Wärmepumpen

Ist sie erst einmal installiert, sammelt sie Energie scheinbar aus dem Nichts: Die Wärmepumpe. Auch bei der Modernisierung von Altbauten kann eine nachträgliche Installation von Wärmepumpen dazu beitragen, den Energiebedarf massiv zu senken.

Funktionsweise

: Grafik: BVB WärmePumpe e.V.

Das Prinzip ist schon verblüffend: Mit der Wärme von Erde, Wasser oder Luft kann ein ganzes Haus beheizt werden. Dabei brauchen diese von der Sonnenenergie gespeisten Wärmequellen nicht einmal besonders warm zu sein. Je nach „Wärme“-Quelle reichen schon Temperaturen aus, die gerade über dem Gefrierpunkt liegen!

Möglich ist dies durch mehrere physikalische Effekte, die in umgekehrter Weise auch Kühlschränke nutzen. Diese arbeiten ebenfalls mit Wärmepumpen. Beim Kühlschrank wird den Lebensmitteln im Inneren Wärme entzogen und nach außen (ungenutzt) abgegeben. Die Wärmepumpe zum Heizen entzieht dagegen der Umwelt Wärme und transportiert diese nach innen ins Haus. Sie wandelt Wärme geringerer Temperatur und Wärme höherer Temperatur um, so dass als kalt empfundene Außentemperaturen ausreichen, um das Innere eines Hauses behaglich zu erwärmen. Wie beim Kühlschrank das Kühlmittel nutzt die Wärmepumpe eine frostsichere Flüssigkeit, die bereits bei sehr niedrigen Temperaturen verdampft.

Zum Beheizen von Gebäuden werden meist Elektrokompressions-Wärmepumpen verwendet. Diese verdichten die verdampfte Flüssigkeit mit einem Elektromotor, so dass sie sich weiter erwärmt. Den Effekt kann man auch bei einer gewöhnlichen Luftpumpe spüren, auch sie wird warm durch die zusammengepresste Luft. Über Wärmetauscher gibt das erwärmte Gas seine Wärme an das Heizwasser ab. Wie ein Kühlschrank braucht auch die Wärmepumpe für die Kompression des Kühlmittels Energie, in der Regel in Form von Strom. Strom ist aber eine vergleichsweise aufwändig herzustellende Energieform. Für eine Kilowattstunde Strom muss man etwa dreimal so viel Primärenergie einsetzen wie bei Wärme. Bei der Wärmepumpe ist es daher entscheidend, wie viel Strom sie benötigt, um ihre Heizleistung zu erbringen.

Wann sind sie geeignet?

Die Wärmepumpenheizung kann bei Neubauten (Niedrigenergiehaus oder Passivhaus mit Fußbodenheizung) und sanierten Altbauten (Passivhaus- oder Niedrigenergiehausstandard) eine gute Alternative zu anderen Heizsystemen darstellen, die zum Teil mit günstigen Krediten von der KfW-Bank gefördert wird. Zudem bieten die meisten Elektrizitätsversorger vergünstigte Tarife für Wärmepumpenstrom an. Damit sich die Investition auszahlt und auch die Umwelt entlastet wird, müssen allerdings verschiedene Bedingungen berücksichtigt werden. Einen übersichtlichen Vergleich verschiedener Heizsysteme bietet der Energiespar-Ratgeber Heizkosten im Neubau.

Die Investitionskosten für eine Elektrowärmepumpe liegen für ein Einfamilienhaus etwa 5.000 Euro über denen einer Ölheizung. Damit diese Kosten sich möglichst bald bezahlt machen, ist die Effizienz der Wärmepumpe entscheidend. Diese wird in der Jahresarbeitszahl (JAZ) ausgedrückt. Sie beschreibt das Verhältnis, der über das Jahr abgegebenen Heizenergie zur Menge der elektrischen Energie, die zum Betrieb erforderlich ist. Diese JAZ sollte nicht unter Vier liegen, was bedeutet, dass die Wärmepumpe mindestens das Vierfache der eingesetzten Energie liefert.

Die verschiedenen Wärmepumpensysteme unterscheiden sich voneinander in den Kosten, der Effizienz sowie in den möglichen Einsatzbereichen. Günstig sind Fußboden- oder Wandheizungen, weil sie mit etwa 35°C eine geringere Vorlauftemperatur benötigen und sie die Wärme über große Flächen abgeben. Bei Heizkörpern muss die Vorlauftemperatur mit mindestens 50 °C deutlich höher sein. Oft sind dann auch größere Heizkörper nötig. Die höhere Vorlauftemperatur erfordert eine höhere Kompressortemperatur und verringert in diesem Fall die Effizienz der Pumpe.

Erde, Wasser oder Luft

: Grafik: BVB WärmePumpe e.V.

Nicht nur das Gebäude selbst, auch das Grundstück sowie die Bodenbeschaffenheit sind für die effiziente Nutzung von Wärmepumpen entscheidend. Mit Heizschlangen, die im Boden verlaufen, funktionieren so genannte Erdwärmekollektoren. Diese arbeiten bereits bei einer Umgebungstemperatur von 0 °C, liegen aber ohnehin im Boden unterhalb der Frostgrenze ab einem halben Meter Tiefe. Ist das Grundstück dafür nicht ausreichend groß, bohrt man in die Tiefe (gewöhnlich bis max. 100 Meter) für Erdwärmesonden. Dies ist die übliche Art der Umweltwärmenutzung. Brunnen, Grundwasser oder Flüsse und Seen sind als Wärmequellen in Einzelfällen möglich, hier muss aber die jeweilige Wasserbehörde der Stadt oder des Kreises zustimmen.

In der Anschaffung günstiger sind Luftwärmepumpen. Allerdings sind sie bei niedrigen Lufttemperaturen gerade an kalten Tagen im Winter mit deutlich unter 0 °C wenig effizient: Sie erreichen nur Jahresarbeitszahlen unter 3,0 und sind deshalb von der Förderung durch die KfW-Bank ausgeschlossen. Bei dichter Bebauung ist die Luftwärmepumpe auch wegen ihres Geräuschpegels problematisch. Welche Wärmequelle geeignet ist, sollte man mit einem Fachbetrieb je nach Gebäudestandort und benötigtem Wärmebedarf entscheiden.

Eigentümer schätzen bei der Elektrowärmepumpe die mögliche Heizkostenersparnis. Zudem benötigen sie weder einen Kamin, noch einen großen Heizungskeller, da sie nur etwa so groß ist wie eine Waschmaschine. Im Jahr 2005 wurden 18.000 Elektrowärmepumpen für die Gebäudeheizung verkauft, ein Teil davon als Ersatz für bereits eingebaute Wärmepumpen. Der Großteil davon kam in Neubauten zum Einsatz, zunehmend werden sie auch in sanierten Altbauten eingesetzt.

Besondere Voraussetzungen

Grundvoraussetzung für die Elektrowärmepumpe sollte im Wohnungsbau stets ein überdurchschnittlich gedämmtes Gebäude sein. Desto weniger Energie benötigt es und desto effizienter kann die Wärmepumpe die erforderliche Heizwärme bereitstellen. Denn wie gut sie arbeitet, hängt ganz entscheidend vom Temperaturniveau ab, auf das sie das Heizwasser von der Temperatur des genutzten Umweltmediums (z. B. +8 °C) „hinaufpumpen“ muss. Je kleiner der Unterschied, desto besser ist der Wirkungsgrad. Und gut gedämmte Häuser kann man mit 20-40 °C warmem Heizwasser behaglich heizen. Es ist dagegen unsinnig, Elektrowärmepumpen in ungedämmte Altbauten ohne Fußbodenheizung einzubauen, ihre Jahresarbeitszahl wäre zu schlecht.

Vor dem Einbau einer Wärmepumpe sollte man die mindestens zu erzielende Jahresarbeitszahl mit dem ausführenden Betrieb schriftlich vereinbaren (z. B. 3,0 oder höher) und eine Rückforderung für den Fall des Nichterreichens vereinbaren, um den wirtschaftlichen Verlust auszugeichen. Um die tatsächliche Effizienz einer Wärmepumpe zu erfahren, muss der Hauseigentümer selbst aktiv werden: Durch den Einbau von Strom- und Wärmemengenzählern lässt sich jährlich nach Ende der Heizperiode die Jahresarbeitszahl errechnen. Bei der Berechnung wird die Heizwärmeabgabe (Wärmemengenzähler) durch den Stromeinsatz (Stromzähler Wärmepumpe) dividiert. Hierbei sind auch der Strom für die Heizungspumpen und die Wärme für das Warmwasser mit zu berücksichtigen. (Das Warmwasser sollte unbedingt von der Wärmepumpe erwärmt werden. Dezentrale elektrische Systeme zur Warmwasserbereitung verbrauchen viel mehr Strom und heben eine CO₂-Einsparung der Wärmepumpe wieder auf.)

Zusammenfassend sollte für den effizienten Einsatz einer Wärmepumpe Folgendes berücksichtigt werden:

- Gute Wärmedämmung der Gebäudehülle, mehr als die EnEV vorschreibt. Das senkt die Temperatur des Heizwassers.

- Geringe Temperatur des Heizwassers. Das muss auch durch das Wärmeverteilsystem der Heizung möglich sein wie bei einer Wand- bzw. Fußbodenheizung oder durch eine Heizkörpervergrößerung.

- Es sollte Erdreich oder Grundwasser/ Oberflächenwasser als Umweltmedium genutzt werden, um auch bei tiefen Außentemperaturen noch Temperaturen über dem Gefrierpunkt als Wärmequelle nutzen zu können.

Umweltbilanz

Inzwischen werden in Wärmepumpen Kühlmittel verwendet, die weniger schädlich für die Umwelt sind. Einige arbeiten sogar mit Verbindungen wie CO₂ oder Butan, die bei einem Leck die Ozonschicht nicht schädigen.

Wie umweltverträglich eine Elektrokompressions-Wärmepumpenheizung tatsächlich ist, hängt von ihrer Effizienz ab, und wie der Strom erzeugt wurde, der für den Betrieb des Motors nötig ist. Arbeiten sie besonders effektiv oder stammt der Strom gar aus regenerativen Energiequellen bieten sie ein großes Potenzial zur CO₂-Einsparung.

Durch die Installierung von Wärmepumpen kann der allgemeine Bedarf an Stromerzeugung steigen. Der für den Betrieb erforderliche Strom wird zwar nur während der Heizperiode und dann auch nicht immer in voller Höhe benötigt, muss aber von den Kraftwerken bereitgehalten werden. Diese Mehrleistung der Kraftwerke dürfte auf den allgemeinen Strompreis umgelegt werden. Die gegenwärtigen Wärmepumpen-Sondertarife werden also dann der Vergangenheit angehören, wenn vermehrt Elektrowärmepumpen in Häuser eingebaut werden. Auch dies ist bei der Entscheidung zu berücksichtigen.

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Weitere Informationen und Adressen, von Handwerkern in Ihrer Nähe finden Sie auf der Website des Bundesverbandes WärmePumpe e.V. www.waermepumpe-bwp.de

Nutzen Sie auch den Erdwärme-Lehrpfad der Firma Ochsner Wärmepumpen GmbH. Hier finden Sie Informationen zu den Themen Erdwärme, das Funktionsprinzip der Wärmepumpe, persönlicher Nutzen und vieles mehr: www.erdwaerme-lehrpfad.com