Funktionsweise

Die Wärmepumpe verzichtet auf fossile Energieträger und nutzt stattdessen die Umweltwärme aus dem Boden, dem Grundwasser oder aus der Luft.
Die Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank. Der Kühlschrank entzieht seinem Inneren die Wärme und gibt sie nach außen ab, die Wärmepumpe entzieht der Umgebung (Erde, Wasser oder Luft) die Wärme und gibt sie nach innen ab. So wird Heizwärme und warmes Trinkwasser für das Gebäude erzeugt. Das Besondere ist: die Wärmepumpe kann mit dieser Technik in umgekehrter Wirkung im Sommer die Räume auch kühlen.

Technischer Ablauf - Wärmen und Kühlen

  • Gewinnung

    In der Wärmequellenanlage zirkuliert eine Flüssigkeit (Wasser mit Frostschutzmittel), welche die Umweltwärme aus dem Boden oder dem Grundwasser aufnimmt und sie zur Wärmepumpe transportiert. Auch eine Luft-Wasser-Wärmepumpe funktioniert nach diesem Prinzip. Hier saugt ein Ventilator die Außenluft an und gibt sie an die Wärmepumpe ab.

  • Verarbeitung

    In der Wärmepumpe befindet sich ein weiterer Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. In einem Wärmetauscher, dem Verdampfer, wird die Umweltenergie von dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel übertragen, das dadurch verdampft. Bei Luftwärmepumpen erhitzt die Außenluft das Kältemittel.
    Der Kältemitteldampf wird nun zu einem Verdichter/Kompressor weitergeleitet. Dadurch erhitzt sich das gasförmige Kältemittel. In einem so genannten Verflüssiger wird das unter hohem Druck stehende, heiße Kältemittelgas nun kondensiert, wobei es seine Wärme abgibt.

  • Beheizung

    In dem zu beheizenden Gebäude befindet sich nun das Wärmeverteil- und Speichersystem. Darin zirkuliert als Heizmedium in der Regel Wasser. Dieses Wasser nimmt die Wärme, die das Kältemittel im Verflüssiger abgibt, auf und leitet dieses entweder zu einem Verteilersystem, wie z.B. Flächenheizungen oder Heizkörpern, oder zu einem Heizungspuffer- bzw. Warmwasserspeicher.

  • Kühlen

    Wird eine Wärmepumpe auch zur Kühlung genutzt, unterscheidet man zwei Formen der Kühlung: die aktive Kühlung, bei welcher der Verdichter der Wärmepumpe in Betrieb ist und die passive Kühlung, bei der überschüssige Wärme aus dem Gebäude über eine Umwälzpumpe in den kühleren Untergrund abgeführt wird - was nur bei erd- und grundwassergekoppelten Systemen möglich ist.

    Im Falle der aktiven Kühlung ist es erforderlich, dass der Kältekreis der Wärmepumpe umkehrbar ist. Dies ist bei sämtlichen Wärmequellen, also auch bei Luftwärmepumpen möglich.

    Die besonders effiziente passive Kühlung erfolgt dabei meist über die Fußboden- oder Wandheizung: Die überschüssige Raumwärme wird über das Rohrsystem der Flächenheizung aufgenommen und über einen Wärmetauscher in den Untergrund abgeführt. Die Kühlleistung eines passiven Systems ist begrenzt, da die Temperaturen im Estrich nicht beliebig abgesenkt werden können, um die Kondensation der in der Raumluft enthaltenen Feuchtigkeit auszuschließen.

Effizienz und Qualität

Wärmepumpen können nur effizient arbeiten, wenn das Gebäude einen ausreichenden Wärmeschutz hat und das Heizsystem für niedrige Vorlauftemperaturen ausgelegt ist. In Neubauten sind diese Voraussetzungen in der Regel erfüllt. Daher sind Wärmepumpen in diesen die mittlerweile am häufigsten installierte Heizungsart.

Viele Bestandsgebäude hingegen müssen vor dem Umstieg auf eine Wärmepumpenheizung energetisch saniert werden. Auskunft über die tatsächliche Effizienz von Wärmepumpen gibt die Jahresarbeitszahl (JAZ).

Die JAZ ist eine Kennzahl für die Effizienz einer Wärmepumpen-Anlage. Sie gibt an, in welchem Verhältnis die zum Betrieb der Wärmepumpe eingesetzte elektrische Energie und die von ihr erzeugte thermische Energie über das Jahr gerechnet stehen. Die JAZ bezieht damit auch Temperaturschwankungen der jeweiligen Wärmequelle im Jahresverlauf sowie die elektrische Energie für die so genannten Nebenantriebe, z.B. Ventilatoren, mit ein.

Die JAZ 4 bedeutet zum Beispiel, dass die Wärmepumpe pro Kilowattstunde Strom im Schnitt 4 Kilowattstunden Wärme ans Haus abgibt. Je höher die JAZ ist, desto besser. Zum Vergleich: Eine Wärmepumpe mit der JAZ 3 erreicht ungefähr die Effizienz eines Gasbrennwertkessels.

Um die tatsächliche Effizienz ihrer Wärmepumpe zu erfahren, sollten Hauseigentümer selbst aktiv werden: Durch den Einbau von Strom- und Wärmemengenzählern können sie jährlich nach Ende der Heizperiode die Jahresarbeitszahl errechnen. Die Berechnung ist sehr einfach: Man dividiert die Heizwärmeabgabe (Wärmemengenzähler) durch den Stromeinsatz (Stromzähler Wärmepumpe). Dabei muss jedoch auch der Strom für die Heizungspumpen und die Wärme für das Warmwasser berücksichtigt werden: Das Warmwasser sollte unbedingt von der Wärmepumpe erwärmt werden. Ein dezentrale Warmwasserbereitung durch elektrische Druchlauferhitzer verbraucht viel mehr Strom und hebt eine CO2-Einsparung der Wärmepumpe wieder auf.

Dennoch werfen wir mal eine Blick auf die CO2-Emissionen und vergleichen die Wärmepumpe mit anderen Heizsystemen. Hier zeigen sich die klaren Vorteile der Wärmepumpe insbesondere mit Blick auf das Jahr 2030, wenn sich der Strommix hin zu einer höheren Quote an Strom aus Erneuerbaren Energien verändert.

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