Die Wärmepumpe

Was Wärmepumpen ausmacht und wie sie funktionieren

Wärmepumpen weisen eine hohe Energieeffizienz auf und sind bekannt dafür, bei einem geringeren Energieverbrauch den gleichen Wohnkomfort bieten zu können. Dabei nutzen sie erneuerbare Energien auf unterschiedlichste Art und Weise, um Wärme zu erzeugen. In Konsequenz reduziert die Wärmepumpe damit den CO₂-Ausstoß und trägt zur Verminderung von Treibhausgasen bei. Ferner kann sie, konträr zu ihrem Namen, auch zum Kühlen eingesetzt werden und besticht damit durch ihre Vielseitigkeit. Wenngleich Investitionskosten für ihre Anschaffung vonnöten sind, können Sie langfristig von Kosteneinsparungen profitieren. Zudem sind Sie mit einer Kompressionswärmepumpe unabhängig von fossilen Brennstoffen und vom Energiemarkt. Insbesondere unvorhersehbare politische Krisen haben bewiesen, dass Unabhängigkeit von den Preisen im Energiesektor Gold wert sein kann.

Kompressionswärmepumpen

Die gängigen Wärmepumpen für Ein- und Zweifamilienhäuser sind Kompressionswärmepumpen und arbeiten mit Strom. Dieser wird jedoch ausschließlich als Hilfsenergie verwendet. Der Löwenanteil der Energie, die als Wärme im Wohnraum ankommt, entnimmt die Wärmepumpe nämlich der Umwelt, welche sie aus der Luft, Erde oder dem Grundwasser gewinnt. Diese Typen haben den Vorteil, dass sie in jeder Umgebung und im Vergleich auf kleinerem Raum nutzbar sind, weshalb sie besonders beliebt und verbreitet sind.

Das Prinzip hinter der Wärmepumpe ist nicht neu, der Kühlschrank beispielsweise nutzt dies seit vielen Jahren sehr erfolgreich: Die natürliche Fließrichtung der Wärmeenergie umkehren, der vergleichsweise kalten Umwelt Wärme entziehen und diese in der Folge ins Innere leiten. Dabei ist es irrelevant, wenn die Außentemperatur im Winter an nicht wenigen Tagen gar unter dem Nullpunkt liegt, denn die Außenluft enthält immer noch ausreichend Energie, um den Innenbereich zu beheizen. Das Erdreich und das Grundwasser kühlen sogar deutlich weniger ab als die Luft.

Der Kreisprozess der Wärmepumpe sieht dabei wie folgt aus: Im kühlen Zustand ist das Kältemittel flüssig. Es fließt durch eine entsprechende Leitung in einen Wärmetauscher und kommt dort mit der Umweltenergie in Kontakt. Um die Wärme aus der Umwelt auf das Kältemittel zu übertragen, muss es zu diesem Zeitpunkt kälter sein als das Grundwasser, das Erdreich oder die Luft. Die Wärme löst sodann die Verdampfung des Kältemittels aus. An dieser Stelle kommt nun der elektrisch betriebene Verdichter – der Kompressor - zum Einsatz, welcher den Dampf komprimiert. Dadurch steigt die Temperatur. In einem zweiten Wärmetauscher läuft der Wärmetransfer zwischen dem warmen Kältemittel und dem kühleren Heizungswasser ab. Bei diesem Prozess verliert das Kältemittel an Temperatur und verflüssigt sich schließlich erneut. Ein Ventil sorgt für den Druckabbau, stellt die Ausgangsbedingungen wieder her und der Vorgang beginnt von vorn.

Sorptionswärmepumpen

Die Alternative zum Prinzip der Kompression ist die Sorption, welche Abläufe beschreibt, die zur Adsorption (Anreicherung, adsorbieren, ansaugen) bzw. Absorption (Aufnahme, absorbieren, aufsaugen) führen. Sowohl die Adsorptionswärmepumpe als auch die Absorptionswärmepumpe können genauso wie die Kompressionswärmepumpe als Energiequelle das Erdreich, die Luft oder das Grundwasser nutzen. In ihrer Bauart und Funktionsweise unterscheiden sie sich allerdings deutlich. Beide Typen werden zudem in Kombination mit Brennwerttechnik, also mit fossilen Wärmequellen - zumeist Gas - betrieben.

Das verwendete Sorptionsmittel macht bei den beiden Sorptionswärmepumpen-Typen den Unterschied: während sich beim Vorgang der Adsorption das gasförmige Kältemittel lediglich an das Sorptionsmittel bindet, so wird bei einer Absorptionswärmepumpe das gasförmige Kältemittel vollständig vom Sorptionsmittel aufgenommen. In beiden Fällen entsteht hierdurch die Wärme, die zum Heizen verwendet wird. Damit der Kreislauf wieder von vorn beginnen kann, werden das Kältemittel und das Sorptionsmittel erhitzt, um sie wieder voneinander zu trennen (Kondensation). Adsorptionswärmepumpen können Wirkungsgrade von bis zu 125 % aufweisen, d. h.: Sie können bis zu ein Viertel mehr Wärmeenergie erzeugen als reine Gasheizungen.

Absorptionswärmpumpen haben sogar Wirkungsgrade von bis zu 165 %. Durch die Tatsache, dass es keinerlei beweglichen Teile gibt, sind diese Wärmepumpen wartungsfrei. Zudem können sie höhere Vorlauftemperaturen erzeugen, weshalb sie auch mit Heizkörpern, die eine deutlich höhere Vorlauftemperatur benötigen, kombiniert werden können. Zwar werden die beiden Typen - wie bereits erwähnt - mit fossilen Brennstoffen betrieben bei deren Verbrennung umweltschädliche Gase entstehen, allerdings führt der Einsatz einer solchen Wärmepumpe, die zusätzlich Umweltwärme nutzt, dazu, dass rund ein Viertel der Brennstoffkosten eingespart werden können. Sorptionswärmepumpen sind daher in der Lage herkömmliche Gas-Heizungen mit den Vorteilen von erneuerbaren Energien zu verbinden.

Für eine möglichst sparsame Betriebsweise ist es empfehlenswert, die Zieltemperatur für das Warmwasser so niedrig wie möglich anzusetzen. Bereits ein Unterschied von 10 Grad, beispielsweise zwischen 45 und 55 Grad, kann die Effizienz deiner Wärmepumpe deutlich beeinflussen. Um das Wärmeangebot des Heizkreises bestmöglich für die Trinkwasserbereitung zu nutzen, ist ein großer Wärmetauscher für den Warmwasserspeicher von Vorteil. Zudem sollten kurze Leitungswege und eine effektive Isolation berücksichtigt werden, um Wärmeverluste auf ein Minimum zu reduzieren.

Idealerweise befinden sich der Wärmeerzeuger und der Trinkwasserspeicher in direkter Nähe zueinander. Bei Erdwärmepumpen und Grundwasserwärmepumpen treten in der Regel keine Probleme bei der Warmwassererzeugung auf. Aufgrund des guten Energieangebots an der Wärmequelle steht kontinuierlich ausreichend Leistung zur Verfügung, um phasenweise auch höhere Temperaturen zu erreichen, ohne dass der Energieverbrauch in unverhältnismäßige Höhen steigt. Im Gegensatz dazu können Luft-/Wasser-Wärmepumpen die Warmwasserbereitung an die Grenzen ihrer Effizienz bringen. Insbesondere während Kältephasen, wenn ein erhöhter Bedarf an heißem Wasser für Dusche und Badewanne besteht, kann die Leistungsfähigkeit dieser Geräte beeinträchtigt sein. Ist das System nicht ausreichend dimensioniert oder nicht an den aktuellen Bedarf angepasst, wird vermehrt der Heizstab verwendet, was zu erhöhtem Stromverbrauch und negative Auswirkungen auf die ökologische Bilanz führen kann.

Reine Brauchwasser-Wärmepumpen

Eine reine Warmwasser-Wärmepumpe kann nicht mit Heizungsanlagen kombiniert werden, da sie ausschließlich zur Warmwasserbereitung – also zur Erwärmung von Trinkwasser - gedacht ist. Dementsprechend weist sie auch eine geringere Leistung auf. Sie gilt als wartungsfrei, wobei von Herstellerseite aus eine Überprüfung alle 2 Jahre empfohlen wird und durchgeführt werden sollte.

Ihr Prinzip ist identisch mit einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe, was kurzum bedeutet: Je höher die Raumtemperatur ist, desto effektiver kann die Wärmepumpe arbeiten und das Wasser aufbereiten.

Als Aufstellort für eine solche Brauchwasser-Wärmepumpe eignen sich daher besonders (Keller-) Räume, in denen zum Beispiel Geräte wie die Waschmaschine, der Wäschetrockner, ein Kühlschrank oder eine Gefriertruhe stehen sowie der Heizungsraum. Diese genutzten Räume sind folglich auch im Winter relativ warm, sodass die Wärmepumpe die von den Geräten ausgehende Abwärme sinnvoll zur Warmwasserbereitung nutzen kann. Durch den Betrieb der Brauchwasser-Wärmepumpe sinkt nicht nur die Temperatur im Raum, sondern auch die Luftfeuchtigkeit.

Die Geräte sind üblicherweise steckerfertig und müssen daher lediglich an die heimische Wasserleitung angeschlossen werden. Möglich sind je nach Modell Wassertemperaturen von bis zu +65°C. Der integrierte Elektroheizstab schaltet sich erst dann dazu, sobald eine große Menge Warmwasser innerhalb kurzer Zeit verbraucht wird.

Attraktiv sind auch insbesondere Brauchwasser-Wärmepumpen, welche direkt in Verbindung mit Solaranlagen, also kostenfreier Solarenergie genutzt werden können. Sobald die Module genügend Warmwasser aufbereitet haben, schaltet sich die Brauchwasser-Wärmepumpe automatisch ab.

Diebstahlschutz

Den Diebstahl einer wertvollen Wärmepumpe zu verhindern, erfordert einige Sicherheitsvorkehrungen.

Sinnvoll ist es, eine Kombination aus mehreren Maßnahmen zu wählen, um die Chancen eines erfolgreichen Diebstahls zu minimieren. Mit den folgenden Möglichkeiten können Sie Ihre Wärmepumpe sichern: