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Wie funktionieren Wärmepumpen?

Heizsysteme in Form von Wärmepumpen bieten ein großes CO2-Einsparpotenzial: Mindestens zwei Drittel der benötigten Wärmemenge entziehen sie der Umwelt. Diese Systeme gibt es und so arbeiten sie.

Wärmepumpen-Tecalor
Tecalor bietet Wärmepumpen-Integralsysteme zum Heizen, Lüften, zur Warmwasserbereitung und Kühlung in kompakten Formaten. (Abb.: tecalor GmbH)

Wird als Antriebsenergie für die Wärmepumpe zusätzlich Ökostrom verwendet, arbeitet die Anlage praktisch emissionsfrei. Für den Betreiber bedeutet die Nutzung der kostenfrei verfügbaren Umweltwärme zudem finanzielle Vorteile. So amortisiert sich der höhere Anschaffungspreis im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen in kurzer Zeit. Heute stehen Wärmepumpen für nahezu jedes bauliche Umfeld zur Verfügung.

Welche Wärme wird genutzt?

Wärmepumpen lassen sich anhand der verwendeten Wärmequelle unterscheiden: Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen Erdwärme, die entweder über eine Erdwärmesonde oder über großflächige Erdkollektoren gewonnen wird. Grundwasserwärmepumpen nutzen die Wärme des Grundwassers, Luft-Wasser-Wärmepumpen entziehen ihrer Umgebungsluft die Energie für die Heizung und die Warmwasserbereitung. Luft-Luft-Wärmepumpen nutzen die Wärme aus der Umgebungsluft und übertragen die thermische Energie auf die Zuluft der Lüftungsanlage. Generell handelt es sich bei Wärmepumpen um vollwertige Heizsysteme, die den Wärmebedarf des Hauses komplett decken. Lediglich bei Luft-Wasser-Wärmepumpen gibt es Modelle, die allein auf die Warmwasserbereitung ausgerichtet sind und ein bestehendes Heizsystem unterstützen sollen – hierbei handelt es sich um „Warmwasser-Wärmepumpen“. Das System der Luft-Luft-Wärmepumpe ist ausschließlich in sehr gut gedämmten Neubauten einsetzbar.

Die Auslegung eines Systems mit der Wärmequelle Erdreich erfolgt in der Regel monovalent, sodass die Wärmepumpe den Wärmebedarf eigenständig zu 100 Prozent abdeckt. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ist die Auslegung aus wirtschaftlichen Gründen meist monoenergetisch. Bei geringen Außentemperaturen von circa -7 Grad Celsius wird mit einem elektrischen Heizstab zugeheizt. Daraus ergibt sich ein Jahres-Heizanteil von mindestens 95 Prozent, sodass die hohe Effizienz der Wärmepumpe gewahrt bleibt.

Invertertechnik ist effizient

Manche Hersteller nutzen für ihre Wärmepumpenmodelle die Invertertechnik. Durch diese Technologie ist ein modulierender Betrieb der Anlage möglich. Die Heizleistung wird dem Bedarf angepasst. Da Lüfter und Verdichter nicht ihre volle Leistung bringen müssen, steigt die Effizienz der Heizanlage. Die Wärmepumpe ist außerdem im Betrieb leiser.

Wärmepumpen zum Kühlen einsetzen

Manche Wärmepumpen lassen sich vom Heiz- in den Kühlbetrieb umschalten und können damit zur Raumtemperierung beitragen. Bei der Kühlung sind zwei Arten zu unterscheiden: Bei der passiven Kühlung wird lediglich die Temperaturdifferenz zwischen der Umgebungstemperatur und der Wärmequelle genutzt. Die Wärmepumpe überträgt beispielsweise die Kühle des Grundwassers auf das Heizungswasser und beschickt damit den Heizkreislauf. Die Heizflächen werden im Sommer zu Kühlflächen, der Verdichter der Wärmepumpe bleibt ausgeschaltet. Bei der Kühlung darf die Temperatur an den Heizflächen den Taupunkt nicht unterschreiten, um Tauwasserbildung zu vermeiden. Die Kühlleistung dieses Prinzips ist also beschränkt. Bei der aktiven Kühlung arbeitet der Verdichter der Wärmepumpe. Der Kreislauf wird allerdings umgekehrt, sodass die Wärmepumpe den Wohnräumen Wärme entzieht. Die Kühlleistung ist bei diesem Prinzip größer und genauer regelbar. Die Abfuhr überschüssiger Luftfeuchtigkeit muss dabei sichergestellt sein.

Staatliche Förderung nutzen

Über das Bundesamt für Wirtschaft- und Ausfuhrkontrolle (BAFA) wird die Einrichtung einer Wärmepumpe staatlich gefördert. Für die Sanierung bestehender Gebäude gibt es eine Basis- und Innovationsförderung; Bauherren können für ihren Neubau die Innovationsförderung nutzen. Die Förderung muss vor der Baumaßnahme beantragt werden. Eine Übersicht über die aktuellen Fördersätze gibt es auf der Website der BAFA .

Wärmepumpen mit Invertertechnik für den Heiz- und Kühlbetrieb bietet zum Beispiel der Hersteller Tecalor .