Wärmepumpen und Geothermie Wärmepumpensysteme

Durch den Einsatz von Wärmepumpen kann die natürliche Wärme aus dem Erdreich, dem Wasser und der Luft genutzt werden. Die Wärme wird in das Gebäude transportiert und  auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, um das Heizungs- und/ oder Brauchwasser zu erhitzen.

Sehr gut gedämmte und luftdichte Gebäude sind eine wichtige Voraussetzung für eine effiziente Nutzung von Wärmepumpen. Deshalb kommen Wärmepumpen in Neubauten oft als alleiniges Heizsystem zum Einsatz. In Altbauten unterstützt die Wärmepumpe vorhandene Heizsysteme wie Gas- oder Pelletkessel und hilft auf diese Weise Energie zu sparen.

Wärme aus der Tiefe garantieren Erd- und Grundwasser-Wärmepumpen. Dabei wird  tief gebohrt, um die Wärme ins Haus zu holen. In die Bohrungen werden senkrechte Sonden eingeführt, die mit einem Wärmeleitmittel gefüllt sind, das die Wärme aus der Tiefe ins Haus leitet. Erdkollektoren sind eine Alternative zu den tiefen Bohrungen. Dabei wird ein Rohrsystem bodennah auf einer großen Fläche unter der Erde verlegt. Dort wird die Wärme „eingefangen“ und ins Haus geleitet. Weil das Erdreich das ganze Jahr über gleichmäßige Temperaturen aufweist, sind Erd- oder Grundwasser-Wärmepumpen effizienter als Luftwärmepumpen.

Da keine Brennstoffe benötigt werden, schützt der Einsatz von Wärmepumpen dauerhaft vor steigenden Brennstoffpreisen. Zudem helfen Wärmepumpen Ressourcen zu schonen. Auch wenn die Erschließung dieser natürlichen Wärmevorräte technisch aufwendig ist, spart eine Wärmepumpe dauerhaft Primärenergie ein. Die Technologien sind nicht nur effizient, sondern auch vielseitig. Denn die Wärmepumpe kann auch zum Kühlen eingesetzt werden.

Allerdings arbeiten Wärmepumpen nur unter optimalen Bedingungen wirtschaftlich:

  • wenn das Gebäude gedämmt ist
  • wenn das Haus großflächige Heizkörper hat, am besten Wand-, Flächen-, oder Fußbodenheizung (niedrige Vorlauftemperatur)
  • wenn die Sonde im Erdreich oder im Grundwasser liegt
  • wenn der Stromanbieter feste Wärmepumpen-Tarife garantiert

Wärmepumpen können staatlich gefördert werden.

Einsatzbereiche für WärmepumpenDetails

Bei der energetischen Sanierung von Bestandgebäuden ist zu beachten, dass die verschiedenen Wärmepumpensysteme unterschiedliche Anforderungen an das Gebäude, die Infrastruktur und die direkte Umgebung haben.

Dazu zählen:

  • Lage und Größe des Grundstücks
  • Heizgewohnheiten der Bewohner
  • die derzeitige Heizungsanlage und Infrastruktur
  • die Boden- und Grundwasserqualität
  • eventuelle Stromsperrzeiten des Stromversorgers für Strom für Wärmepumpen

Darüber hinaus gilt für Gebäude im Bestand, dass diese vor dem Einsatz einer Wärmepumpe intensiv gedämmt sein müssen, um den Heizbedarf zu senken. Das betrifft alle Bereiche der Wärmedämmung vom Dach, der Fassade und den Fenstern bis hin zum Keller.

Funktionsweisen und Arten von WärmepumpenDetails

Im Wärmepumpenkreislauf befindet sich ein Kältemittel zunächst in flüssigem Zustand. In einem Wärmetauscher, dem Verdampfer, trifft das Kältemittel auf die Wärme der entsprechenden Energiequelle:  Wasser, Boden oder Luft. Durch die Erwärmung wechselt das flüssige Kältemittel in den gasförmigen Zustand. Im gasförmigen Aggregatzustand wird das Kältemittel in einem Verdichter komprimiert, der von einem Elektromotor angetrieben wird. Durch diesen Prozess erwärmt sich das gasförmige Kältemittel und gibt die Wärme über einen anderen Wärmetauscher, auch Verflüssiger genannt, an das Wasser im Heizungssystem ab.

Das Kühlmittel kühlt wieder ab, verflüssigt sich also wieder. Allerdings ist der Druck durch die Verdichtung immer noch hoch. Dieser Druck wird über ein Expansionsventil abgebaut, das Kältemittel ist „entspannt“. Der Kreislauf in der Wärmepumpe kann von vorn beginnen.

Je größer der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und dem Heizungswasser ist, umso mehr Strom benötigt die Wärmepumpe für den Verdichtungsprozess. Damit eine Wärmepumpenheizung ökologisch und ökonomisch sinnvoll ist, sollte die Wärmequelle ein ganzjährig hohes Temperaturniveau bieten, wie beispielsweise Grundwasser oder Erdreich.

Darüber hinaus empfiehlt sich der Einsatz von Wärmepumpen für Heizsysteme, die eine Vorlauftemperatur von ca.35 Grad Celsius benötigen, wie Fußbodenheizungen, Wand- oder Deckenheizungen.

Durch die Optimierung der Technologien sind mittlerweile auch höhere Vorlauftemperaturen realisierbar, so dass sie unter Umständen mit bestehenden Heizkörpern kombiniert werden können. Im Idealfall sind Flächenheizungen einzusetzen, da diese in Bezug auf die Vorlauftemperatur im wirtschaftlichen Bereich einer Wärmepumpe arbeiten. Ein Kompromiss sind jedoch Niedrigenergie-Radiatoren mit einer entsprechend größeren Fläche. 

Vergleichbarkeit von WärmepumpenDetails

Zwei Kennzahlen können herangezogen werden, um die Qualität von Wärmepumpen zu vergleichen:

Die Leistungskennzahl gibt das Verhältnis von Heizleistung in Kilowatt zur elektrischen Antriebsleistung in Kilowatt an. Die Messung erfolgt dabei unter Idealbedingungen im Labor. Die Leistungszahlen werden zum Beispiel als W10W35, B0B35 oder A2W35 bezeichnet. W steht dabei für das englische Wort water also Wasser, A für das englische air also Luft und B für brine dem englischen Wort für Sole. A2W35 bedeutet, dass diese Luft-Wasser-Wärmepumpe bei 2 Grad Lufttemperatur 35 Grad Celsius Wärme an das Heizungswasser abgibt.

Die Jahresarbeitszahl als zweite Kennziffer steht für das Verhältnis zwischen der Heizarbeit in Kilowattstunden pro Jahr und der eingesetzten elektrischen Arbeit in Kilowattstunden pro Jahr für Antriebs- und Hilfsenergie.
Je höher die Arbeitszahl, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Mit relativ wenig elektrischer Betriebsenergie kann ein hoher Betrag an Heizenergie erzielt werden. In der Regel liegen die Arbeitszahlen zwischen 3,5 und 5,5, was bedeutet, dass die Wärmepumpe Vorteile gegenüber einer konventionellen Heizung haben würde.

Arten von WärmepumpenDetails

Welche Art von Wärmepumpe zum Einsatz kommen kann, hängt von vielen verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehören Platzbedarf,  Qualität des Grundwassers oder Bodenbeschaffenheit. Grundsätzlich sollten Experten rechtzeitig einbezogen werden, um die individuelle Machbarkeit zu klären. Der erfahrene Energieberater steht neutral und herstellerunabhängig beratend zur Seite. Grundsätzlich stehen folgende Varianten zur Auswahl.

  • Luftwärmepumpe/ Luft-Wasser-Wärmepumpe
  • Sole/Wasser-Wärmepumpen mit Erdkollektoren
  • Sole-Wasser Wärmepumpen mit Erdsonden
  • Luft-Luft-Wärmepumpe
  • Grundwasser-Wärmepumpen
Förderung von WärmepumpenDetails

Bevor auf die Frage der Förderung eingegangen wird, soll zunächst die Kostenstruktur von Wärmepumpen erläutert werden.

Die Gesamtinvestitionen setzen sich je nach Art der Wärmepumpe aus verschiedenen Komponenten zusammen:

Die eigentliche Wärmepumpe wird im Bereich von 8.000 Euro bis 10.000 Euro angeboten. Diese Beträge erhöhen sich laut Bundesverband Wärmepumpe durch die Technologie zum Anzapfen der Wärmequelle und der Montage auf 14.000 bis 18.000 Euro. Je nach bevorzugter Wärmequelle, beispielsweise Grundwasser, erhöhen sich die Kosten entsprechend. Die deutsche Energieagentur geht von 20.000 Euro Kosten für eine 9-kW-Erdwärmepumpe in einem 150 Quadratmeter großen Einfamilienhaus aus. Die jährlichen Betriebskosten betragen rund 570 €.

Aufgrund der Technologie erzeugen Wärmepumpen einen erhöhten Strombedarf. Dadurch sinkt in der allgemeinen Betrachtung die Wirtschaftlichkeit gegenüber anderen Systemen.

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert den Opens external link in new windowEinsatz von Wärmepumpen in Wohngebäuden vor Baujahr 2009.

Maßgeblich für die Förderung ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpen die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ). Zusätzliche Kriterien sind:

  • Mindest-Jahresarbeitszahl (JAZ) mit Berechnungsnachweis
  • Mindestens eine Umwälzpumpe der Effizienzklasse A im Heizkreis
  • Gebäudebezogene Anpassung der Heizkurve
  • Hydraulischer Abgleich der Heizung
  • Einer oder mehrere Wärmemengenzähler für die Messung der durch die Pumpe abgegebenen Wärme

Die KfW-Bankengruppe gewährt einen Zuschuss, wenn die Wärmepumpe als Zusatz für eine Gas- oder Ölheizung dient.

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