Wärmepumpe – Umweltenergie als Wärmequelle nutzen!

Eine Wärmepumpe arbeitet besonders effizient, wenn die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und der Vorlauftemperatur des Wärmeverteilsystems möglichst klein ist. Eine Fußbodenheizung kommt mit einer Vorlauftemperatur von rund 35 Grad Celsius aus, um ausreichend Heizwärme bereitzustellen und ist daher ein idealer Partner für Wärmepumpen. Übrigens ist eine Flächenheizung auch unter dem Aspekt gesundes Wohnen überaus vorteilhaft: Fußbodenheizungen wirbeln so gut wie keinen Staub auf, worüber sich vor allem Hausstauballergiker freuen dürften.
Wärmepumpen können aber auch in Verbindung mit Heizkörpern wirtschaftlich betrieben werden. Voraussetzung hierfür ist ein möglichst hoher Dämmstandard beziehungsweise möglichst geringer Heizwärmebedarf des Gebäudes und Heizkörper, die auf niedrige Vorlauftemperaturen ausgelegt sind. Übrigens: Viele Hersteller von Wärmepumpen werben damit, dass mit ihren Geräten auch hohe Vorlauftemperaturen erzielt werden können. Das mag zwar stimmen, meist wird dabei jedoch nicht erwähnt, dass hohe Vorlauftemperaturen mit einem erhöhten Stromverbrauch der Wärmepumpe einhergehen.

Apropos Stromverbrauch. Betreiber einer Wärmepumpe sollten sich auf die Suche nach speziellem Wärmepumpenstrom machen. Mit einem eigenen Stromtarif für Wärmepumpen lassen sich nämlich zusätzlich Kosten einsparen. Laut einer Studie der Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen gibt es bereits mindestens ein Dutzend überregionale Stromanbieter, die elektrische Antriebsenergie für Wärmepumpen zu attraktiven Konditionen anbieten.
Noch günstiger wird es, wenn Strom, der vor Ort produziert wird, zum Beispiel mit einer Photovoltaikanlage, die Wärmepumpe antreibt. Wegen der nur noch geringen Einspeisevergütung für Solarstrom kann es durchaus eine Überlegung wert sein, die Wärmepumpe mit dem Strom der eigenen Photovoltaikanlage zu versorgen.

Viele Hausbesitzer setzen heute auf das Heizen mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe. Vergleichsweise niedrige Anschaffungskosten, ein überschaubarer Installationsaufwand und ein geringer Platzbedarf machen die Luft-Wasser-Wärmepumpe so attraktiv. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe eignet sich besonders für den Einsatz in Neubauten, da durch den hohen Dämmstandard der Gebäude der Heizwärmebedarf niedrig ausfällt. Sie kann aber, sofern das Haus über eine gute Wärmedämmung verfügt, auch bei der Heizungsmodernisierung Verwendung finden.
Luft-Wasser-Wärmepumpen lassen sich auch als sogenanntes Splitgerät realisieren. Der Vorteil einer Split-Wärmepumpe liegt in ihrer hohen Flexibilität. Ist das Platzangebot im Aufstellungsraum zum Beispiel stark begrenzt, können die meisten Systemkomponenten der Luft-Wasser-Wärmepumpe im Garten aufgestellt werden. Damit lässt sich die Inneneinheit der Wärmepumpe sehr kompakt halten, so dass sie ungefähr nur noch die Größe eines Gas-Wandgeräts hat. Hinzu kommt, dass ein Splitgerät, bei dem die meisten Anlagenbauteile außerhalb des Hauses aufgestellt sind, seinen Dienst sehr geräuscharm verrichtet. Einer Lärmbelästigung von Wohnräumen lässt sich dadurch vorbeugen. Umgekehrt können, falls es notwendig sein sollte, geräuschintensive Systemkomponenten, wie der Kompressor, nicht im Freien, sondern im Keller aufgestellt werden.

Der Einsatz einer Luft-Luft-Wärmepumpe rechnet sich in der Regel nur bei Passiv- oder Niedrigenergiehäusern, die nur einen sehr geringen Heizwärmebedarf haben. Im Gegensatz zu anderen Wärmepumpenmodellen verfügt die Luft-Luft-Wärmepumpe über keinen Kältemittelkreislauf. Stattdessen bedient sie sich an der Wärme aus der verbrauchten Raumluft, um die kühle Frischluft, die von außen ins Gebäudeinnere geleitet wird, aufzuheizen. Dafür ist die Luft-Luft-Wärmepumpe mit einem Plattenwärmetauscher ausgestattet, der die warme Abluft mit der kalten Zuluft kreuzt. Im Schnitt lassen sich so bis zu 90 Prozent der Heizwärme gewinnen. Bevor die Frischluft über das Lüftungssystem im gesamten Gebäude verteilt wird, wird sie mit Hilfe des sogenannten Zulauf-Nacherhitzers endgültig auf die gewünschte Raumtemperatur gebracht.

Eine Erdwärmepumpe nutzt die im Erdreich gespeicherte Umweltwärme. Die Wärmequelle Erde bietet das gesamte Jahr über konstant hohe Temperaturen zwischen sieben und zwölf Grad Celsius. Dabei gilt: je größer die Tiefe, aus der die kostenlose Umweltenergie gewonnen wird, desto höher die Effizienz der Wärmepumpe. Für die Installation von Erdwärmepumpen sind aufwendige Erdarbeiten notwendig. Dadurch liegen die Kosten für eine Erdwärmepumpe deutlich über denen für eine Luftwärmepumpe. Hausbesitzer können zwischen zwei Varianten von Erdwärmepumpen wählen: Sole-Wasser-Wärmepumpen (Erdwärmesonden) und Erdwärmekollektoren.

Bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe werden Erdwärmesonden bis in eine Tiefe von etwa 100 Metern in das Erdreich eingebracht. Die Tiefe der Bohrung ist abhängig vom Heizwärmebedarf des Gebäudes und der Wärmeleitfähigkeit des Untergrunds. In der Erdwärmesonde zirkuliert ein frostsicheres Wärmeträgermedium, die sogenannte Sole, das die Erdwärme aufnimmt und anschließend an den Kältemittelkreislauf der Sole-Wasser-Wärmepumpe übergibt. Zu beachten ist, dass die Installation einer Sole-Wasser-Wärmepumpe genehmigungspflichtig ist. Meist kümmert sich das mit den Bohrarbeiten beauftragte Unternehmen um die notwendigen Papiere.

Erdwärmepumpen mit Erdwärmekollektoren sind eine weitere Möglichkeit, um oberflächennahe Erdwärme anzuzapfen und für Heizzwecke nutzbar zu machen. Die Kunststoffrohre der Erdkollektoren werden in Schlangen unterhalb der Frostgrenze in einer Tiefe von zirka 1,5 Metern verlegt. Die Bodenfläche, die für den Betrieb einer Wärmepumpe mit Erdkollektoren benötigt wird, ist abhängig vom Heizwärmebedarf des Gebäudes und der Regenwasserdurchlässigkeit des Bodens. In der Regel beträgt die Kollektorfläche das Eineinhalbfache der Heizfläche. Damit sich die im Erdreich gebundene Umweltenergie immer wieder durch Sonneneinstrahlung und Regenwasser erneuern kann, darf die Fläche über den Kollektoren nicht versiegelt werden. Um Schäden an den Flächenkollektoren auszuschließen, sollten auch keine tiefwurzelnden Bäume oder Büsche über der Kollektorfläche gepflanzt werden. Die Installation einer Erdwärmepumpe mit Erdwärmekollektoren ist zwar nicht genehmigungs-, jedoch anzeigepflichtig. Statt Flächenkollektoren zu verlegen, können Hausbesitzer auch auf ein System mit Spiralkollektoren beziehungsweise Erdwärmekörben zurückgreifen. Der Einsatz von Erdwärmepumpen mit Spiralkollektoren hat den Vorteil, dass der Flächenbedarf etwas geringer als bei Flächenkollektoren ausfällt. Auch ist das System durchaus eine wirtschaftliche Alternative, wenn die Sondenbohrung für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe von den Behörden nicht genehmigt wurde.

Eine spezielle Form der Erdwärmepumpe ist die Grundwasserwärmepumpe, die auch als Wasser-Wasser-Wärmepumpe oder Brunnenanlage bezeichnet wird. Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen als Wärmequelle das Grundwasser, können und dürfen aber nicht überall errichtet werden. Für die Planung und den Bau einer Grundwasserwärmepumpe braucht es hydrologische und hydrochemische Fachkenntnisse. Zudem muss das Grundwasser in ausreichend großen Mengen vorhanden sein: Pro Entzugsleistung von 10 kW Heizwärme werden pro Stunde zwei Kubikmeter Grundwasser benötigt. Selbstverständlich ist für die Installation eines solchen Systems eine Genehmigung erforderlich, die bei der örtlichen Wasserbehörde eingeholt werden muss. Ist die Hürde Baugenehmigung genommen, werden ein Saug- und ein Schluckbrunnen gebohrt, über die das Grundwasser nach oben gepumpt wird. Nachdem die Umweltwärme entnommen und an den Kältemittelkreislauf der Wärmepumpe übergeben wurde, wird das Grundwasser wieder zurück ins Erdreich geleitet. Da der Planungsaufwand für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe sehr hoch ist und größere Mengen Antriebsenergie notwendig sind, rechnet sich solch eine Wärmepumpe besonders bei Gebäuden mit einem hohen Heizwärmebedarf.

Bei der Hybrid-Wärmepumpe handelt es sich um ein Heizungssystem, mit dem sich besonders wirtschaftlich Heizwärme bereitstellen und Trinkwasser erwärmen lässt. Eine Hybrid-Wärmepumpe, die häufig auch als bivalente Wärmepumpe bezeichnet wird, kombiniert mehrere Wärmeerzeuger miteinander. Sehr beliebt ist die Kombination von Luft-Wasser-Wärmepumpe und Gas-Brennwertkessel. Denkbar ist aber auch eine Verbindung zwischen einer Luft-Wasser-Wärmepumpe und den folgenden Wärmeerzeugern: Solarthermieanlage, Öl-Brennwertheizung, Holzvergaserkessel, Pelletheizung und wassergeführter Kaminofen. Welche der Wärmeerzeuger idealerweise zu einer Hybridheizung zusammengeschlossen werden, dazu berät Sie Ihr Heizungsinstallateur.
Die Hybrid-Wärmepumpe vereint die Vorteile und individuellen Stärken mehrerer Wärmeerzeuger, um besonders energieeffizient und klimafreundlich zu heizen. Herzstück einer Hybrid-Wärmepumpe ist der Pufferspeicher, der die Heizwärme aller Wärmequellen bevorratet. Eine intelligente Heizungssteuerung sorgt dafür, dass abhängig von den herrschenden Bedingungen jeweils die wirtschaftlichste Technologie zum Einsatz kommt: An etwas wärmeren Wintertagen und wenn eine geringere Vorlauftemperatur ausreicht, sorgt beispielsweise die Wärmepumpe kostengünstig und klimafreundlich für Wohlfühltemperaturen. In besonders eisigen Winternächten liefert der Gas-Brennwertkessel zuverlässig und preiswert Heizwärme. Das spart Energiekosten und ist oft deutlich effizienter, als wenn eine Wärmepumpe allein, auch monovalente Wärmepumpe genannt, für Heizwärme sorgen müsste. Die Installation einer Hybrid-Wärmepumpe kann auch in einem Neubau Sinn machen, ihre Stärken spielt sie jedoch im Altbau aus.

Eine Wärmepumpe lässt sich nicht nur zum Heizen und zur Bereitstellung von Warmwasser, sondern auch zum Kühlen von Gebäuden einsetzen. Wärmepumpen mit Kühlfunktion nutzen dabei die Heizfläche der Fußbodenheizung in den Sommermonaten als Kühlfläche, mit der sich die Raumtemperatur um ein paar Grad reduzieren lässt. Um mit einer Wärmepumpe kühlen zu können, müssen jedoch einige technische Voraussetzungen erfüllt sein.
Mit einer Erdwärmepumpe lassen sich die Wohnräume besonders preiswert kühlen. Bei der sogenannten passiven Kühlung, auch als „Natural Cooling“ bezeichnet, wird ein zusätzlicher Platten-Wärmetauscher in den Wärmepumpenkreislauf der Erdwärmepumpe eingebaut, der die Kühle des Erdreichs oder des Grundwassers ins Gebäudeinnere transportiert. Gleichzeitig wird die Raumwärme aufgenommen und an das Erdreich oder Grundwasser übertragen. Luftwärmepumpen lassen sich leider nicht zum passiven Kühlen einsetzen, da die Außenlufttemperaturen im Sommer zu hoch sind.
Sogenannte reversible Wärmepumpen, bei denen sich der Kältemittelkreislauf umkehren lässt, können zur aktiven Kühlung eingesetzt werden. Durch eine Prozessumkehr heizt die Wärmepumpe nicht mehr, sondern kühlt aktiv. Beim Kühlbetrieb kehrt ein Vier-Wege-Ventil die Fließrichtung des Kältemittelkreislaufs um, so dass die Raumwärme aufgenommen und schließlich an die Wärmequelle abgegeben wird. Spätestens jetzt wird die enge Verwandtschaft zwischen Wärmepumpe und Kühlschrank überdeutlich.