Was ist eine Wärmepumpe, wie funktioniert sie und lohnt sich eine Investition?

Was ist eine Wärmepumpe, wie funktioniert sie und lohnt sich eine Investition?

Vielen Hausbesitzern fällt es schwer, die passende Heiztechnik für ihre eigenen vier Wände zu finden. Eine Alternative zu unsicheren und immer mehr steigenden Gas- und Strompreisen ist besonders in Zeiten einer Energiekrise die Wärmepumpe. Wärmepumpen schonen zudem das Klima, denn sie beziehen rund dreiviertel der Energie zum Heizen aus ihrer direkten Umwelt. Die gängigsten Wärmequellen sind dabei Luft, Erdreich und Grundwasser. Um die kostenlose Umweltwärme nutzbar zu machen, benötigen Wärmepumpen lediglich einen kleinen Anteil Strom für Antrieb und Pumpe. Technik, rechtliche Vorgaben und Kosten hängen davon ab, ob die Energie der Luft, der Erde oder dem Wasser entzogen wird. Doch was ist eigentlich eine Wärmepumpe? Wie sie funktioniert, welche unterschiedlichen Arten es gibt und wie viel eine Wärmepumpenheizung kostet, verraten wir Ihnen hier.

Die Geschichte der Wärmepumpe

Bis ins 19. Jahrhundert geht die Entwicklung der Wärmepumpentechnologie zurück. Damals, genauer gesagt im Jahre 1824, veröffentlichte der Franzose Nicolas Carnot erste Grundsätze zum Wärmepumpenprinzip. In Zürich wurden dann gut 100 Jahre später die ersten größeren Wärmepumpenanlagen zum Beheizen von Gebäuden in Betrieb genommen. 1969 schloss Klemens Oskar Waterkotte die erste Erdwärmepumpe in Deutschland an. Seitdem haben sich Wärmepumpen für das Heizen von Räumen sowie für die Warmwasserzubereitung zu einer ebenso zuverlässigen wie umweltfreundlichen Heizungsvariante entwickelt. Aber wie funktioniert eine Wärmepumpe heutzutage, im 21. Jahrhundert?

Das umgekehrte Prinzip eines Kühlschranks

Wird es draußen richtig kalt, ist es nur eine Frage der Zeit, bis man auch in den eigenen vier Wänden friert, denn Wärme bewegt sich immer entlang eines Temperaturgefälles und sucht sich den Weg vom Wärmeren zum Kälteren. Diesem Naturgesetz stellt die Wärmepumpe jedoch ein Bein, denn sie verschiebt Wärme entgegen dem Temperaturgefälle, also vom Kalten ins Wärmere. Ihre Funktionsweise ist dabei vom Prinzip her identisch mit der eines Kühlschranks. Während der Kühlschrank allerdings seinem Innenraum die Wärme entzieht und nach draußen abgibt, entzieht die Wärmepumpe dem Außenbereich die Wärme und leitet sie als Heizenergie in das Hausinnere. Während das im Kühlschrank dazu führt, dass das Innere angenehm kühl bleibt, ermöglicht der Prozess in der Wärmepumpe, dass es im Hausinneren mollig warm ist. Neben der Heizfunktion ermöglicht es die Wärmepumpe in Verbindung mit einer Flächenheizung aber auch, die Temperatur in Gebäuden herunterzukühlen.

Der technische Prozess der Wärmepumpe

Alle Wärmepumpen-Arten funktionieren nach einer grundsätzlich gleichen Funktionsweise. Bei einer Wärmepumpen-Heizungsanlage kommen die folgenden Bauteile zum Einsatz: zwei Wärmeübertrager, ein Verdichter, ein Entspannerventil sowie die Wärmenutzungsanlage, also ein geschlossenes Rohrnetz, um die Wärme auch in die gewünschten Bereiche im Gebäude zu leiten. Der technische Wärmeprozess erfolgt in einem Kreislauf: Der erste Wärmeübertrager (der Verdampfer) überträgt dabei die thermische Energie aus Luft, Erde oder Wasser auf ein Kältemittel, das durch besondere physikalische Eigenschaften bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft. Im zweiten Schritt des Wärmepumpen-Prozesses erhöht dann ein Verdichter den Druck des dampfförmigen Kältemittels so weit, bis seine Temperatur höher liegt als die des Heizungssystems. Nur so kann die Wärme über einen weiteren Wärmeübertrager auch an das Heizungssystem abgegeben werden. Während das Kältemittel dabei abkühlt, sinkt sein Druck und das Medium wird langsam wieder flüssig. Vollständig regeneriert fließt das Kältemittel schließlich durch das Entspannungsventil, das den Druck auf den Ausgangszustand zurückbringt, zurück zum Verdampfer und der Wärmepumpen-Prozess beginnt von vorn.

Die Energiequellen der Wärmepumpenheizung

Je nachdem, in welcher Region Sie wohnen, kann die Umweltenergie der Wärmepumpe aus verschiedenen Quellen stammen. Generell kann thermische Energie aus der Luft, dem Erdreich und dem Grundwasser gewonnen werden. Darüber hinaus gibt es auch Sonderanlagen wie Abwasser-Wärmepumpen, die thermische Energie sogar aus dem Abwasser gewinnen können.

Energiequelle Luft

Die Luft ist die Umweltenergiequelle, die sich mit einer Wärmepumpe am einfachsten anzapfen lässt, denn dazu wird nur eine Vorrichtung zum Ansaugen und zum Ausblasen der Außenluft benötigt. Wenn die Luft-Wasser-Wärmepumpe im Inneren des Gebäudes aufgestellt wird, funktioniert sie zum Beispiel über Kanäle, die das Heizgerät mit Lüftungsgittern in der Außenwand verbinden. Steht das Gerät außerhalb des Hauses, kann die thermische Energie der Luft direkt aus der Umgebung gewonnen werden.

Gut zu wissen: Bei der Energiequelle Luft ist allerdings zu berücksichtigen, dass diese im Winter – also während der Jahreszeit, in der die Heizung am meisten gebraucht wird – oft nur mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt vorhanden ist. Dadurch müssen die Wärmeübertrager, über welche die kalte Außenluft geleitet wird, immer frostfrei gehalten werden. Das Resultat: Die Effizienz der Wärmepumpe sinkt.

Energiequelle Erdwärme

Nicht nur in der Luft, sondern auch in der Erde ist thermische Energie gespeichert, die sich mit sogenannten Sole-Wasser-Wärmepumpen zum Heizen nutzen lässt. Möglich wird das über Rohrleitungen, die in das Erdreich eingebracht werden und die ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel zirkulieren lassen. Diese Sole genannte Flüssigkeit entzieht der Erde Wärme und transportiert sie dann zur Wärmepumpe.

Gut zu wissen: Im Vergleich zur Luft kann die thermische Energie aus dem Erdreich ganzjährig und unabhängig von den Außentemperaturen gewonnen werden. Das erhöht die Effizienz der Wärmepumpe und senkt die anfallenden Heizkosten. Allerdings sind Tiefenbohrungen für die notwendigen Rohrleitungen genehmigungspflichtig und nicht überall zulässig. Auskunft gibt in der Regel das zuständige Landratsamt.

Energiequelle Grundwasser

Neben der Luft und dem Erdreich gibt es thermische Energie auch im Grundwasser. Genutzt werden kann diese über zwei Brunnen, die das Wasser aus der Tiefe zur Wasser-Wasser-Wärmepumpe und zurück in das Erdreich transportieren. Wichtig dabei ist, dass die Brunnen in Fließrichtung des Grundwassers mit einem Mindestabstand installiert werden, denn nur so wird gewährleistet, dass bereits abgekühltes Grundwasser nicht erneut zum Heizgerät gelangt. Ob Heizenergie jedoch tatsächlich aus dem Grundwasser gezogen werden kann, entscheidet sich erst nach Prüfung der lokalen Wasserqualität, denn verschiedene chemische Inhaltsstoffe können den Wärmetauscher stark belasten und die Funktion einschränken.

Gut zu wissen: Im Vergleich zu Luft und Erde zählt die im Grundwasser gespeicherte thermische Energie durch ganzjährig konstante Temperaturen zu einer der effizientesten Quellen für Wärmepumpen. Allerdings ist diese Art der Energiegewinnung genehmigungspflichtig und nicht überall erlaubt. Ob eine Wasser-Wärmepumpe in Ihrer Region zulässig ist, erfahren Sie beim zuständigen Landratsamt.

Wie viel kostet eine Wärmepumpe?

Wie viel eine Wärmepumpe kostet, hängt zunächst von der Wahl der jeweiligen Umweltenergiequelle ab. So ist bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Innen- oder zur Außenaufstellung kaum zusätzliche Technik erforderlich, während für Installationen, die thermische Energie aus dem Grundwasser ziehen, Sondenbohrungen oder Flachkollektoren finanziert werden müssen. Generell entstehen dabei Kosten von etwa 60 bis 80 Euro pro Meter Tiefenbohrung. Bei einer Wasser-Wärmepumpe entstehen Kosten durch die Bohrung der beiden Brunnen, über die Grundwasser zum Heizgerät und zurück in das Erdreich transportiert wird. Bei einem durchschnittlichen Einfamilienhaus ist bei einem Einbau mit circa 5.000 bis 6.000 Euro zu rechnen.

Preis der Wärmepumpe

Die Wärmepumpe selbst besteht, unabhängig von der tatsächlich benutzten Energiequelle, immer aus den gleichen Komponenten. Für den Einsatz in einem durchschnittlichen Einfamilienhaus entstehen dabei Kosten von bis zu 12.000 Euro, die jedoch durch eine Förderung für eine Wärmepumpe gemindert werden können. Grundsätzlich variieren die Preise jedoch stark nach Region, Hersteller und Dienstleister. Extratipp: Wärmepumpen können übrigens auch gemietet werden.

Kosten für den Betrieb

Logisch: Da die meisten Wärmepumpen elektrisch arbeiten, verursachen sie auch Stromkosten. Wie viel Strom benötigt wird, hängt dabei von der gewählten Energiequelle ab, dem energetischen Stand des Gebäudes und der Art, wie die Wärme an die Räume übertragen wird. Die Kosten können deshalb nicht pauschalisiert werden.

Wärmepumpen als Ergänzung

Wussten Sie, dass sich Wärmepumpen auch mit anderen Heizsystemen kombinieren lassen? Bei den Plänen zu einem Neubau können Sie beispielsweise zusätzlich zur Wärmepumpe noch eine Gasheizung mitplanen – sozusagen als Absicherung, wenn an extrem kalten Wintertagen überdurchschnittlich viel Wärme im Haus benötigt wird. Aber auch andersherum ist es möglich, eine bestehende Gasheizung durch eine neue Wärmepumpe zu ergänzen. Damit rüsten Sie Ihr Zuhause zukunftssicher nach und können auch staatliche Fördermittel beantragen. Ebenso möglich sind Kombinationen mit Wärmeerzeugern auf Basis erneuerbarer Energien, wie etwa Pelletheizungen oder Solaranlagen.

Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe auf einen Blick

Obwohl sich die Umwandlung von thermischer Energie aus der Luft, dem Erdreich und dem Grundwasser in Heizungswärme sehr vielversprechend und verlockend anhört, gilt auch hier: Nicht jedes Haus eignet sich für die Installation einer Wärmepumpe. Eine eventuelle Installation sollten Sie schon im Vorfeld einer solchen Investition gut abwägen. Die folgende Tabelle bietet eine Zusammenfassung mit allen Vor- und Nachteilen, die eine Wärmepumpe mit sich bringt.

Vorteile Nachteile
  • Geringe Heizkosten
  • Relativ hohe Anschaffungskosten
  • Unabhängigkeit von Preisschwankungen fossiler Energieträger
  • Relativ hoher Verwaltungsaufwand durch notwendige Genehmigungen
  • Möglichkeit zur Finanzierung über staatliche Fördermittel
  • Hohe Stromkosten bei fehlerhafter Planung
  • Wartungsarmer Betrieb
  • Mehr Geräusche bei ungünstiger Außenaufstellung
  • Schonung fossiler Ressourcen
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  • CO₂-freier Betrieb
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