Skip to main content

Wärmepumpe

Noch immer gewinnen wir einen Großteil unserer Energie aus Kernkraftwerken oder durch die Verbrennung von fossilen Energieträgern wie Kohle oder Erdöl. Doch Kernkraftwerke erzeugen atomaren Müll und fossile Energieträger verstärken den Treibhauseffekt durch die Emission von Kohlenstoffdioxid. Außerdem stehen uns Kohle, Erdöl und Erdgas nicht unbegrenzt zur Verfügung; die zunehmende Knappheit der Rohstoffe wird in den nächsten Jahren und Jahrzehnten die Preise drastisch ansteigen lassen. Wer clever ist, sucht frühzeitig alternative Formen der Energiegewinnung. Die Nutzung von Wärmepumpen stellt eine solche Alternative dar.

Langfristig zahlt sich die Anschaffung eines Wärmepumpensystems aus. Kurzfristig sind jedoch hohe Investitionen nötig: Etwa 10.000 Euro muss man für Wärmepumpe und Warmwasserspeicher zahlen. Gas- oder Öl-Brennwertkessel sind wesentlich billiger: Für sie zahlt man zwischen 3.400 und 6.800 Euro. Hinzu kommen bei einem Wärmepumpensystem die Anschaffungskosten für Erdsonden bzw. Erdkollektoren. Diese belaufen sich zusätzlich auf mehrere Tausend Euro. Diese Kosten haben sich jedoch häufig nach einigen Jahren amortisiert. Denn Wärmepumpen brauchen keinen Brennstoff, sondern allein Strom. Außerdem sind die Wartungskosten viel geringer als bei Gas- oder Öl-Brennwertkesseln. Schornsteinfeger oder Emissionswertprüfungen sind bei einem Wärmepumpensystem nicht notwendig.

Läuft das Wärmepumpensystem optimal, können 75 Prozent der Energie aus der Umwelt genutzt werden, nur 25 Prozent der Energie muss durch die Nutzung von Strom gedeckt werden. Die jährlichen Kosten für Strom belaufen sich dabei auf rund 600 bis 1.000 Euro.

Die Funktionsweise der Wärmepumpe

Es klingt wie ein Wunder: Bei einer Wärmepumpe führt man etwa 25 Prozent Energie zu und erhält 100 Prozent Heizleistung. Wie kann das funktionieren? Das Prinzip der Wärmepumpe basiert auf einem Wärmetauschersystem. Dieses entzieht der Umwelt Wärme. In einem Kältekreislauf bringt man diese Wärme auf ein höheres Temperaturniveau. So kann die Wärme der Umwelt als Heizwärme genutzt werden.

Vergleichbar ist dieses Prinzip mit einem Kühlschrank: Dieser entzieht dem Innenraum die Wärme und gibt sie nach außen ab. Die Wärmepumpe macht genau das Gegenteil: Sie entzieht der Außenwelt Wärme und gibt sie nach innen ab. Diese Umwandlung geschieht in einem Kreislauf, in dem ein Kältemittel mit sehr niedrigem Siedepunkt zirkuliert. In diesem Kreislauf wirken auf das Kältemittel vier Komponenten ein: der Verdampfer, der Verdichter, der Verflüssiger und das Expansionsventil.

Wärmepumpe

Wärmepumpe ©iStockphoto/grinvalds

Der Verdampfer absorbiert die Wärme der Außenwelt. Das zunächst flüssige Kältemittel wird dadurch gasförmig. Im Verdichter erfolgt durch eine geringe Energiezufuhr eine Kompression des Kältemittels. Dadurch erhöht sich die Temperatur des Kältemittels, es wird zu einem sogenannten Heißgas. Der Verflüssiger gibt die Wärme ins Hausinnere ab. Dadurch kondensiert das Gas und wird wieder flüssig. Das Expansionsventil senkt den Druck des Kältemittels wieder, die Temperatur des Kältemittels fällt. Das kalte, flüssige Kältemittel wird wieder in den Verdampfer geleitet. Der Kreislauf beginnt von Neuem.

Ist dieses System richtig eingestellt, kann die Wärmepumpe etwa 75 Prozent ihrer Energie aus der Umwelt beziehen. Das Verhältnis von eingesetzter und abgegebener Energie beschreibt man durch den „Coefficient of Performance“, den sogenannten COP. Die Höhe des COP gibt dem Verbraucher Auskunft über die tatsächliche Leistung des Wärmepumpensystems.

Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe lässt sich auf drei Arten nutzen, je nachdem, woher der Verdampfer die Energie der Außenwelt nimmt: Mögliche Energiequellen für die Wärmepumpe sind Luft-, Erde- und Wasser.

Luft-Wärmepumpen

Luft-Wärmepumpen sind verglichen mit anderen Wärmepumpensystemen investitionsgünstig. Allerdings arbeiten sie auch weniger effizient. Die Energie gewinnt man in der Regel durch die Außenluft. Diese ist zum Teil extremen Temperaturschwankungen unterworfen. Im Sommer erreicht das Thermometer in Deutschland häufig die 30-Grad-Markierung. Im Winter sind auch mal minus 20 Grad Celsius möglich. Dadurch ist die Nutzung von Außenwärme gerade im Winter schwierig. Und wann benötigt man eine Heizung schon dringender als im Winter?

Doch Luft gibt es überall. Gerade für Verbraucher, die über kein Grundstück verfügen, ist die Luft als Energiequelle zumindest eine Überlegung wert. Um diese zu nutzen, muss oft auch kein großer baulicher Aufwand betrieben werden. Luft-Wärmepumpen eignen sich deshalb auch dafür, nachträglich in Altbauten eingebaut zu werden.

Da eine Luft-Wärmepumpe an kalten Wintertagen den Energiebedarf zum Heizen der Räume nicht mehr decken kann, wird die Heizung in solchen Fällen durch andere Wärmeenergiequellen unterstützt, zum Beispiel durch einen elektrischen Heizstab. Unter Umständen kann dies die Stromkosten in die Höhe treiben.

Einen solches System ist natürlich nicht für eine umweltfreundliche und kostengünstige Energienutzung geeignet. Besser ist es, hier zusätzlich eine sogenannte Luft-Luft-Wärmepumpe zu installieren. Bei dieser handelt es sich eigentlich um ein besonderes Lüftungssystem, bei dem die warme, verbrauchte Luft nicht einfach durchs Fenster gelassen wird, sondern dazu genutzt wird, frische, aber noch kalte Außenluft aufzuheizen. Bei einer Luft-Luft-Wärmepumpe sollte allerdings die Heizlast unter 10 W pro Quadratmeter liegen. Liegt sie darüber, so sinkt die Luftfeuchtigkeit in der Wohnung auf unter 30 Prozent. Dies beeinträchtigt das Wohlbefinden erheblich und kann unter anderem zu trockenen Augen, zu einem Austrocknen der Nasenschleimhäute und zu Kratzen im Hals führen. Außerdem steigt das Infektionsrisiko der Atemwege erheblich.

Sole-Wärmepumpen

Sole-Wärmepumpen nutzen die Energie, die als Wärme im Boden gespeichert ist. Diese Energie lässt sich auf zwei verschiedenen Wegen gewinnen: durch Erdwärmekollektoren oder durch Erdwärmesonden.

Erdwärmesonden werden hauptsächlich vertikal verlegt, Erdwärmekollektoren horizontal. Für Erdwärmekollektoren braucht man dementsprechend viel Fläche, gegenüber Erdwärmesonden ist ein geringerer Investitionsaufwand nötig. Nachteilig an den Erdkollektoren ist die größere Abhängigkeit vom Wetter. Während in tieferen Erdschichten eine einigermaßen konstante Temperatur herrscht, fällt die Temperatur in oberen Erdschichten im Winter rapide ab. Dadurch ist der Wirkungsgrad im Winter, gerade wenn man mehr Energie benötigt, geringer. Erdwärmekollektoren werden in rund 80 bis 160 cm Tiefe verlegt. Der Boden in dieser Tiefe erwärmt sich durch die Sonneneinstrahlung, durch Niederschläge und mittels Übertragung von Wärme durch die Luft.

Erdwärmesonden sind weit weniger abhängig vom Wechsel der Jahreszeiten. Sie werden bis zu 100 Meter und tiefer im Erdboden versenkt. Hier macht man sich den Sachverhalt zunutze, dass die Temperatur pro 100 Meter um etwa 3 Grad zunimmt. Die tiefste Erdwärmesonde in Deutschland liegt rund 400 Meter tief. Erdwärmesonden sind weiter verbreitet als Erdwärmekollektoren. Dies liegt nicht zuletzt an ihrer höheren Effizienz.

Auch wenn man für Erdwärmesonden weniger Fläche benötigt, so müssen dennoch Mindestabstände beim Verlegen beachtet werden. Um eine gegenseitige Beeinflussung zu verhindern, müssen die Sonden mindestens sechs Meter voneinander entfernt versenkt werden. Der empfohlene Abstand zur Grundstücksgrenze liegt bei fünf Metern.

Für Erdwärmesonden nimmt man in der Regel senkrechte Bohrungen vor. Der Durchmesser sollte mindestens 150 mm betragen. Meist werden Abstandshalter in gleichen Abständen eingesetzt, diese optimieren die Übertragung der thermischen Energie und verhindern einen „Kurzschluss“ zwischen Vor- und Rücklauf. Mehrere Sonden fasst man in Sammelleitungen zusammen. Die Übertragung der Erdwärme an den Verdampfer geschieht mittels eines geschlossenen Sondenkreislaufs, in dem Sole zirkuliert.

Wasser-Wärmepumpen

Von allen Wärmequellen, die man für ein Wärmepumpensystem nutzen kann, ist das Grundwasser die effizienteste. Mithilfe eines Saugbrunnens wird dem Boden zunächst Grundwasser entzogen und in einem zweiten Schritt über einen Schluckbrunnen wieder zugeführt.

Der große Vorteil von Wasser-Wärmepumpen gegenüber Luft-Wärmepumpen: Die Temperatur von Grundwasser ist relativ konstant. Sie bleibt über das Jahr hinweg bei 7 bis 12 Grad Celsius. Wird das Wasser wieder in den Boden zurückgeführt, hat es eine Temperatur von rund 4 Grad Celsius.

Wer eine Wasser-Wärmepumpe installieren will, muss zunächst prüfen, ob er baulichen und andere Voraussetzungen dafür erfüllen kann. Eine Grundvoraussetzung bildet das Vorhandensein von Grundwasser in ausreichender Menge und Qualität. Ob dies der Fall ist, kann man mit einer Probebohrung feststellen. Zudem sollte das Grundwasser nicht zu tief liegen: Empfohlen wird eine Tiefe von nicht mehr als 10 Metern. Wie tief sich das Grundwasser befindet und in welche Richtung es fließt, ermitteln Bohrunternehmen mithilfe geologischer Karten. Die Genehmigung für den Bau einer Wasser-Wärmepumpe holen sich die Bohrunternehmen von der unteren Wasserbehörde.

Nicht nur für private Haushalte bietet sich eine Wasser-Wärmepumpe an, auch Unternehmen können davon profitieren: Dort werden Wasser-Wärmepumpen zum Beispiel zur Kühlung verwendet. Die Abwärme kann mit guten Leistungszahlen zurückgewonnen werden und dazu eingesetzt werden, Gebäude zu beheizen.

Einbau einer Wärmepumpe

Wer seine Wohnung oder sein Haus mit einer Wärmepumpe beheizen will, sollte diesen Ein- bzw. Umbau detailliert planen. Zunächst muss der eigene Wärmebedarf ermittelt werden. Für die Berechnung der Heizlast existiert eine DIN-Norm, ihre Bezeichnung lautet EN 12831. Bei der Berechnung muss die Lage des Hauses, die Bauweise der Wärme übertragenden Gebäudeumfassungsflächen sowie der Zweck der jeweiligen Räume berücksichtigt werden.

Bei der Berechnung des Verbrauches können auch die Angaben des Energiepasses des Hauses sehr hilfreich sein. Energiepässe für Häuser müssen ab 1. Juli 2008 bei jedem Kauf oder bei Vermietung von Wohnfläche vorgezeigt werden. Damit soll sichergestellt werden, dass man umfassend über die Nebenkosten informiert ist. Diesen gibt es in zwei möglichen Ausführungen: als verbrauchsorientierten und als bedarfsorientierten Pass. Dem verbrauchsorientierten Pass liegt die Nebenkostenabrechnung der vergangenen drei Jahre zugrunde. Für einen bedarfsorientierten Pass ist die Prüfung des Gebäudes durch einen Fachmann notwendig. Dieser untersucht zum Beispiel die Dämmung, die Fenster, die Türen, den Keller, das Dach und die Fassade auf ihre Eigenschaften.

Nach der Ermittlung des Wärmebedarfs muss man sich überlegen, welche Form der Wärmepumpe am besten geeignet ist. Hier ist zu berücksichtigen, wie viel Grundstückfläche zu Verfügung steht und wie der Boden beschaffen ist. Steinige Böden erhöhen die Kosten für eine Tiefenbohrung, die zum Beispiel für die Nutzung von Erdsonden nötig ist. Daneben sollte festgestellt werden, wie tief das Grundwasser liegt und welche Qualität es hat. Hierzu ist oft eine Probebohrung nötig.

Nachdem man sich für eine Form der Wärmepumpe entschieden hat, geht es an den Einbau. Komplizierte Bohrungen werden von spezialisierten Unternehmen durchgeführt. Doch zum Teil können auch Eigenleistungen erbracht werden. Damit lassen sich leicht ein paar Tausend Euro sparen.

Vor- und Nachteile der Wärmepumpen

Wärmepumpen sind noch relativ teuer: Vor allem Bohrungen und Erdarbeiten treiben die Kosten gegenüber einer normalen Gaszentralheizung in die Höhe. Für das Verlegen von Erdwärmesonden bzw. Erdwärmekollektoren fallen Kosten in Höhe von 2.000 bis 4.000 Euro an. Die Arbeiten an Grundwasser-Wärmepumpen sind noch teurer, sie schlagen mit 2.500 bis 7.500 Euro zu Buche. Die übrigen Kosten sind mit dem Preis einer hochwertigen Gaszentralheizung vergleichbar: Die Pumpe selbst ist schon für 4.000 bis 7.500 Euro zu haben, der Warmwasserspeicher kostet zwischen 1.500 und 2.500 Euro. Für den Pufferspeicher muss man zwischen 500 und 1.000 Euro einplanen. Dies ist in etwa genauso viel wie für die Regelung anfallen.

Kein Zweifel: Wärmepumpen weisen einige Nachteile auf. Nicht nur die hohen Kosten für eine Anschaffung dämpfen oftmals die anfängliche Euphorie. Auch die Tatsache, dass eine wirtschaftliche Nutzung erst in einem optimal gedämmten Haus möglich ist, lässt viele Verbraucher bei der Nutzung von herkömmlichen Heizungen bleiben. Außerdem ist für das Bad oft ein zusätzlicher Heizstrahler notwendig, da dieser Raum in der Regel sehr schnell aufgeheizt werden soll. Im Garten benötigt man darüber hinaus viel Platz – insbesondere dann, wenn man Erdwärmekollektoren verlegen möchte.

Doch wer sich eine Wärmepumpe kaufen will, sollte sich auch darüber im klaren sein, dass die Preise für fossile Energieträger wie Erdgas voraussichtlich steigen werden. Mit einer Wärmepumpe nutzt man jedoch eine erneuerbare Energie, die fast unbegrenzt zur Verfügung steht. Denn die Wärme von Boden, Wasser und Luft entsteht durch Sonnenenergie, und auf die können wir uns bekanntlich noch ungefähr 10 bis 12 Milliarden Jahre verlassen. Vorteile hat die Wärmepumpenheizung auch hinsichtlich des Platzbedarfs, dieser ist deutlich geringer als bei Pelletkesseln oder Ölheizungen. Zudem lässt sich eine Wärmepumpe relativ gefahrlos betreiben. Zusammen mit einer Fußboden- oder einer Wandheizung erreicht die Wärmepumpe gute Jahresarbeitszahlen, mit anderen Worten: Das Verhältnis von aufgewendeter und gewonnener Energie lässt sich sehen. Zu guter Letzt ist der Wartungsaufwand bei Wärmepumpen deutlich geringer als bei anderen Heizungen.

Fördermöglichkeiten

Wärmepumpen werden vom Bund gefördert. Wie hoch die Fördergelder ausfallen, richtet sich nach der Quadratmeterzahl der beheizten Flächen, nach der Art der Wärmepumpe und danach, ob die Pumpe in einem Neubau oder im Bestand betrieben wird. Für Sole- und Wasserwärmepumpen erhält man 10 Euro pro Quadratmeter im Neubau, im Bestand 20 Euro. Für Luft-Wärmepumpen erhält man 5 Euro pro Quadratmeter im Neubau, im Bestand 10 Euro. Hat man mehr als zwei Wohneinheiten, erhält man 10 bis 15 Prozent der nachgewiesenen Nettoinvestition.

Förderfähig sind Wärmepumpen, wenn Strom- und Wärmemengenzähler eingebaut sind, die die Jahresarbeitszahl gemäß der VDI 4650 erfüllen. Außerdem muss eine Fachunternehmererklärung vorliegen, aus der hervorgeht, dass die Mindestwerte für die Jahresarbeitszahl erfüllt sind, dass ein hydraulischer Abgleich durchgeführt wurde und dass die Heizungskurve an das jeweilige Gebäude angepasst wurde. Der Antrag auf Fördermittel kann erst nach Fertigstellung der Wärmepumpenanlage gestellt werden. Neben dem Bund fördern auch Bundesländer, Kommunen und Energieversorger Wärmepumpensysteme.