Wärmepumpen nutzen Umweltenergie aus der Luft, dem Wasser oder dem Erdreich, um Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Damit der Einsatz von Wärmepumpen wirtschaftlich und effizient ist, müssen jedoch bestimmte technische Voraussetzungen erfüllt sein. Gleich vorweg wollen wir mit einem Mythos aufräumen: Moderne Wärmepumpensysteme funktionieren nicht nur in stark gedämmten Neubauten, sondern auch in älteren, weniger gedämmten Gebäuden. Das Problem hierbei ist eher der hohe Strompreis und ganz sicher nicht die Effizienz der Wärmepumpe.
Damit Wärmepumpen optimal funktionieren, müssen sie gut eingestellt sein.
Bild: BWP Die Einsatzmöglichkeiten hängen stark von der Funktionsweise der Wärmepumpen ab. Wärmepumpen arbeiten nach dem Prinzip der thermodynamischen Umkehrung. Sie entziehen der Umgebung (Luft, Erde oder Wasser) Wärme, die dann über einen Kompressor auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und dem Heizsystem zugeführt wird.
Diese Technologie ist besonders energieeffizient, da sie mehr Energie in Form von Wärme bereitstellt, als sie in Form von Strom benötigt. Das Verhältnis von erzeugter Wärmeleistung zu eingesetzter Stromleistung wird als Coefficient of Performance (COP) bezeichnet. Ein COP von 4 bedeutet beispielsweise, dass aus einem Kilowatt Strom vier Kilowatt Wärme erzeugt werden.
Präziser ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Hier wird die Arbeit (also elektrische Arbeit in kWh) ins Verhältnis zur daraus erzeugten Wärmemenge (ebenfalls in kWh) gesetzt. Luft/Wasser-Wärmepumpen beispielsweise erreichen bei guter Einstellung eine JAZ von 3, Erdwärmepumpen oder Wasser/Wasser-Wärmepumpen sogar über 4. Bezieht man die mögliche Kälteleistung mit ein, kommt man sogar auf 6 bis 7.
Wärmepumpen arbeiten am effizientesten in Heizsystemen, die auf niedrigen Vorlauftemperaturen basieren, idealerweise zwischen 30 und 45 Grad Celsius. Fußbodenheizungen und große Heizkörper, die mit niedrigeren Temperaturen auskommen, sind daher ideal, aber – siehe oben – kein Muss.
Sind hohe Vorlauftemperaturen (über 60 Grad Celsius) erforderlich, wie z.B. bei alten Gussheizkörpern, sinkt der Wirkungsgrad und die Stromkosten steigen. Moderne, flache Konvektionsheizkörper können auch mit deutlich niedrigeren Temperaturen betrieben werden – und es wird trotzdem warm. Und damit sind heute die meisten Gebäude auch im Bestand ausgestattet. Es gilt also: Eine gute Dämmung reduziert den Wärmebedarf und steigert die Effizienz von Wärmepumpen, ist aber keine absolute Voraussetzung.
Je nach Typ der Wärmepumpe (Luft/Wasser-, Erd-Wärmepumpe oder Wasser-Wärmepumpe) gibt es unterschiedliche Anforderungen an den Standort.
Luft/Wasser-Wärmepumpen sind am einfachsten zu installieren, da sie die Umgebungsluft als Energiequelle nutzen. Allerdings sinkt die Effizienz bei sehr kalten Außentemperaturen. Daher sind sie in milden Klimazonen besonders wirtschaftlich.
Erd-Wärmepumpen (Sole-Wasser) nutzen Erdwärme und sind unabhängig von der Außentemperatur. Die Installation erfordert jedoch entweder eine Flächenkollektoranlage oder Erdsondenbohrungen, was bei Platzmangel oder in dichten Siedlungsgebieten problematisch sein kann.
Wasser-Wärmepumpen sind ebenfalls sehr effizient, benötigen aber den Zugang zu einer ausreichenden Grundwasserquelle, was geologisch nicht überall möglich ist.
Da Wärmepumpen mit Strom betrieben werden, sind die Stromkosten ein wesentlicher Faktor für ihre Wirtschaftlichkeit. Der Einsatz von Wärmepumpen ist besonders attraktiv, wenn der Strom aus erneuerbaren Energien stammt oder spezielle Wärmepumpentarife genutzt werden können. Eine Kombination mit Photovoltaikanlagen kann den Eigenverbrauchsanteil und damit die Wirtschaftlichkeit weiter steigern.
Moderne Wärmepumpen verfügen zudem über intelligente Steuerungen, die den Betrieb an die Außentemperaturen und den individuellen Wärmebedarf anpassen. Diese Steuerungen können die Effizienz und den Komfort erheblich steigern, indem sie die Wärmepumpe optimal regeln und den Stromverbrauch senken.
Wärmepumpen lassen sich auch in bestehende Heizsysteme integrieren, etwa als Hybridlösung zusammen mit Gas- oder Ölheizungen. In diesen Fällen übernimmt die Wärmepumpe die Grundlast, während die herkömmliche Heizung bei sehr niedrigen Temperaturen oder hohem Wärmebedarf unterstützt.
Und nun noch einmal zum eingangs erwähnten Mythos: Ein verbreitetes Missverständnis ist, dass Wärmepumpen nur in stark gedämmten Neubauten funktionieren. Tatsächlich können sie auch in Bestandsgebäuden effizient arbeiten, wenn bestimmte Anpassungen vorgenommen werden. In weniger gut gedämmten Häusern ist der Wärmebedarf zwar höher. Eine Lösung läge jedoch in der korrekten Dimensionierung der Wärmepumpe und der Wahl eines passenden Heizsystems, etwa durch größere Heizkörper oder den Einsatz von Pufferspeichern.
Unsere Serie zur Wärmepumpe umfasst folgende Teile:
11.11.2024: Die Wärmepumpe – politisch gestützt, ökonomisch häufig sinnvoll
13.11.2024: Arten von Wärmepumpen und Marktanteile in Deutschland
15.11.2024: Aktuelle Marktlage von Wärmepumpen angesichts Handwerkermangels und Lieferengpässen
18.11.2024: Technische Voraussetzungen für den wirtschaftlichen Einsatz von Wärmepumpen
20.11.2024: Heizen und Kühlen mit Luft/Luft-Wärmepumpen: Ein Überblick
22.11.2024: Monoblock- vs. Splitgeräte: Die besten Luft/Wasser-Wärmepumpen für Ihr Zuhause
25.11.2024: Wasser/Wasser-Wärmepumpen: Effiziente Heizlösungen aus der Natur
27.11.2024: Geothermische Systeme und ihre Anwendungen
29.11.2024: Wann sind Hybridsysteme mit Wärmepumpen sinnvoll?
02.12.2024: Wärmepumpen in Nahwärmenetzen
04.12.2024: Förderungen für Wärmepumpen
06.12.2024: Praxisbeispiele: Einsatz von Wärmepumpen in eher ungewöhnlichen Objekten