umweltwärme aus Luft, Erde oder Grundwasser.

Weitere Artikel zur Serie "Erneuerbare Energien"

Teil 1: Solarthermie

Teil 3: Wärmedämmung

Wärmepumpen leisten einen wichtigen Beitrag zur Minderung des CO2-Ausstoßes. Neben dem ökologischen Aspekt ist für den Bauherrn der wirtschaftliche Nutzen sehr wichtig. Unter den richtigen Voraussetzungen arbeiten Wärmepumpen hocheffizient, besonders bei Niedrigtemperaturheizungen. Zur Nutzung ist als Hilfsenergie Strom erforderlich, der ebenfalls aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt werden kann. Eine richtig ausgelegte und dimensionierte Wärmepumpenanlage reduziert die Heizkosten deutlich. Falsch dimensionierte Wärmepumpen können hingegen böse Kostenfallen sein.

Vor allem bei Neubauprojekten sind Wärmepumpen eine sinnvolle Alternative zum herkömmlichen Heizkessel. Aber auch bei Sanierungsmaßnahmen sollte man sich Gedanken über die Nachrüstung einer solchen Anlage machen, deren Einbau auch gefördert werden kann. Neben der Heizung und Warmwasserzubereitung ist ein zunehmend bedeutender Aspekt die einfache Möglichkeit der Gebäudekühlung.

Ein Prinzip – verschiedene Systeme

Eine Wärmepumpenanlage besteht im Wesentlichen aus der Wärmequellenanlage, der eigentlichen Wärmepumpe, einem Warmwasser- und Pufferspeicher und den entsprechenden Pumpen. Es werden im Wesentlichen drei Typen von Wärmepumpensystemen unterschieden.

Differenziert nach den Wärmequellen (Erdwärme, Grundwasser, Luft) unterscheidet man Sole-Wasser-, Wasser-Wasser- oder Luft-Wasser-Wärmepumpen. Der erste Begriff bezieht sich auf die Wärmequelle – zum Beispiel Luft – der zweite auf das Wasser in der Heizungsanlage.

Wärmequelle Erde: Sole-Wasser-Wärmepumpenanlage

Bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt man den Effekt, dass die Temperatur im Erdreich ab einer Tiefe von 10 Metern konstant bei 10 Grad Celsius liegt und daher als ganzjährige Wärmequelle dient. Durch eine vertikale Erdwärmesonde (Tiefe in der Regel bis maximal 100 Meter) strömt eine Sole, nimmt dabei Wärme aus dem Erdreich auf und leitet diese an die Wärmepumpe weiter. Die relativ konstante Quellentemperatur sorgt für den hohen und ganzjährig konstanten Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Sole-Wasser-Wärmepumpen können bei richtiger Dimensionierung monovalent – das heißt ohne Elektrozusatzheizung – betrieben werden. Nachteilig sind die hohen Investitionskosten. Alternativ zur Erdwärmesonde können horizontale Erdkollektoren verwendet werden. Sie bestehen aus Rohrschlangen, die unterhalb der Frostgrenze in etwa 1,5 Metern Tiefe verlegt werden. Hierzu muss eine ausreichend große Fläche zur Verfügung stehen, die nicht überbaut oder versiegelt ist. Der geringere Aufwand geht allerdings zulasten der Effizienz.

Die Genehmigungsverfahren variieren von Bundesland zu Bundesland. Aus gewässerschutzrechtlichen Gründen sind Erdwärmesonden nicht überall erlaubt. Anträge sollten deshalb frühzeitig in der Planungsphase gestellt werden.

Wärmequelle Grundwasser: Wasser-Wasser-Wärmepumpenanlage

Der besondere Vorteil dieses Systems liegt in der konstanten Quellentemperatur des Grundwassers (circa 10 Grad Celsius). Deswegen erzielen diese Wärmepumpen die höchsten Wirkungsgrade – konstant über das ganze Jahr. Das Grundprinzip ist sehr einfach: Das Grundwasser wird über einen Förderbrunnen der Wärmepumpe zugeführt, die dem Wasser die Wärme entzieht. Anschließend wird das Wasser über einen Schluckbrunnen wieder dem Grundwasser zugeführt.

Besonders wichtig ist die Beachtung der Wasserqualität. Das Wasser muss laut Trinkwasserverordnung nahezu eisen- und manganfrei und darf nicht zu aggressiv sein. Bei nicht allzu tiefen Grundwasserständen liegen die Investitionskosten im gemäßigten Rahmen. Demgegenüber stehen aber der hohe Planungsbedarf und der Energieverbrauch für die Pumpen. Daher werden diese Systeme vor allem in größeren Objekten – zum Beispiel in Mehrfamilienhäusern – eingesetzt. Auch diese Anlagen sind genehmigungspflichtig: In Wasserschutzzonen sind sie nicht erlaubt.

Wärmequelle Außen- bzw. Abluft: Luft-Wasser-Wärmepumpenanlage

Die Luft-Wasser-Wärmepumpenanlage ist das einfachste und günstigste System. Bei diesen Anlagen dient die Außenluft als Wärmequelle und besonders bei Sanierungs- und Modernisierungsmaßnahmen wird diese Technik immer beliebter. Sie erfordert weder große Flächen oder teure Bohrungen und die Anlagen sind einfach und ohne großen Planungsaufwand oder Genehmigungen zu installieren. Allerdings haben diese Anlagen einen entscheidenden Nachteil: Ihre Effizienz ist stark von der Lufttemperatur abhängig. Im Winter, wenn die meiste Wärme zum Heizen benötigt wird und die Außentemperatur am niedrigsten ist, benötigt die Wärmepumpe entsprechend mehr Strom, was zulasten der Effizienz geht. Die Anlage kann daher nicht monovalent betrieben werden. Die zusätzlichen (Strom-)Kosten sind bei einer wirtschaftlichen Betrachtung nicht zu vernachlässigen. Nachteilig sind auch die Geräuschemissionen – insbesondere bei enger Bebauung.

Kennziffern von Wärmepumpenanlagen

Für Wärmepumpen ist die Leistungszahl COP (coeffizient of performance) ein Gütemerkmal. Sie gibt das Verhältnis zwischen der abgegebenen Wärmeleistung und der elektrisch aufgenommenen Leistung an. Je größer der COP ist, desto besser ist der Wirkungsgrad der Anlage. Dieser ist vom Hersteller der Wärmepumpe gemäß DIN EN 14511-2 anzugeben.

Ein weiteres Qualitätsmerkmal für komplette Wärmepumpenanlagen ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie ist das Maß für den Anlagenwirkungsgrad und beschreibt das Verhältnis der abgegebenen Wärmemenge zum aufgenommenen Stromverbrauch pro Jahr. Er muss vom Anlagenbauer gemäß VDI 4650 angegeben werden und kann mithilfe eines Stromzählers und eines Wärmemengenzählers überprüft und überwacht werden.

Kühlung mit einer Wärmepumpe

Der Luxus einer Wärmepumpe ist die Möglichkeit der Kühlung, weil sie eine „kalte“ und eine „warme“ Seite hat. Man differenziert zwischen der freien Kühlung und der reversibel arbeitenden Wärmepumpe. Bei der freien Kühlung wird die „Erdkühle“ genutzt, ohne, dass der Kompressor dazugeschaltet wird. Bei der reversiblen Kühlung arbeitet die Wärmepumpe umgekehrt: Sie entzieht dem Haus Wärme und führt diese der Umwelt zu, wozu der Kompressor eingeschaltet wird. Dazu braucht die Wärmepumpe entsprechend mehr Strom. Gut geeignet für die freie Kühlung sind Erdwärmesonden und Systeme mit Grundwasser als Wärmequelle. Luft-Wasser-Wärmepumpen können nur für die energieintensive reversible Kühlung eingesetzt werden.

Wartung von Wärmepumpen

Wärmepumpen sind Kältemaschinen und eigentlich wartungsfrei. Für Wärmepumpen mit mehr als 3 und weniger als 30 Kilogramm Kältemittel ist eine jährliche Wartung – die Untersuchung auf eine Leckage – vorgeschrieben. Diese Wartung kann in der Regel nur ein Kälte- oder Servicetechniker des Herstellers vornehmen.

Gütesiegel: Qualität zahlt sich aus

An Gütesiegeln besteht in Deutschland kein Mangel. Trotzdem sollten Käufer auf die folgenden Siegel achten, wenn sie sich eine Wärmepumpe anschaffen wollen.

  • EHPA-Gütesiegel für erfolgreich geprüfte Wärmepumpen (früher DACH-Siegel)
    Dieses Gütesiegel erhalten Wärmepumpen mit hoher Energieeffizienz und Produktqualität. Zudem stellt das Siegel sicher, dass der Hersteller zwei Jahre Garantie gewährt, einen flächendeckenden Kundendienst sowie eine Ersatzteil-Liefergarantie für zehn Jahre bietet. Diese Wärmepumpen werden vom Bund gefördert.
  • EU-zertifizierte Wärmepumpeninstallateure
    Neben der Technik ist die sachkundige Planung und Ausführung von entscheidender Bedeutung für die Effizienz und Dauerhaftigkeit der Wärmepumpenanlage. Die so zertifizierten Firmen haben sich in Fortbildungen die notwendige Fachkompetenz erworben.

Fördermöglichkeiten für Wärmepumpen

Beim Einbau von Wärmepumpen in Wohngebäuden, die vor 2009 erbaut wurden, gibt es eine Förderung des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) in unterschiedlicher Höhe. Neben dem System selbst sind die ausschlaggebenden Kriterien für diese Förderung das EHPA-Gütesiegel und die Leistungskennzahl (COP). Weitere Förderungen sind über verschiedene Programme der KfW-Bank möglich. Damit können auch Wärmepumpen in Neubauten gefördert werden. Zudem kann es sich lohnen, sich nach lokalen Fördermöglichkeiten zu erkundigen, zum Beispiel bei Stromanbietern.