Wärmepumpen – Arten, Kritik & Trends
Wärmepumpen sind in aller Munde. Einst war die Wärmepumpe ein Nischenprodukt mit nicht allzu rosiger Zukunft. An die von den Herstellern propagierte Effizienz und Umweltfreundlichkeit wollte keiner glauben. Inzwischen ist die Wärmepumpe zu einem Verkaufsschlager geworden. Beide Vorurteile sind größtenteils beseitigt worden. Dennoch gibt es immer noch viele Hausbesitzer, die der Technik einer Wärmepumpe keinen Glauben schenken wollen. Zu unrecht! Denn wenn die richtigen Voraussetzungen gegeben sind, kann die Wärmepumpe ihr volles Potenzial entfalten, sodass alle Zweifel an der Technik beseitigt werden.
In diesem Blogartikel gehen wir kurz auf die Funktionsweise einer Wärmepumpe ein, auf die verschiedenen Arten von Wärmepumpen sowie auf die einzelnen Vor- und Nachteile. Schließlich gehen wir auch auf die Kritik und die aktuellen Trends ein.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe funktioniert im Prinzip genauso wie eine Kältemaschine (z.B. ein Kühlschrank), nur umgekehrt. So nimmt z.B. der Kühlmechanismus eines Kühlschranks die Wärme aus dem Innenraum auf und leitet diese nach Außen, wodurch Kälte im Kühlschrank entsteht. Dieser Kühlmechanismus wird „Kältekreislauf“ bezeichnet.
Bei einer Wärmepumpe wird die Wärme aus der äußeren Umgebung aufgenommen und an die innere Umgebung abgegeben. Das Medium zur Übertragung der Wärme heißt Kältemittel und hat spezielle chemische Eigenschaften. Ein weiteres Medium, das in den Wärmepumpen Verwendung findet, nennt sich Sole. Dies ist ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel. Der Gefrierpunkt von Sole liegt unter dem des Wassers.
Eine detaillierte Beschreibung des Kältekreislaufs und die einzelnen Eigenschaften eines Kältemittels finden Sie in unserem Blog über umweltfreundliche Klima- und Kältetechnik in den Unterabschnitten „Kälte – und Klimatechnik – ist das so einfach wie es klingt?“ und „Was sind Kältemittel und was müssen diese können?“.
Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?
Die am häufigsten am Heizungsmarkt anzutreffenden Wärmepumpen sind
Luft-Wasser-Wärmepumpen,
Sole-Wasser-Wärmepumpen,
Wasser-Wasser-Wärmepumpen,
Luft-Luft-Wärmepumpen.
Diese vier Arten lassen sich in weitere Untergruppen aufteilen. Im Folgenden gehen wir auf die bekanntesten Untergruppen von den vier genannten Wärmepumpearten sowie auf deren Vor- und Nachteile ein.
Luft-Wasser-Wärmepumpe
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nimmt die Umgebungsluft durch einen Ventilator auf, der draußen vor dem Haus oder an der Hauswand montiert ist. Im Kältekreislauf wird der Umgebungsluft die Wärme entzogen, die schließlich zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung genutzt wird.
Vorteile:
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe erfordert keine umständlichen Baumaßnahmen, weshalb jegliche Genehmigungsverfahren entfallen. Dadurch ist eine solche Wärmpumpe kostengünstiger und schnell einsetzbar. Zusätzlich sind die Luft-Wasser-Wärmepumpen vom Staat förderungsfähig.
Nachteile:
Wenn es um die Effizienz geht, dann verliert die Luft-Wasser-Variante gegen die Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Bei Minusgraden sowie anhaltenden Frostzeiträumen muss mit Strom oder einer zusätzlichen Heizung nachgeholfen werden, da die Heizleistung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe stark von der Außentemperatur abhängt. Mit anderen Worten, es lässt sich nicht viel Wärme aus der kalten Luft entziehen.
Sole-Wasser-Wärmepumpe
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe gibt es in drei unterschiedlichen Ausführungen:
mit einem Erdkollektor
mit einem Energiezaun
mit Erdsonden
Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdkollektor
Bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe werden im Garten Rohre in einer Tiefe von ca. 1,2 m waagerecht verlegt. Der Abstand der Rohre zueinander wird nach Bodenart und der Rohrgröße bestimmt und liegt zwischen 0,3-0,8 m. Hierbei wird Sole statt eines Kältemittels verwendet. Die Sole nimmt die Wärme aus der Erde auf und leitet diese bis an das Heizsystem weiter. Da die Rohre nicht so tief verlegt werden, ist es nicht nur die Wärme aus dem Erdinneren, die zum Heizen verwendet wird, sondern auch die Wärme, die durch Niederschläge und Sonneneinstrahlung entsteht.
Vorteile:
Die Alternative mit dem Erdkollektor verursacht nur niedrige Betriebskosten, ist nahezu wartungsfrei und günstiger als die Alternative mit Erdsonden. Sie hat einen guten Wirkungsgrad und kann mit Solarthermie kombiniert werden. Im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe wird keine Zusatzheizung benötigt.
Nachteile:
Um die Verlegtiefe und den Abstand der Rohre zu bestimmen bedarf es einem Bodengutachten, welches zusätzliche Kosten verursacht. Beim Verlegen müssen noch weitere Sicherheitsabstände eingehalten werden (Abstand zu Wasserleitungen: 1,5m; Abstand zu Kanälen: 1m; Abstand zum Gebäude: 1,2m). Nachdem die Rohre erst einmal verlegt sind, darf der Boden nicht mehr versiegelt werden, d.h. weder bebauen, asphaltieren, betonieren noch bepflastern ist hier möglich.
Sole-Wasser-Wärmepumpe mit einem Energiezaun
Hierbei wird ein Zaun aus biegsamen Plastikrohren in der unmittelbaren Nähe des Hauses aufgestellt. Die Rohre sind schwarz, um die Sonnenwärme besser zu absorbieren. Der Zaun kann komplett an der Oberfläche aufgestellt oder auch teilweise im Boden vergraben werden. Die Sole entnimmt aus der Umgebung Wärme und leitet diese an das Heizsystem weiter. Dabei wird die Wärme aus der Sonneneinstrahlung, dem Wind und den Niederschlägen bezogen. Solch eine Art der Wärmegewinnung ist vielen Menschen unbekannt, da diese nicht weit verbreitet ist. Es wird außerdem empfohlen, den Zaun in Windkräftigen Gegenden zu platzieren, um mehr Wärme aus dem Wind zu gewinnen.
Vorteile:
Im Vergleich zum Erdkollektor braucht ein Energiezaun bei nahezu vergleichbarer Leistung nicht so viel Platz. Deshalb wird auch bei dieser Heizmethode keine zusätzliche Heizung gebraucht. Die Installation ist kostengünstig und erfordert keine Genehmigungsverfahren seitens des Staates. Über Geräusche braucht man sich bei dieser Heiztechnik keine Sorgen machen zu müssen.
Nachteile:
Der Energiezaun erfüllt zwar eine Doppelfunktion als Wärmeübertrager und als Zaun, jedoch müssten sich die Eigentümer erst einmal an die schwarze Optik gewöhnen. Ein Geflecht aus schwarzen Rohren wirkt nicht unbedingt ästhetisch. Es besteht zwar die Möglichkeit den Zaun durch Pflanzen optisch zu verschönern, allerdings sollten diese kälterobust sein. Hierbei gilt der Grundsatz „weniger ist mehr“, denn bei zu vielen Pflanzen kann der Energiezaun die Wärme nicht richtig absorbieren, da er von den Pflanzen verdeckt werden würde. Falls sich der Zaun nur auf der Oberfläche befindet, ist dementsprechend an sehr kalten Wintertagen mit einer kleineren Wärmeausbeute zu rechnen. Kinder sollten nicht unbeaufsichtigt an einem Energiezaun spielen, denn bei Hautkontakt mit den Rohren kann es zu Beschädigungen der Haut kommen. Es kann auch passieren, dass das eine oder andere Kleintier am Zaun festfriert.
Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdsonde
Bei der Variante mit Erdsonden werden meistens in der Nähe des Hauses zwei Löcher senkrecht in den Boden gebohrt. Der Durchmesser der Bohrlöcher beträgt ca. 50-60 cm. Die Tiefe der Löcher reicht bis zu 100m. Es gibt auch deutlich tiefere Bohrungen, diese dienen jedoch vorerst Forschungszwecken. Der Abstand zwischen den Sonden beträgt meistens ca. 6 m und die Sonden werden ca. 3m von der Grundstückgrenze platziert. Der große Abstand zwischen den Sonden gewährleistet eine optimale Absorption der Wärme. Dadurch kann eine Sonde keinen Einfluss auf die andere Sonde nehmen. Wärmeverluste werden so minimiert. Nachdem die Sole in den Sonden die Wärme aufgenommen hat, wird sie weiter bis an das Heizsystem geleitet.
Vorteile:
Die Wärmepumpe mit einer Sonde hat den Vorteil eines guten Wirkungsgrades bei niedrigen Betriebskosten. Es ist auch wie bei den vorherigen Sole-Wasser-Wärmepumpen keine Zusatzheizung erforderlich. Zudem bedarf es nur geringen Wartungsarbeiten.
Nachteile:
Nachteilig wirken sich die Installationskosten auf den Geldbeutel aus. Denn es müssen mindestens zwei Bohrungen her, davor ist zusätzlich noch ein Bodengutachten zu erstellen und eine Genehmigung muss zudem auch vorliegen. Die Grundstücksfläche sollte nicht zu klein gewählt werden. Im schlimmsten Fall kann es bedingt durch die Bodenqualität zu einer mageren Wärmeausbeute kommen. Außerdem sollten Profis die Arbeit erledigen. Bei Fehlauslegung kann es zum Versagen der Sonden kommen.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe wird auch als Grundwasserwärmepumpe bezeichnet, da hier das Grundwasser als Wärmequelle dient. Das Grundwasser eignet sich in diesem Fall als ein sehr guter Wärmelieferant, da sich die Temperatur des Wassers über das ganze Jahr im Bereich von 7-12°C konstant verhält.
Die Pumpe besteht aus zwei Brunnen. Der eine Brunnen, auch „Förderbrunnen“ genannt, befördert das Grundwasser nach oben zur Wärmepumpe, wo dem Grundwasser die Wärme entzogen wird. Die Temperatur des Grundwassers sinkt um ca. 3-5°C. Der zweite Brunnen, auch „Schluckbrunnen“ genannt, befördert das abgekühlte Grundwasser wieder zurück zur Quelle. Zu beachten ist hier der Abstand zwischen den Brunnen. Dieser sollte mindestens 15 m betragen. Außerdem wird die Apparatur entsprechend der Fließrichtung installiert. D.h. der Fließrichtung des Grundwassers nach wird zuerst der Förderbrunnen und dahinter der Schluckbrunnen montiert.
Da eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe den Grundwasserhaushalt beeinträchtigen kann, muss eine wasserrechtliche Erlaubnis vorliegen.
Vorteile:
Aufgrund der konstanten Temperatur des Grundwassers, hat so eine Wärmepumpe auch einen hohen und konstanten Wirkungsgrad. Wenn es um die Wärmeausbeute geht, dann ist dies aktuell die beste Technik. Die Betriebskosten sind niedrig und eine Zusatzheizung ist hier nicht von Belangen.
Nachteile:
Der hohe Wirkungsgrad hat allerdings auch seinen Preis. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist im Vergleich zu den Alternativen, die teuerste. Die Bohrungen sind aufwendig und deshalb auch teuer. Wie schon vorher erwähnt, muss eine Genehmigung vorliegen. Ohne Genehmigung wird es keine Anlage geben. Obwohl diese Wärmepumpe eine der effektivsten ist, ist sie stark vom Grundwasserspiegel und der Qualität des Grundwassers abhängig.
Luft-Luft-Wärmepumpe
Der Name verrät es schon. Die Wärmequelle einer solchen Wärmepumpe ist die Luft. Eine Voraussetzung für die Installation einer Luft-Luft-Wärmepumpe ist das Vorhandensein einer Lüftungsanlage im Haus. Die Abluft einer Lüftungsanlage ist warm genug, um eine gute Wärmequelle zu sein. Zusätzlich zur Abluft einer Lüftungsanlage wird auch die Umgebungsluft benutzt.
Die Funktionsweise sieht folgendermaßen aus. Die Abluft der zuvor im Haus installierten Lüftungsanlage wird zusammen mit der Umgebungsluft (von Außen) durch einen Ventilator eingesaugt. Mit Hilfe des sogenannten Plattenwärmetauschers wird die Wärme der Abluft an die frische Umgebungsluft abgegeben. Danach wird die kalte Abluft weiter nach Außen geleitet. Die erwärmte Luft wird weiter an die Wärmepumpe geleitet und von dort aus wird dann die Wärme an das Heizsystem abgegeben.
Die Luft-Wärmepumpe sollte in Passivhäuser eingebaut werden. Wer dies nicht beachtet, riskiert eine ineffiziente Arbeitsweise der Wärmepumpe und damit eine satte Stromrechnung.
Vorteile:
Zu den Vorteilen gehören, im Vergleich zu den anderen Varianten, niedrigere Anschaffungskosten. Die Luft-Wärmepumpe ist flexibel einsetzbar, d.h. im Winter kann geheizt werden und im Sommer gekühlt werden. Es benötigt nur geringe Wartung.
Nachteile:
Der Wirkungsgrad ist über das Jahr betrachtet nicht konstant, da sich aus der Winterluft nur wenig Wärme aufnehmen lässt. Daraus resultiert die Abhängigkeit vom Strom. Zudem kann eine Luft-Wärmepumpe auch laut sein.
Kritik an Wärmepumpen
Wie Sie bereits oben gelesen haben, ist die Nutzung einer Wärmepumpe nicht nur kostensparend, sondern auch umweltschonend. Ist das immer so?
Leider nein. Nur unter bestimmten, genauer gesagt richtigen Voraussetzungen, arbeitet eine Wärmepumpe effizient und umweltschonend.
Die Kosten einer Wärmepumpe können auch durch die Decke schießen. Wie in etwa bei einem möglichen Fehler bei der Installation der Wärmepumpe. So können nicht ausreichend kompetente Dienstleister Fehler technischer Natur bei der Montage verursachen oder den hydraulischen Abgleich falsch durchführen oder diesen gar vergessen machen.
Weiterhin gilt zu beachten, wie sich der Strompreis in der Zukunft entwickeln könnte. Denn die Wärmepumpe wird mit Strom betrieben. Bei Wärmepumpen mit niedriger Effizienz muss mit Strom nachgeholfen werden. Dies kann zu einer satten Stromrechnung führen.
Eine Wärmepumpe muss jährlich von einem Experten gewartet werden (ca. 60-100€). Haben Sie sich eine unkonventionelle Wärmepumpe, ein besonderes Modell angeschafft? Dann haben Sie hoffentlich darauf geachtet, dass es in Ihrer Stadt ein Unternehmen gibt, das Ihre Anlage jährlich wartet. Wenn nicht, können für Sie hohe Kosten entstehen, wenn ein Experte mit den Kenntnissen für genau diese Anlage anreisen muss. So kann es schnell pro Wartung zu einer Summe von ca. 500€ kommen.
Bevor eine Wärmepumpe im Haus installiert wird, sollte man sich vorher mit der Dämmung des Hauses beschäftigen. So empfiehlt es sich nicht eine Wärmepumpe in einen Altbau zu installieren. Der Grund ist ein zu hoher Stromverbrauch. Da immer noch ein überwiegend hoher Anteil des Stroms aus den Steinkohlekraftwerken stammt, ist die Wärmepumpe für einen hohen Anteil an CO2-Ausstoß verantwortlich. Wer dies nicht beachtet, hat nicht nur eine hohe Stromrechnung, sondern heizt nicht mehr umweltfreundlich.
Eine Vielzahl von Hausbesitzern sagen sich: „Ja das ist kein Problem! Ich lasse mir eine Solaranlage auf dem Hausdach installieren und nutze den Solarstrom, um die Wärmepumpe zu betreiben.“ Klug gedacht. Doch so plausibel die Lösung scheint, so schnell wird auch ein Fehler gemacht. Erstens, verbrauchen Sie nicht nur viel Platz für die Solarzellen, sondern müssen dafür auch noch tief in das Portmonee greifen. Zweitens, eine Solaranlage entfaltet ihr Potenzial an hellen Tagen, kurz gesagt im Sommer. Nicht umsonst werden riesige Solarplantagen in Wüsten aufgestellt. Im Endeffekt wird die Solaranlage nicht genug Strom produzieren und Sie müssen den „normalen Strom“ für die Wärmepumpe nutzen. Den Rest könne Sie sich denken, oder?
Die richtige Art und Platzierung der Wärmepumpe ist nicht minder wichtig. So verursacht eine Luft-Wärmepumpe laute Geräusche. Dies kann unweigerlich zu gewissen Problematiken mit der unmittelbaren Nachbarschaft führen.
Der Installation geht immer die Planung einer Wärmepumpe voran. Damit die Wärmepumpe ihr volles Potenzial entfalten kann, bedarf es kompetenten Planern. Nur richtig geschulte und erfahrene Planer sind in der Lage eine Wärmepumpe richtig zu planen. Wer hier auf kompetente Hilfe verzichtet und zu einer „billigen“ Lösung greift, kann sich schnell verbrennen.
Trends
Digitalisierung
Die neuen Wärmepumpe-Generationen können vom PC oder einem Tablet aus bedient werden. Zusätzlich sind sie lernfähig, d.h. sie passen sich nicht nur an die Tageszeiten, sondern auch an die Anwesenheitszeiten der Hausbewohner an.
Aufbau und Größe
Die neuen Wärmepumpen sind nicht nur kleiner, sondern auch noch modular aufgebaut. Dies erleichtern den Transport der Wärmepumpe in den Keller. Enge Türen und Flure sind für die meisten Hersteller nun kein Problem mehr. Außerdem lassen sich die Geräte schneller und leichter aufbauen.
Design
Die neuen Wärmepumpen sind nicht mehr die großen Brocken mit einem schrecklich aussehendem Geflecht aus Anschlussrohren. Die neuen Geräte sehen eher wie große Kühlschränke aus, akkurat und schön designt. Obwohl die Wärmepumpen durch ihre Platzierung im Keller sich die meiste Zeit den Blicken der Hauseigentümer und Besucher entziehen können, ist es doch sehr angenehm ein „Designstück“ nicht nur im Wohnzimmer, sondern auch im Keller zu haben.
Zusammenfassend gesagt…
Haben sich die Wärmepumpen von einem Nischenprodukt zu einem Verkaufsschlager entwickelt. Eine Installation der richtigen Wärmepumpe ist auf Dauer betrachtet effizient und umweltfreundlich. Um die richtige Wärmepumpe zu finden, müssen viele Faktoren wie z.B. die Dämmung des Gebäudes, Platz für die Apparatur im Garten oder die Entfernung zum Nachbarn mit in die Rechnung einbezogen werden. Deshalb ist eine vollumfängliche Beratung, kompetente Planung und richtige Installation ein Muss.
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