Alles was man über Wärmepumpen wissen sollte…
Kaum ein Tag vergeht, an dem man nicht von steigenden Energiepreisen und Umweltbelastungen durch CO2 in der Zeitung liest. Während Pellet-, Gas- und Ölheizung Wärme durch Verbrennung erzeugen und dabei zwangsläufig CO2 ausstoßen, nehmen Wärmepumpen und Solarthermie die Energie aus der Umwelt auf und wandeln diese in Wärme um. Gerade die Wärmepumpe gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie, anders als die Solarthermie, nicht von der Sonne abhängig ist und somit effizienter eingesetzt werden kann. Doch wie funktioniert eine Wärmepumpe, welche Arten gibt es und was sind die Vor- und Nachteile?
Wie funktioniert eine Wärmepumpe?
Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe kennt man von Zuhause. Ein Kühlschrank funktioniert genau wie eine Wärmepumpe – nur umgekehrt. Während der Kühlschrank die Wärme aus seinem Inneren entzieht und an die Umwelt abgibt, entzieht die Wärmepumpe der Umwelt die Wärme und heizt somit Räume auf.
Damit eine Wärmepumpe auch Wärme erzeugen kann, benötigt sie vier Komponenten, die unterschiedliche Aufgaben haben:
1. Der Verdampfer
Der Verdampfer nimmt Energie / Wärme aus der Umwelt auf und lässt die Flüssigkeit im Inneren verdampfen. Gut zu vergleichen ist das mit kochendem Wasser. Wird Wasser erhitzt, nimmt es die Wärmeenergie auf, fängt an zu kochen und zu verdampfen. Die Energie ist jetzt im Wasser gespeichert. Der Verdampfer der Wärmepumpe ist allerdings nicht mit Wasser gefüllt, sondern mit einem Kältemittel, welches schon bei viel niedrigeren Temperaturen verdampft.
2. Verdichter
Während beim Verdampfer alle Energie aus der Umwelt kam, muss im Verdichter elektrische Energie hinzugefügt werden. Der Verdichter ist ein strombetriebener Kompressor. Er verdichtet den Dampf des Kältemittels. Positiver Nebeneffekt: Beim Verdichten steigt durch den höheren Druck auch die Temperatur des Kältemittels. Dadurch wird Wärme erzeugt.
3. Verflüssiger
Der Verflüssiger funktioniert wie der Verdampfer, nur dass das Kältemittel die Energie nicht aufnimmt, sondern wieder abgibt. Im Verflüssiger der Wärmepumpe wird der heiße Kältemitteldampf am Heizungswasser vorbeigeführt. Dadurch wird die Wärme auf das Wasser übertragen.
4. Expansionsventil
So wie der Verflüssiger das Gegenstück vom Verdampfer ist, ist das Expansionsventil das Gegenstück des Verdichters. Das Expansionsventil, auch Entspannungsventil genannt, setzt den Druck des abgekühlten Kältemittels herab. Durch den schlagartig abgesenkten Druck sinkt die Temperatur um ein Vielfaches. Das Kältemittel wird wieder vollständig flüssig.
Das gleiche Prinzip kann z.B. an einen Druckminderer an einer Flüssiggasflasche beobachtet werden. Wird das Ventil geöffnet, kann es hier selbst im Sommer zu Eisbildung kommen. Auch hier wird der Druck abgesenkt.
Das Kältemittel läuft in einem sich stetig wiederholenden Kreislauf und wird deswegen auch Kältekreisprozess genannt.
Wichtig zu wissen: Je näher die Temperatur der Wärmequelle und des Heizungswasser beieinander liegen, desto weniger stark muss der Druck des Kältemittels erhöht werden und umso weniger elektrische Energie wird vom Verdichter benötigt. Die Wärmepumpe arbeitet effizienter.
Kostenlose Wärmeenergie aus der Umwelt
Im Schnitt besteht die Heizwärme, die durch eine Wärmepumpe produziert wird, aus ¼ elektrischer Energie, die den Verdichter antreibt und zu ¾ aus Umweltwärme, die im Verdampfer aufgenommen wird. Doch woher kommt die Wärme, die im Verdampfer aufgenommen wird?
Luft-Wasser-Wärmepumpe
Die günstigste und am einfachsten zu installierender Wärmepumpe ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe. Bei ihr wird die Umgebungsluft als Wärmequelle genutzt. Durch die einfache Montage kann sie ohne Problem auch bei Altbauten nachgerüstet werden. Allerdings ist die Effizienz nicht so hoch, wie bei der Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpe. An kalten Wintertagen mit mehr als -15° stößt die Wärmepumpe an ihre Grenzen. Dann verbraucht sie sehr viel elektrische Energie, was wirtschaftliche und finanzielle Nachteile mit sich bringt.
Sole-Wasser-Wärmepumpe
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe zieht ihre Wärme aus der der Erde. Dabei stehen gleich mehrere Absorber-Systeme zur Verfügung: Erdkollektoren, Grabenkollektoren und Erdsonden.
Die Erdsonde wird 40-100m tief im Erdreich angebracht. Die Temperatur der Erde liegt in dieser Tiefe immer zwischen 7 und 13°. Dadurch muss der Verdichter weniger arbeiten und spart somit elektrische Energie. Allerdings sind die Bohrungen vergleichsweise teuer. Zudem darf nicht einfach so eine Erdsonde gesetzt werden. Die Sonde muss bei den zuständigen Bergbehörden gemeldet werden und braucht eine Genehmigung. Sollte das Grundwasser durch die Sonde gefährdet sein, kann eine Bohrerlaubnis verweigert werden. (Mehr Informationen zu Erdsonden findet ihr bei unserem Partner geoKOAX)
Bei Erdkollektoren und Grabenkollektoren braucht es keine Genehmigung, denn diese werden wie eine Fußbodenheizung schlangenförmig in einer Tiefe von 0,8 – 1,5m unter der Erde angebracht. Während die Erdkollektoren horizontal angebracht werden müssen, gehen die Grabenkollektoren platzsparender vertikal in die Tiefe. Zwar ist die Effizienz der beiden Kollektoren nicht so hoch wie die der Erdsonde aber effektiver als die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Das liegt daran, das auch im Winter die Erde eine konstante Temperatur im Gegensatz zur Umgebungsluft hat. Nachteil sind aber die Kosten sowie die Fläche, die benötigt wird, um die Kollektoren zu installieren. Während der Grabenkollektor noch etwa platzsparend ist, benötigt der Erdkollektor ungefähr die doppelte Fläche an Platz im Garten, die beheizt werden soll.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe benutzt als Wärmequelle das Grundwasser. Dabei benötigt man zwei Brunnen die eine Tiefe von 4 – 15m haben. Im ersten Brunnen, dem Förderbrunnen, wird das Wasser nach oben gepumpt, während im zweiten, dem Schluckbrunnen, das Wasser wieder zugeführt wird. Das Grundwasser hat ganzjährig 8-12° und es lässt sich damit auch sehr effizient und kostengünstig heizen, wenn man will, sogar auch kühlen. Allerdings sind die Kosten für beide Brunnen und der Genehmigungsaufwand sehr hoch. Wie auch bei der Erdsonde müssen die Bohrungen genehmigt werden, sollte die Anlage das Trinkwasser gefährden, könnte die Wärmepumpe sogar von den Behörden nachträglich stillgelegt werden.
Weitere Wärmepumpen
Neben der Wärme aus der Umwelt besteht auch die Möglichkeit als Energieträger die Abwärme von Industrieanlage oder des Abwassers zu nehmen, da dies aber eher selten der Fall ist, wird das hier nur am Rande erwähnt.
Wärmepumpen im Vergleich

Unterschiedliche Wämepumpen-Typen im Vergleich.
Die Jahresarbeitszahl oder wie effizient ist meine Wärmepumpe?
Wer sich mit Wärmepumpen beschäftigt, stößt oft auf JAZ oder ausgeschrieben – die Jahresarbeitszahl. Die Jahresarbeitszahl gibt an, wie leistungsfähig die Wärmepumpe ist. Sie ergibt sich, indem die erzeugte Wärmeenergie durch die elektrische Energie geteilt wird.
Wird für 5 kWh Wärme 1 kWh Strom benötigt, ergibt das also eine JAZ von 5 denn: 5 / 1 = 5
Die JAZ kann erst nach einem Jahr Betrieb ermittelt werden.
Der Wert der JAZ hängt aber nicht nur von der Effizienz der Wärmequelle ab. Neben der Dämmung des Hauses und dem Klima der Region spielt auch der individuelle Wärmebedarf eine große Rolle. Es gilt, umso wärmer es im Haus sein soll, desto mehr muss der Kompressor mit elektrischem Strom das Kühlmittel verdichten, um es auf eine höhere Temperatur zu bringen.
Wartung
Wärmepumpen sind robust und wenig fehleranfällig. Eine gesetzliche Wartungspflicht gibt es nicht. Eine regelmäßige Wartung ist dennoch sinnvoll. Nicht nur um höheren Reparaturkosten vorzubeugen, sondern auch um die Ausfallwahrscheinlichkeit zu senken. Es wird ein Wartungsintervall von ein bis drei Jahren empfohlen. Filter, Pumpe und Kältemittel werden dabei untersucht und bei Bedarf repariert oder getauscht.
Zusammengefasst
Wärmepumpen sind effizient und umweltschonend und deshalb die Heizung der Zukunft. Mit Pellet-, Gas- und Ölheizung muss die Heizenergie in Form von Brennmaterial zu 100% zugekauft werden. Bei einer Wärmepumpe muss lediglich 20-25% der gesamten Wärmeenergie in Form von Strom hinzugefügt werden. Dieser Strom kann auch von der eigenen Photovoltaikanlage produziert werden. Dadurch verbessert sich die Klimabilanz nocheinmal deutlich.
Besonders in Neubauten lohnen sich Wärmepumpen, denn durch gute Dämmung und Lüftungsanlagen ist der Heizwärmebedarf geringer, als bei Altbauten. Somit steigt die Effizienz.
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