Wärmepumpen

Grundlagen:

Eine Wärmepumpe funktioniert im Grunde wie ein Kühlschrank, bei dem aber nicht die Kälte, sondern die Wärme genutzt wird.
Mit einem Kältekreislauf entzieht man dazu der Umwelt Energie. Denkbar als Energielieferanten sind Außenluft, Erdboden oder Grundwasser.

Der Vorteil einer Wärmepumpe gegenüber einem Heizkessel mit Wärmetauscher ist, dass die Energiequelle eine niedrigere Temperatur haben kann, als die Verbrauchsseite.
Es kann also z.B. genügend sensible Wärme aus Erdreich mit 5°C entnommen werden, um ein Gebäude bei 20°C zu halten.
Insbesondere bei Niedrigenergiehäusern reichen bereits kleine Wärmepumpen als Heizgerät aus.
In Bestandsgebäuden oder bei größeren Heizlasten kommen neben Hochtemperatur-Wärmepumpen auch Kombinationen mit konventionellen Heizkesseln in einem Hybridsystem zum Einsatz.

Hier finden Sie Beispiele unserer Wärmepumpenanlagen: Bildergalerie

Technik:

Die Wärmepumpe fördert ein Arbeitsmedium, das durch Verdampfen Wärme aufnimmt und durch Kondensation über einen Wärmetauscher an das Heizwassersystem abgibt.

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird nicht mit einem Wirkungsgrad, sondern einer Leistungszahl angegeben - abhängig von Wärmequelle und Temperatur liegt sie üblicherweise zwischen 3 und 6.
Dieser Wert beschreibt das Verhältnis zwischen eingesetzter, elektrischer Antriebsenergie für die Wärmepumpe und der damit erzeugten Heizwärme. Je größer der Wert ist, desto mehr Umweltenergie wird mit dem System nutzbar gemacht.
Mit einem Pufferspeicher für das Heizungswasser erreicht man längere Laufzeiten bei weniger Ein- und Ausschaltvorgängen, was zu geringerem Verschleiß und einer höheren Leistungszahl führt.

Wärmequellen:

Je nach Energiequelle sind andere Vorarbeiten zu leisten:

Die einfachste Variante ist natürlich, die Außenluft anzusaugen und abzukühlen. Diese Lösung bietet sich sowohl im Neubau, als auch bei einer Sanierung an.
Allerdings hat die Luft nicht immer die gleiche Temperatur, wodurch auch die Heizleistung schwankt bzw. mehr Antriebsstrom benötigt wird. Bei sehr kaltem Wetter ergänzt ein zweiter Wärmeerzeuger oder eine elektrische Zuheizung die Wärmeversorgung.
Wenn bei hoher Luftfeuchtigkeit im Winter der Wärmetauscher des Außengerätes vereist, wird er regelmäßig elektrisch oder per Umkehr des Kältekreises abgetaut, wobei kurzzeitig sichtbarer Wasserdampf entstehen kann.
Die Investitionskosten sind bei Luft-/Wasser-Wärmepumpen durch den Wegfall der Wärmequellenerschließung am geringsten.
Durch moderne Invertertechnik kann heute die Leistung des Gerätes an den aktuellen Bedarf angepasst werden. Damit verbessern sich Leistungszahl und Schallemissionen spürbar.

Das Erdreich hat übers Jahr gesehen erheblich geringere Temperaturschwankungen als die Außenluft. Daher ist der Einsatz von Bodensonden oder Erdkollektoren im Hinblick auf die Leistungszahl besser.
Bei den Kollektoren handelt es sich um schlangenförmig verlegte Rohre, durch die ein Frostschutzgemisch oder direkt das Arbeitsmedium gepumpt wird. Dazu ist eine relativ große, nicht überbaute Gartenfläche notwendig, was diese Wärmequelle bei kleinen Grundstücken ausschließt.
Für Erdsonden müssen ein bis mehrere Bohrungen mit 40 bis 100 Meter Tiefe erstellt und mit Vor- und Rücklaufrohren bestückt werden. Die Kosten dafür sind nicht unerheblich.

Die Nutzung des Grundwassers bedarf einer Genehmigung der unteren Wasserbehörde.
Hier wird je ein Förder- und ein Schluckbrunnen erstellt, die entsprechend der unterirdischen Flussrichtung mindestens 15 Meter voneinander entfernt angeordnet werden müssen.
Durch einen Pumpversuch ist die Leistungsfähigkeit des Brunnens zu belegen. Mit einer Wasseranalyse muss außerdem festgestellt werden, ob durch das Grundwasser Korrosionsschäden am Gerät eintreten können oder Ablagerungen in Leitungen, Wärmetauscher und Brunnen möglich sind. Dabei sind unbedingt die Vorgaben des Herstellers zu beachten, um einen langen, störungsfreien Betrieb zu gewährleisten.
Durch die höheren Wärmequellen-Temperaturen des Grundwassers erreicht man bei diesen Anlagen die höchsten Leistungszahlen. Allerdings ist die Erschließung relativ aufwändig - vor allem bei Bestandsgebäuden.

Wärmeverteilung bei Neubau und Sanierung:

Bei der Gebäudebeheizung sollte möglichst auf Niedertemperatur-Heizflächen, also Fußboden- bzw. Wandheizungen oder Niedertemperatur-Heizkörper, zurückgegriffen werden, da die Leistungszahl einer Wärmepumpe bei hohen Ausgangstemperaturen sinkt.
Aktuelle Hochtemperatur-Wärmepumpen können aber auch ausreichend dimensionierte Heizkörper in Bestandsgebäuden gut versorgen. Eine elektrische Zusatzheizung oder ein konventioneller Gas- oder Ölkessel in einem Hybridsystem sind aber zur Unterstützung bei niedrigen Außentemperaturen notwendig.

Da wir die elektrischen Arbeiten und gegebenenfalls Erweiterungen der Stromzähleranlage selbst durchführen können, ist eine Heizungssanierung mit Wärmepumpe durch uns in kurzer Zeit abgeschlossen.

Warmwasserbereitung:

Moderne Wärmepumpen können die Brauchwasserbereitung ohne Zusatzheizung durchführen, da ausreichend hohe Heizwasser-temperaturen möglich sind. Dazu werden aber spezielle Hochleistungsspeicher benötigt.
Für höhere Warmwassertemperaturen oder eine regelmäßige Entkeimung muss unter Umständen trotzdem noch mit einem zweiten Wärmeerzeuger nachgeheizt werden.

Als praktische Variante können Brauchwasser-Wärmepumpen die Abwärme in großen Räumen nutzen und in einen Speicher abgeben. Das kann einen konventionellen Haupt-Wärmeerzeuger deutlich entlasten.

Kombination mit anderen Systemen:

Die Einbindung von thermischen Solaranlagen oder Holzöfen mit Wassertasche ist über große Pufferspeicher und zusätzliche Regler möglich.
Moderne Wärmepumpen sind auch 'smart grid ready', das heißt, dass sie für die Kombination mit intelligenten Stromzählern und Zentralsteuerungen zur Photovoltaik-Anbindung vorbereitet sind. So können günstige Tarife ausgenutzt und der Eigenverbrauch der PV-Anlage erhöht werden.
Bei größeren Anlagen und in Bestandsgebäuden kann auch die Kombination mit konventionellen Wärmeerzeugern als Hybridsystem sinnvoll sein.

Hier finden Sie Beispiele unserer Wärmepumpenanlagen: Bildergalerie

Fazit:

Vor allem bei geringen Heizlasten und niedrigen Systemtemperaturen sind Wärmepumpen als Heizgerät sehr interessant. Als Betreiber muss man zwar den zusätzlichen Stromverbrauch mit einkalkulieren - gleichzeitig fallen aber keine Brennstoffkosten wie bei anderen Systemen an.
Da man im Neubau die Voraussetzungen für erneuerbare Wärmeerzeuger optimal vorbereiten kann, werden die meisten Heizungen dort von uns als Wärmepumpen-Anlagen ausgeführt, gefolgt von Fernwärmestationen und Hybridheizungen.
Wenn die entsprechenden Voraussetzungen gegeben sind, können Wärmepumpen aber auch in der Sanierung gut eingesetzt werden - in der Regel mit einem zweiten Wärmeerzeuger kombiniert.

Im größeren Leistungsbereich sind neben Wärmepumpen mit elektrischem Verdichter auch Absorptions-Wärmepumpen auf dem Markt, die mit Hilfe eines kleinen Wärmeerzeugers (z. B. einem integrierten Gasgerät) angetrieben werden, wodurch der primärenergetische Wirkungsgrad steigt.

Im Sanierungsfall können staatliche Förderzuschüsse für Heizungs-Wärmepumpen beantragt werden. Informationen dazu finden Sie auf unserer Förderprogramm-Seite.