Elektrische Wärmepumpen nutzen die in Luft, Erdreich oder Wasser gespeicherte Umweltwärme für die Erzeugung von Raumwärme und Warmwasser. Unabhängig von der natürlichen Umweltwärmequelle benötigen sie nur einen kleinen Teil elektrischer Antriebsenergie, um die benötige Wärme für das Gebäude zu erzeugen. Wärmepumpen nutzen – wie auch Kühlschränke – das Prinzip des thermodynamischen Kreislaufprozesses:
Die Umweltwärme (aus Erde, Wasser oder Luft) wird auf ein Arbeitsmedium (Sole) übertragen, das in einem Kreislauf zirkuliert. Über einen Verdampfer (Wärmetauscher) wird die in der Sole aufgenommene Umweltwärme auf ein Arbeitsmedium (Kältemittel) übertragen. Das Arbeitsmedium wird mit einem Verdichter (Kompressor) auf einen höheren Druck gebracht. Durch die Verdichtung steigt die Temperatur des Kältemittels. In einem Verflüssiger (Wärmetauscher) wird die Wärme auf das Heizungswasser im Heizungskreislauf übertragen. Die Heizung wird durch das Heizungswasser erwärmt und gibt die Wärme an den Raum ab. Im Entspannungsventil wird das Arbeitsmedium entspannt und kühlt sich dadurch ab.
Ob großes Gartengrundstück oder Reihenhaus – unterschiedliche Bauarten, Leistungsklassen und Gerätegrößen ermöglichen individuelle Sanierungslösungen für Bestandsgebäude. Wie einfach sich die alte Heizung gegen eine Wärmepumpe austauschen lässt, hängt auch von der bereits vorhandenen Hauswärmetechnik und der Gebäudehülle (Dämmstandard) ab. Maßgeblich für die Gerätewahl ist dabei auch, wie bislang die Wärme in den Raum übertragen wurde.
Eine Flächenheizung, also eine Fußboden-, Wand- oder Deckenheizung bietet aufgrund der niedrigeren Systemtemperatur eine ideale Ausgangslage für den Einbau einer Wärmepumpe. Insbesondere mit Deckenheizungen ergeben sich zusätzliche Komfortlösungen, da heute viele Wärmepumpen über eine optionale Kühlfunktion verfügen, welche über eine Flächenheizung, z. B. in der Decke, die Räume im Sommer angenehm und zugfrei kühlen kann.
Für alle Flächenheizungsvarianten gibt es heute bewährte Systeme für Sanierungen, um diese nachträglich einzubauen. Doch auch wandhängende Heizkörper können in Kombination mit einer Wärmepumpe verwendet werden: Hochtemperatur-Wärmepumpen können dafür ein Temperaturniveau von rund 70 °C liefern. Falls – wie im Fall von Speicherheizungen – keine Heizkörper oder Flächenheizung vorhanden ist, kann eine Wärmepumpe die Raumwärme – zum Beispiel kombiniert mit einer Lüftungsanlage – direkt in die Luft abgeben.
Die im Vergleich zu Erdwärmepumpen niedrigeren Anschaffungskosten und ein geringer Installationsaufwand machen Luft/Wasser-Wärmepumpen zu einem attraktiven Heizsystem für Bestandsgebäude mit gutem baulichen Wärmeschutz. Luft/Wasser-Wärmepumpen können auch bei Außentemperaturen unter 0 °C noch Heizwärme erzeugen. Allerdings erhöht sich bei niedrigen Außentemperaturen der erforderliche Luftumsatz. Es ist auch möglich, dass die Wärmepumpe in Kombination mit einem zweiten Wärmeerzeuger eingesetzt wird, der an besonders kalten Tagen im Jahr die Wärmepumpe unterstützt. Gerätetypisch heizt dann ein elektrischer Heizstab im Warmwasserspeicher zusätzlich zur Wärmepumpe.
Die Arbeitsgeräusche der Außeneinheit der Wärmepumpe sollten unbedingt beachtet werden, denn Richtwerte bei der Immission von Lärm dürfen nicht überschritten werden. Deshalb muss der Aufstellort besonders sorgfältig ausgewählt werden. Luft/Wasser-Wärmepumpen sind als sogenannte „Monoblock-“ oder „Split-“ Geräte erhältlich. Erstere Bauweise vereint sämtliche technische Komponenten in einem Gerät. Bei Split-Geräten sind die Komponenten des Kreislaufprozesses, wie z. B. Verdampfer oder Verdichter, in der Außeneinheit der Wärmepumpe untergebracht, andere wiederum in der Inneneinheit, welche im Haus aufgestellt wird.
Das Erdreich ist ein guter Wärmespeicher, um eine Wärmepumpe auch bei tiefen Außentemperaturen wirtschaftlich zu betreiben. Als „Erdkollektor“ bezeichnet man ein Rohrschlangensystem, welches unterhalb der Frostgrenze in etwa 1,20 m bis 1,50 m Tiefe verlegt wird. Rohrleitungen mit einem Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel nehmen die Erdwärme auf und übertragen diese Wärme über den Verdampfer auf das Arbeitsmittel der Wärmepumpe. Die Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs nimmt mit steigendem Wassergehalt zu. Erdkollektoren benötigen eine ausreichend große, unversiegelte Grundstücksfläche. Die Faustregel: Diese sollte ungefähr doppelt so groß sein wie die zu beheizende Wohnfläche des Gebäudes.
Alternativ zu horizontal verlegten Erdkollektoren kann die Wärmequelle Erdreich auch durch eine vertikale Erdsondenbohrung erschlossen werden. Für das Einbringen der Erdsonden müssen Genehmigungen eingeholt werden.
Wärmepumpen zählen zu den effizientesten Heizsystemen am Markt – und das auch in Zukunft. Sie werden zudem immer umweltfreundlicher, da für die Erzeugung des netzbezogenen Stroms immer mehr Erneuerbare Energien genutzt werden. Dadurch sinken die systemrelevanten CO2-Emissionen der Stromerzeugung und auch die der angeschlossenen Wärmepumpe.
Die Effizienz – und damit auch die Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen – ist individuell und vom beheizten Gebäude abhängig. Ein wichtiger Kennwert dafür ist die „Jahresarbeitszahl“, auch als „JAZ“ bezeichnet. Sie gibt das Verhältnis zwischen der zugeführten elektrischen Energie und der tatsächlich abgegebenen Heizungswärme der Wärmepumpe im Zeitraum eines Jahres wieder. Die JAZ „4“ bedeutet, dass die betreffende Wärmepumpe aus einem Teil Strom vier Teile Heizwärme erzeugt hat. Je höher die JAZ einer Wärmepumpe, desto effizienter arbeitet das Gerät.
Für die Stromversorgung von Wärmepumpen bieten Energieversorgungsunternehmen oft vergünstigte Wärmestromtarife an. Voraussetzung ist, dass der Stromverbrauch der Wärmepumpe separat vom Haushaltsstromverbrauch erfasst werden kann.
Die bei Wärmepumpen gegenüber fossilen Systemen höheren Investitionskosten werden durch attraktive Förderungen aufgefangen: Die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) bietet im Teilprogramm „Einzelmaßnahmen“ Fördersätze von bis zu 45 Prozent, wenn eine Ölheizung gegen eine Wärmepumpe ausgetauscht wird. Notwendige Umfeldmaßnahmen, zum Beispiel der Ausbau und die Entsorgung von Öltanks, werden mitgefördert.
Bei Sanierungsmaßnahmen sollten die Maßnahmen sinnvoll aufeinander abgestimmt werden. Ob qualifizierte Energieberatung oder Übersicht über mögliche Fördermaßnahmen: Hilfestellung bei Fragen zur Förderung bietet unsere Webseite www.ganz-einfach-energiesparen.de/foerdermittel.
Ausschlaggebend für einen effizienten Einsatz von Wärmepumpen ist die Heizlast des Gebäudes. Auch das Temperaturniveau der Wärmeübertragung ist ein Faktor: Fußboden- bzw. Flächenheizungen benötigen eine geringere „Vorlauftemperatur“ als wandhängende Heizkörper. Die Wärmepumpe muss folglich ein geringeres Temperaturniveau bereitstellen und kann so effizienter arbeiten. Um ein niedriges Temperaturniveau überhaupt realisieren zu können, muss das Gebäude über einen baulichen Wärmeschutz verfügen. Oberste Geschossdecken, Keller und Wände sollten gedämmt, Fenster mehrfachverglast sein.
Ist die Entscheidung für eine Wärmepumpe gefallen, ermittelt das Fachhandwerk die erforderliche Heizleistung der Wärmepumpe. Nach dem Einbau muss die Wärmepumpe eingestellt werden, hierbei spielen Fragestellungen wie
eine Rolle.
Falls nicht ohnehin als Fördervoraussetzung verbindlich, ist ein hydraulischer Abgleich des Heizsystems dringend zu empfehlen. Durch einen hydraulischen Abgleich wird sichergestellt, dass Räume gleichmäßig und bedarfsgerecht beheizt werden.
Für den Anschluss einer Wärmepumpe muss am Aufstellort ein geeignete Elektroinstallation vorhanden sein. Abhängig von der Dimensionierung übriger Verbraucher (z. B. Ladestation für ein E-Auto), kann ein zweiter Hausanschluss notwendig werden.
Wärmepumpen nutzen die Umweltwärme aus Luft, Wasser und Erdreich direkt, können darüber hinaus jedoch auch leitungsgebundene Erneuerbare Energien einbinden. Die einfachste Möglichkeit: Mit einem Ökostrom-Liefervertrag kann eine Wärmepumpe klimaneutral betrieben werden. Auch selbst erzeugter PV-Strom kann für den Betrieb genutzt werden, dafür notwendig ist – neben der PV-Anlage – ein Energiemanagementsystem sowie ein Batteriespeicher, falls der Strom unabhängig vom Zeitpunkt der Erzeugung genutzt werden soll.
Auch solarthermische Energie, welche durch Dachkollektoren gewonnen wird, kann in das Heizsystem, z. B. zur Bereitstellung von Trinkwarmwasser, eingebunden werden.
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