Wärmepumpe

Die Wärmepumpe als Heizeinrichtung

Wärmepumpensysteme tragen bei richtiger Auslegung zur Entlastung der Umwelt bei

waermepumpe_skizzeBei re­la­tiv ge­rin­gem Einsatz an Primärenergie wird ei­ne hö­he­re Ausbeute an Nutzenergie er­zielt, d.h. die Wärmeabgabe ist grö­ßer als der Heizenergieeinsatz. Wärmepumpen tra­gen so­mit zu ei­ner Schonung der Ressourcen und zur Entlastung der Umwelt bei.

Wärmepumpensysteme er­freu­en sich im pri­va­ten Bereich zur Zeit zu­neh­men­der Beliebtheit. Im letz­ten Jahr wur­den er­heb­li­che Fortschritte hin­sicht­lich der tech­ni­schen Effizienz und der Zuverlässigkeit die­ser Systeme ge­macht. Durch die Verschärfung der Wärmeschutzanforderungen, die ei­nen ge­rin­gen und gleich­mä­ßi­gen Wärmebedarf ei­nes Gebäudes zur Folge ha­ben, wur­den auch en­er­ge­tisch güns­ti­ge Rahmenbedingungen für den Einsatz von Wärmepumpensystemen ge­schaf­fen. Darüber hin­aus gibt es vie­ler­orts von den Elektrizitätsversorgungsunternehmen z.Zt. er­heb­li­che Fördermittel.

Dies al­les führt da­zu, dass die Wärmepumpe bei der Auswahl des Heizenergieversorgungssystems un­ter güns­ti­gen Rahmenbedingungen als Alternative zu den kon­ven­tio­nel­len Systemen mit in Betrachtung ein­be­zo­gen wer­den kann.

Für Sie als zu­künf­ti­ger Hausbesitzer ist wich­tig zu wis­sen, dass die Wärmepumpe als mo­der­ne und in­no­va­ti­ve Heizung ei­ner ge­wis­sen­haf­ten Planung be­darf. Die öko­no­mi­sche und öko­lo­gi­sche Effizienz der Wärmepumpenheizung wird vor al­lem durch die Art der Wärmequelle und die Art der Wärmeverteilung im Gebäude be­stimmt. Beide ha­ben ei­nen ent­schei­den­den Einfluss auf den Wirkungsgrad der Wärmepumpenheizung im Vergleich zu den kon­ven­tio­nel­len Wärmeerzeugern.

Das phy­si­ka­li­sche Prinzip der Wärmepumpe be­ruht dar­auf, dass ein Arbeitsmedium mit Hilfe ei­nes ther­mo­dy­na­mi­schen Kreisprozesses Wärme aus der Umgebung auf­nimmt und an das zu er­wär­men­de Wasser ab­gibt. Das ge­schieht in ei­nem ge­schlos­se­nen Kreislauf, in dem das ein­ge­setz­te Kältemittel durch Änderung von Aggregatzustand, Druck und Temperatur Wärme auf­neh­men, trans­por­tie­ren und wie­der ab­ge­ben kann.

Dabei spielt ins­be­son­de­re das phy­si­ka­li­sche Gesetz der Wärmeaufnahme beim Verdampfen bzw. der Wärmeabgabe beim Kondensieren des Kältemittels ei­ne ent­schei­den­de Rolle.

Es gibt drei Arten von Wärmepumpen:

    • Sole-Wasser-Wärmepumpe
      Der Sole-Wasser-Wärmepumpe dient das Erdreich als Wärmequelle. Bei dem Erdreich als Wärmequelle wer­den zwei Bereiche un­ter­glie­dert. In ei­ner Tiefe bis zu 2 m wird die im Erdreich ge­spei­cher­te Wärme vor al­lem durch die Sonneneinstrahlung be­reit­ge­stellt. In tie­fe­ren Schichten kommt die Geothermische Wärme zum Tragen. Die zur Verfügung ge­stell­te Wärme ist von der Beschaffenheit des Untergrundes ab­hän­gig, denn aus ei­nem feuch­ten, leh­mi­gen Untergrund kann mehr Wärme ab­ge­zo­gen wer­den als aus ei­nem tro­cke­nen, san­di­gen Untergrund. Die im Erdreich ge­spei­cher­te Wärme ist lang­fris­tig und auf ei­nem gleich­mä­ßi­gen Temperaturniveau ver­füg­bar. Das Erdreich ist ei­ne sehr gu­te Wärmequelle. Der Wärmeentzug kann ent­we­der mit Horizontalen Kollektoren oder aber mit Vertikalen Kollektoren (Erdwärmesonden oder Erdspieße) er­fol­gen.
    • Luft-Wasser-Wärmepumpe
      Der Luft-Wasser-Wärmepumpe dient die Außenluft als Wärmequelle. Bei nied­ri­gen Außentemperaturen ist aber ein mo­no­va­len­ter Betrieb nicht mehr mög­lich. Bei die­sem System nimmt die Wärmequellentemperatur mit stei­gen­dem Heizwärmebedarf im Winter ab. Aus die­sem Grund gibt die Luft-Wasser-Wärmepumpe bei ge­rin­gen Außentemperaturen trotz ho­hem Einsatz von elek­tri­scher Energie nur ei­ne ge­rin­ge Wärmeleistung ab. Die Jahresarbeitszahlen lie­gen da­her häu­fig un­ter 3. Zu be­ach­ten ist auch, dass bei ver­dich­te­ter Bebauung Geräuschbelastungen für die an­gren­zen­den Gebäude auf­tre­ten kön­nen.
    • Wasser-Wasser-Wärmepumpe
      Bei der Wasser-Wärmepumpe dient das Grundwasser als Wärmequelle. Grundwasser stellt auf­grund sei­ner an­nä­hernd kon­stan­ten Temperatur ei­ne gu­te Wärmequelle dar. In der Praxis hat sich aber ge­zeigt, dass die in die Bohrungen ein­ge­brach­ten Sonden sich mit der Zeit zu­set­zen bzw. durch Anlagerungen die Wärmeentzugsleistung re­du­ziert wird. Außerdem ist in je­dem Fall ei­ne was­ser­recht­li­che Genehmigung er­for­der­lich.

Wärmepumpen ar­bei­ten mit fol­gen­den Betriebsweisen:

    • Monovalenter Betrieb
      Im mo­no­va­len­ten Betrieb deckt die Wärmepumpe den ge­sam­ten Wärmebedarf, ver­gleich­bar ei­ner kon­ven­tio­nel­len Heizung. Die Auslegung er­folgt nach der nied­rigs­ten Außentemperatur. Dieses Auslegungsprinzip ist bei Wärmepumpen mit ge­wis­sen Nachteilen ver­bun­den, denn die Kosten zur Erschließung der Wärmequelle und der Anlage stei­gen mit der Anlagengröße. Außerdem be­steht die Möglichkeit, dass die Wärmepumpe beim mo­no­va­len­ten Betrieb häu­fig im Teillastbetrieb ar­bei­tet. Diese Betriebsweise kann sich ne­ga­tiv auf die Lebensdauer der Wärmepumpe aus­wir­ken. Mittlerweile gibt es Wärmepumpen, die sich durch ei­nen dreh­zahl­ge­re­gel­ten Verdichter au­to­ma­tisch an die er­for­der­li­che Heizleistung an­pas­sen. Dadurch wird die Beeinträchtigung der Lebensdauer der Anlage re­du­ziert.
    • Bivalenter Betrieb
      Im bi­va­len­ten Betrieb wird die Wärmepumpe in Verbindung mit ei­ner Zusatzheizung be­trie­ben. Dazu wird die Wärmepumpe z.B. für et­wa 60% der ma­xi­ma­len Heizlast aus­ge­legt und kann et­wa 85% des Jahresheizwärmebedarfs ab­de­cken. An sehr kal­ten Tagen wird der Restwärmebedarf durch ei­ne Zusatzheizung ab­ge­deckt. Im ein­fachs­ten Fall kann die­se Heizung als Elektrowiderstandsheizung aus­ge­führt wer­den. Mit die­ser Zusatzheizung kann bei Bedarf auch die Warmwassertemperatur an­ge­ho­ben wer­den. Für die Energieversorgung des Gebäudes ist le­dig­lich ein Stromanschluss er­for­der­lich, wei­te­re Energieträger wie Öl oder Gas wer­den nicht be­nö­tigt. Aus die­sen Gründen wird da­her in der Regel der bi­va­len­te Betrieb ge­wählt.