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Was ist das?
Wo ist der Einsatz sinnvoll?
Wie nachhaltig ist es?
Wer ist beteiligt?
Stand der Technik
Was ist das?
Eine Wärmepumpe entzieht dem Erdreich oder der Außenluft Wärme und überträgt sie auf das Heizsystem im Haus. Die saisonale Leistungszahl (Seasonal Coefficient of Performance, SCOP) einer rein elektrischen Wärmepumpe reicht von 2 bis 5 oder 6. Das bedeutet, dass eine Wärmepumpe 1 kWh Strom in 2 bis 5 oder 6 kWh Wärme umwandelt. Die Wärmepumpe ist eine äußerst effiziente Technik.
Eine Wärmepumpe arbeitet in der Regel mit einer Heiztemperatur von max. 45 bis 55 °C. Diese ist niedriger als die eines Öl- oder Erdgaskessels (etwa 80 °C). Durch Innovationen (z. B. die Verwendung von Propan als Kältemittel) gibt es nun die ersten Wärmepumpensysteme mit Heiztemperaturen bis 70 °C auf dem Markt.
Wegen der niedrigeren Heiztemperaturen wird eine elektrische Wärmepumpe eigentlich immer zusammen mit angemessener Gebäude-Dämmung, einem Pufferspeicher (für die Speicherung von Leitungswasser) und einer Luft-Wärmerückgewinnung (WRG) eingesetzt. Wenn das Haus nicht richtig gedämmt und abgedichtet ist, bleibt der Wärmebedarf des Hauses hoch, und der Komfort der Niedertemperaturheizung ist möglicherweise nicht optimal.
Wie funktioniert eine Wärmepumpe prinzipiell?
Eine Wärmepumpe entzieht einer Wärmequelle auf niedrigem Temperaturniveau Energie, die sie auf ein höheres Temperaturniveau anhebt („pumpt“) und dann zum Beispiel an das Heizsystem eines Gebäudes abgibt. Hierfür wird ein Arbeitsmedium (auch Kältemittel genannt) über vier Funktionseinheiten im Kreislauf geführt: Im Verdampfer nimmt das flüssige Arbeitsmedium die erforderliche Verdampfungswärme aus der Umgebung auf und geht in den gasförmigen Zustand über. Der Verdichter bringt das aufgewärmte, gasförmige Arbeitsmedium auf einen höheren Druck und erhöht damit dessen Temperatur auf ein nutzbares Niveau. In der Regel treibt ein Elektromotor den Verdichter mechanisch an. Gasmotoren und sogenannte „thermische Verdichter“, die mit Erdgas, Fern- oder Abwärme angetrieben werden, sind noch selten anzutreffen. Der Verflüssiger (Kondensator) überträgt die Wärme als Nutzwärme an das Heizungswasser. Dabei gibt das gasförmige Arbeitsmedium Wärme ab und kondensiert (es wird wieder flüssig). Danach entspannt das Expansionsventil das nun flüssige, aber noch unter Druck stehende Arbeitsmedium. Dadurch kühlt es sich weiter ab und strömt wieder in den Verdampfer. Der Kreislauf beginnt von Neuem.
Was muss man über diese Technologie wissen?
- Die saisonale Leistungszahl (SCOP) wird berechnet, indem die gesamte erzeugte Nutzwärme durch den Stromverbrauch der Wärmepumpe geteilt wird. Der SCOP hängt von der Temperaturdifferenz ab, die die Wärmepumpe zu überbrücken hat, d. h. das System ist weniger effizient, wenn die Differenz zwischen der Eingangs- und der Ausgangstemperatur groß ist. Im Allgemeinen hat eine Wärmepumpe im Winter einen geringeren Wirkungsgrad, weil der zu überbrückende Temperaturunterschied größer ist als beispielsweise im Sommer. Eine höhere Eingangstemperatur führt daher zu einem höheren Wirkungsgrad. Die Vorlauftemperatur ist abhängig von der Temperatur des Erdreichs (Erdwärmepumpe) oder der Luft (Luftwärmepumpe). Während der Heizperiode ist die Temperatur im Erdreich in der Regel höher als die der Außenluft, so dass Erdwärmepumpen einen höheren SCOP-Wert haben als Luftwärmepumpen. Wichtig ist auch, dass die Rücklauftemperatur so niedrig wie möglich ist. Für die Erzeugung von heißem Leitungswasser ist jedoch wegen der Gefahr des Legionellenwachstums eine höhere Mindesttemperatur erforderlich (ca. >55 °C). Der SCOP für warmes Leitungswasser ist daher niedriger als für die Raumheizung, die eine niedrigere Temperatur erfordert. Wenn eine Wohnung gut gedämmt ist, kann sie mit einem Niedertemperatur-Heizsystem beheizt werden, beispielsweise mit Niedertemperatur-Konvektoren (Heizkörpern) oder einer Fußbodenheizung. Dadurch wird eine niedrigere Austrittstemperatur erreicht, was den SCOP der Wärmepumpe verbessert.
- Die Leistung einer Wärmepumpe ist auf das Zentralheizungssystem abgestimmt. Für das warme Leitungswasser, das zum Duschen verwendet wird, verfügt die Wärmepumpe über einen eingebauten Pufferspeicher oder einen externen Pufferspeicher. Eine Wärmepumpe ist in der Regel so dimensioniert, dass sie keine Überkapazität hat, weshalb es nicht möglich ist, das Haus in kurzer Zeit schnell zu heizen, wie es mit einem Gaskessel möglich ist. Eine Wärmepumpe liefert also den ganzen Tag über Wärme und hält das Haus auf einer angenehmen, gleichmäßigen Temperatur. Da die Wärmepumpe nur schwer mit Wärmespitzen fertig wird, ist eine gute Dämmung ein Muss. Hier sorgt eine gute Dämmung dafür, dass das Haus in der Nacht deutlich langsamer auskühlt. Zudem wird durch das Vermeiden der Wärmespitzen ein effizienterer Betrieb der Wärmepumpe gewährleistet.
Individuelle versus kollektive Wärmepumpe
Neben der individuellen Wärmepumpe pro Wohnung gibt es auch kollektive Wärmepumpen, die über ein Wärmenetz an einen Häuserblock oder ein Viertel angeschlossen sind. Die Wärme wird dabei beispielsweise über eine große zentrale Wärmepumpe erzeugt. Die Wärmepumpe wird in der Regel im Heizungsraum untergebracht und an die bestehende zentrale Heizungsinstallation angeschlossen. Die Hochtemperatur-Wärmepumpe (HT-WP) kann verschiedene Energiequellen nutzen, z. B. Luft, Erdreich oder eine Mischung aus beidem. Es ist auch möglich, eine gemeinsame Quelle (Luft/Erde) für die kollektive Versorgung zu haben, wobei die Häuser ihre eigenen individuellen Wärmepumpen haben. Dies wird z. B. bei den sogenannten „kalten Wärmenetzen“ eingesetzt. Es hängt von der jeweiligen Situation ab, wann das eine oder das andere empfohlen wird.
Wo ist der Einsatz sinnvoll?
Elektrische Wärmepumpen eignen sich gut für den Einsatz in Wohnhäusern:
Voraussetzung für die Installation einer Wärmepumpe ist eine Mindestqualifikation der Gebäudehülle (Dämmung) des Hauses, das in der Regel bei Gebäuden der Fall ist, die ab 1990 gebaut wurde. Dabei kann es sich zum Beispiel um neue Wohnsiedlungen oder renovierte Gebäude im Besitz von Wohnungsbaugesellschaften oder Privatpersonen handeln. Eine Ausnahme bildet die kollektive Hochtemperatur-Wärmepumpe, die auch Häuser mit geringerer Wärmedämmung ausreichend mit Wärme versorgen kann.
In Stadtteilen mit geringer Bebauungsdichte, in denen eine kollektive Lösung nicht kosteneffizient ist und in denen ein Stromnetz mit ausreichender Kapazität vorhanden ist, können Wärmepumpen verstärkt eingesetzt werden.
Elektrische Wärmepumpen sind weniger geeignet für:
Für Gebäude, bei denen eine Verbesserung Gebäudehülle komplex und kostspielig ist, wie z. B. bei denkmalgeschützten Gebäuden ist der Einsatz elektrischer Wärmepumpen weniger geeignet. Ebenso in sehr dicht bebauten Gebieten und relativ kleinen Wohnungen, wo der Einbau einer Wärmepumpe aus Platzgründen schwierig sein kann. Darüber hinaus können Erdwärme-Quellen aufgrund von Platzmangel nur schwer installiert werden.
Wie nachhaltig ist es?
Die Nachhaltigkeit der Wärmepumpe hängt von der Nachhaltigkeit des verwendeten Stroms ab. Eines der Ziele ist es, bis 2050 keine CO2-Emissionen mehr zu verursachen, was jedoch voraussetzt, dass der gesamte Strom nachhaltig erzeugt und nachhaltiges Gas verfeuert wird.
Eine Wärmepumpe kann nicht nur Räume heizen, sondern auch sehr effizient kühlen. Eine Erdwärmepumpe hat die Möglichkeit der passiven Kühlung, sie nutzt Kälte aus der Kältequelle und verursacht nur Stromkosten für das Pumpen des kalten Wassers. Eine Luftwärmepumpe hat keine Möglichkeit zur passiven Kühlung und funktioniert zur Kühlung genau wie eine Klimaanlage, indem sie Außenluft in kalte Luft umwandelt. Für diesen Prozess benötigt die Luftwärmepumpe Strom, dessen Menge mit der einer Klimaanlage vergleichbar ist.
Das in einer Wärmepumpe verwendete Kältemittel belastet die Umwelt, wenn es in die Atmosphäre gelangen sollte. Der Markt nimmt bereits die internationale F-Gas-Gesetzgebung vorweg, mit der die Verwendung schädlicher Kältemittel schrittweise eingestellt wird. Die neuere Generation von Kältemitteln hat eine immer geringere Umweltbelastung. Die kontrollierte Entsorgung und das Recycling des Kältemittels am Ende der Nutzungsdauer der Wärmepumpe sind durch die geltenden Rechtsvorschriften geregelt.
Wer ist beteiligt?
Gebäudeeigentümer / -nutzer
Praktisch
Eine Wärmepumpe, die die Außenluft als Wärmequelle nutzt, hat geringere Investitionskosten und eine geringere Effizienz. Eine Erdwärmepumpe hat höhere Investitionskosten und eine höhere Effizienz.
Das Innengerät einer Wärmepumpe, welches meist im Heizungsraum steht, ist so groß wie ein großer Kühlschrank, was vor allem auf den großen Warmwasserspeicher zurückzuführen ist. Das Innengerät verteilt die Wärme in den Räumen. Das Geräusch eines Innengeräts der Wärmepumpe ist ebenfalls mit dem eines Kühlschranks vergleichbar. Eine Erdwärmepumpe macht kaum Geräusche.
Im Falle einer Luft-Wärmepumpe ist zudem ein Außengerät erforderlich. Das Außengerät ist vergleichbar mit dem Außengerät einer Klimaanlage. Es kann an der Fassade, auf dem Dach oder weiter entfernt vom Haus angebracht werden. Die Vermeidung von Lärmbelästigung ist ein wichtiger Punkt. Es gibt zwei Arten von Außengeräten: 1) ein Monoblock-System und 2) ein Split-Gerätesystem. In einem Monoblock-System befindet sich der gesamte Kühlkreislauf der Luft-Wasser-Wärmepumpe im Außengerät mit einer Vor- und Rücklaufleitung für das Heizwasser zum Innengerät. Ein Split-Gerät benötigt eine Kältemittelleitung zwischen dem Innen- und dem Außengerät. Ein Monoblock ist größer und benötigt daher mehr Platz als ein Split-Gerät. Eine Monoblock-Ausführung hat in der Regel geringere Wartungskosten als eine Split-Einheit.
Eine Erdwärmepumpe nutzt die Wärme aus dem Erdreich. Dies erfordert in der Regel Bohrungen von einigen Dutzend Metern Tiefe. Dies geschieht mit einer speziellen Maschine, die ein oder mehrere tiefe Löcher von etwa 13 cm Durchmesser bohrt, oft 50 bis 100 Meter tief. In diesen Löchern sind Rohre, durch die Wasser – eventuell ergänzt durch Frostschutzmittel – im Kreislauf gepumpt wird; dies wird als geschlossenes Erdsystem bezeichnet (auch vertikale Erdwärmetauscher oder Erdwärmesonden genannt). Dieses Wasser nimmt Wärme aus dem Boden auf (im Winter) oder gibt Wärme an ihn ab (im Sommer).
Komfort
Eine elektrische Wärmepumpe arbeitet bei niedrigeren Temperaturen (35 bis 55 °C) als ein Zentralheizungskessel (60 bis 80 °C). In den letzten Jahren ist die mögliche Betriebstemperatur gestiegen, weil alternative Kältemittel verwendet werden. Grundsätzlich müssen Heizkörper und Heizflächen (wie Fußbodenheizung, Wandheizung oder Niedertemperatur-Konvektoren) groß genug sein, um das Haus zu heizen. Ein Zentralheizungskessel arbeitet mit hohen Vorlauftemperaturen, so dass die Heizkörper eine relativ kleine Fläche benötigen. In einem gut gedämmten älteren Haus sind die vorhandenen Heizkörper manchmal ebenfalls geeignet oder können mit geringfügigen Änderungen angepasst werden.
Wenn eine Wärmepumpe durch eine elektrische Zusatzheizung (Heizstab) unterstützt wird, kann dies an kalten Wintertagen viel Strom verbrauchen. Dazu ist je nach erforderlicher Heiz-Leistung eventuell ein entsprechender Starkstromanschluss erforderlich.
Kommune
Für die Installation einer Wärmepumpe ist in der Regel keine Genehmigung der Kommune erforderlich, eine Nachfrage beim örtlichen Bauamt schafft hier jedoch Gewissheit. Die Verwendung von Erdwärmesonden und -flächenkollektoren unterliegt der Meldepflicht. Darüber hinaus können Erdwärmesonden und -flächenkollektoren nicht in Wasserschutzgebieten installiert werden.
Netzbetreiber
Der zunehmende Einsatz von elektrischen Wärmepumpen wird zu einem Anstieg der Stromnachfrage führen. Es kann notwendig sein, das Stromnetz zu verbessern. Dies kann Aushubarbeiten und zusätzliche Transformatorenhäuser erfordern. Es ist wichtig, dass sich die Gemeinde frühzeitig mit dem Netzbetreiber in Verbindung setzt, damit dieser die notwendigen Maßnahmen ergreifen kann.
Berater
Für eine unabhängige Beratung ist es ratsam, einen unabhängigen Energieberater zu konsultieren. Sie oder er besucht Sie für eine persönliche Beratung zu Hause und schaut, was in Ihrem Haus möglich ist: Können Sie das Dach, die Wände, den Boden oder die Fenster (besser) dämmen? Sind ein solarer Warmwasserbereiter, Solarkollektoren oder eine Wärmepumpe eine Option, wenn Sie von der bestehenden Situation ausgehen? Sie können einen Bericht erstellen lassen, in dem alle Maßnahmen aufgeführt sind, z. B. wie viel Sie sparen werden und wie schnell sich die Investition amortisiert.
Installateur
Es ist ratsam, einen fachkundigen Installateur zu beauftragen. Fachkundigkeit bedeutet, dass der Installateur über Kenntnisse und Fähigkeiten im Bereich der nachhaltigen Energieanlagen verfügt und nach den geltenden Sicherheits- und Qualitätsstandards arbeitet. Dabei kann es sich um gesetzliche (Mindest-)Anforderungen, aber auch um vereinbarte Qualitätsstandards handeln. Zertifizierte Installateure finden Sie in einem Qualitätsregister.
Diese Installateure können die Heizkörper auch so einstellen, dass genau die Menge an Warmwasser, die für die optimale Beheizung eines Hauses pro Raum benötigt wird, durch alle Heizkörper fließt. Im Fachjargon wird diese wasserseitige Regelung der Zentralheizung auch als hydraulischer Abgleich bezeichnet. Dies führt zu direkten Einsparungen und Komfortverbesserungen.
Stand der Technik
In den letzten Jahren ist die Zahl der Hersteller, Lieferanten und Installateure von Wärmepumpen erheblich gestiegen. Es wird erwartet, dass die integrierte Anwendung von Sanierungs- und Installationskonzepten zu einer Preissenkung von 20 bis 40 % führen kann.
Auch die Leistung von Elektrowärmepumpen hat sich stetig erhöht. Auf dem heutigen Markt sind Wärmepumpensysteme mit einem SCOP von 5 für Außenluftsysteme und einem SCOP von 6 für Erdwärme-Systeme nicht mehr undenkbar und praktisch realisierbar. Darüber hinaus werden diese Systeme immer modularer, leiser, benutzerfreundlicher, intelligenter und kompakter.