Wärmepumpe im Garten

Wärmepumpe: Funktionsweise und Kosten

  • 31. Mai 2023
  • Circa 7 Minuten Lesezeit

Die Frage, woher wir unsere Energie für Heizung und Warmwasser beziehen, ist in den letzten Jahren immer wichtiger geworden. Für jene, die eine alte Immobilie kaufen, besteht oftmals die Pflicht zur energetischen Sanierung und auch die Bundesregierung diskutiert aktuell stark über das Thema Erneuerbares Heizen. Alternative Technologien wie die Wärmepumpentechnik können – auch in Kombinationen mit anderen Technologien – einen erheblichen Beitrag zur klimaneutralen Energieversorgung leisten. Hier erfahren Sie mehr darüber, wie eine Wärmepumpe funktioniert, was sie kostet, welche verschiedenen Arten es gibt und welche Leistung Sie von ihr erwarten können.

Inhaltsverzeichnis

Das Wichtigste in Kürze

  • Die Wärmepumpe wird als DIE Lösung beim Thema Eneuerbares Heizen betrachtet.
  • Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, die unterschiedliche Energiequellen wie z. B. Luft, Wasser, Erde oder Abwärme nutzen.
  • Wärmepumpen kosten meist zwischen 8.000 und 16.000 Euro und sind damit recht kostspielig.
  • Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert unter bestimmten Voraussetzungen die Installation einer Wärmepumpe.
  • Man sollte sich von einem Fachmann beraten lassen und mehrere Angebote einholen.

So funktioniert eine Wärmepumpe

Die Funktionsweise von Wärmepumpen beruht auf dem Wärmeaustausch zweier ungleich warmer Medien, wobei an der Kontaktfläche ein Wärmeaustausch stattfindet. Hier fließt Wärmeenergie von Warm nach Kalt. Diese Funktionsweise finden wir auch etwa im Kühlschrank, in dem ein Kältemittel wie Isobutan zirkuliert. Wegen seines niedrigen Siedepunktes verdampft es schon bei -11° Celsius und entzieht dabei seiner Umgebung Wärme.

Die Funktionsweise von Wärmepumpen ist ähnlich. Dabei stammt die Wärmeenergie aus einem Medium, dessen eigene Temperatur den Siedepunkt des verwendeten Kältemittels übersteigt (etwa Grundwasser, Abwasser, Erde oder Luft). Diese Energiedifferenz kann genutzt werden, um das Kältemittel zu verdampfen. Dieser Dampf ist allerdings längst noch nicht warm genug, um damit zu heizen.

Um auf Heiztemperatur gebracht zu werden, muss er unter hohem Druck verdichtet werden. Das dadurch weiter aufgeheizte Gas kann dazu genutzt werden, Wasser zu erwärmen, um damit etwa einen Heizkörper aufzuheizen. Beim Wärmeaustausch gibt das Kältemittel den größten Teil seiner Wärme ab und verflüssigt sich wieder. Sinkt der Druck der Kühlflüssigkeit, kühlt es schließlich auf seine Ursprungstemperatur ab, und der Kreislauf kann erneut beginnen.

Funktionsweise einer Wärmepumpe

Wie sind Wärmepumpen aufgebaut?

Ganz unabhängig davon, um welche Art von Wärmepumpe es sich handelt, bleibt die Funktionsweise gleich. Dementsprechend ähnelt sich auch ihr Aufbau. Grundsätzlich besteht ein Wärmepumpensystem aus drei Komponenten:

  1. der Wärmequellenanlage, die dem betreffenden Medium – Wasser, Luft oder Boden – Energie entzieht (zum Beispiel Erdwärmekollektoren);
  2. die eigentliche Wärmepumpe, in der das Kältemittel verdampft und durch Kompression weiter erhitzt wird,
  3. das Wärmeverteil- und Speichersystem der Heizungsanlage.

Bei Erdwärme- oder Wasser-Wärmepumpensystemen wird die Wärmeenergie über Sonden oder Kollektoren aufgenommen und über ein flüssiges Medium – Wasser oder Sole – an den Wärmetauscher im Verdampfer der Wärmepumpe übertragen. Bei einer Luftwärmepumpe sorgt ein Ventilator dafür, dass permanent Umgebungsluft über den Wärmetauscher fließt, in dem das Kältemittel zirkuliert.

Vom Verdampfer aus wird das jetzt gasförmige Kältemittel einem Kompressor zugeführt. Dort wird das Kältemittel stark verdichtet, wobei sein Druck und seine Temperatur stark ansteigen – je nach gewünschter Vorlauftemperatur zwischen 30 und 50 Grad Celsius. In sogenannten Hochtemperatur-Wärmepumpensystemen können auch Werte von über 70 oder sogar über 80 Grad erreicht werden. Ihr Einsatz ist vor allem in unsanierten Altbauten sinnvoll – oder wenn das System neben der Heizenergie auch Warmwasser bereitstellen soll.

Das durch Kompression erhitzte Gas fließt in einen weiteren Wärmetauscher, in dem die Wärmeenergie an das Heizsystem übertragen wird. Dabei verflüssigt es sich wieder (kondensiert), weshalb das entsprechende Bauelement auch als Kondensator bezeichnet wird. Die Heizwärme kann nun überall dort genutzt werden, wo sie benötigt wird.

Die Kühlflüssigkeit, die noch unter hohem Druck steht, wird schließlich durch ein sogenanntes Expansionsventil (auch als Expander bezeichnet) geleitet. Dabei dehnt sich das Kältemittel wieder aus und kühlt auf seine Ursprungstemperatur ab.

Die unterschiedlichen Arten von Wärmepumpen

Alle Pumpen nutzen eine Energiequelle. Nutzbare Energiequellen sind:

Je nach genutzter Energiequelle ist ein unterschiedlich hoher Aufwand nötig, um die Energie für die Pumpe nutzbar zu machen.

Luft-Wasser-Wärmepumpen

Bei dieser Pumpe wird die Wärme aus der Luft genutzt. Sie funktioniert gut bei einer Außentemperatur bis zu -20 Grad Celsius. Man kann diese Pumpe sowohl innerhalb als auch außerhalb des Hauses installieren. Praktisch ist, dass bei dieser Pumpe sehr wenige bauliche Veränderungen vorgenommen werden müssen.

Sole-Wasser-Wärmepumpen

Hier wird mittels einer Sonde die Wärme aus dem Erdreich genutzt. Mit der thermischen Energie aus dem Erdreich lassen sich konstant hohe Temperaturen zum Heizen und für die Warmwasserbereitung gewinnen. Die Energie wird entweder durch sogenannte Erdkollektoren (Flächen- und Grabenkollektoren oder Energieabsorbermatten) gewonnen, die die thermische Energie an die Pumpe weiterleiten, oder durch Erdsonden. Diese werden etwa 40 bis 100 Meter in die Erde gesenkt und gewinnen dort die benötigte thermische Energie. Im Gegensatz zu den Kollektoren benötigen die Sonden verhältnismäßig wenig Raum.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Bei diesem Wärmepumpentyp wird Wärme aus dem Grundwasser gewonnen. Hier ist ein wenig mehr Aufwand nötig, denn für den Betrieb ist eine Brunnenanlage bestehend aus Saug- und Schluckbrunnen unerlässlich. Bei dieser Pumpe ist die Zusammensetzung des Wassers wichtig. Auch müssen die Regeln für den Wasserschutz beachtet werden. Diese Pumpe benötigt eine Genehmigung, die unbedingt vor Baubeginn bei den zuständigen Behörden eingeholt werden sollte.

Wärmepumpen mit Eisspeicher

Hier dienen die Wärme aus der Erde, der Luft und der Sonne als Energiequelle. Eine wassergefüllte Zisterne dient als Wärmequelle ( unter Nutzung der Erdwärme) und kann in Kombination mit einem Absorber (Luft/Solar) auf dem Dach genutzt werden, der die Wärme aus der Umgebungsluft zieht. Die Energie der Wärmequellen wird in den Eisspeicher eingespeist und kann sowohl zum Heizen und zur Warmwasserbereitung genutzt werden, als auch zur Gebäudekühlung. Hierfür wird im Sommer das Wasser der Zisterne vereist. Diese Pumpe lohnt sich allerdings in der Regel nicht für private Gebäude, da der Aufwand verhältnismäßig hoch ist.

Großwärmepumpen

Großwärmepumpen sind in erster Linie für Industrie und Gewerbe von Interesse, denn hier werden große Anlagen benötigt, die unter Nutzung von Erde, Abluft (Abwärme) und Grundwasser oder Pumpen mit Eisspeicher konstant hohe Leistungen erbringen. Sie werden für die Gewinnung von Warmwasser, zum Heizen und zum Kühlen eingesetzt.

Die Kosten einer Wärmepumpe

Die Kosten setzen sich aus verschiedenen Faktoren zusammen – Anschaffungskosten und Betriebskosten pro Jahr. Grob geschätzt betragen die Kosten für ein Wärmepumpensystem in etwa zwischen 8.000 und 16.000 Euro. Dabei spielen Art und Funktionsweise der Pumpe eine große Rolle, aber auch die Erschließung der Wärmequelle fällt preislich ins Gewicht.

Die Betriebskosten hängen von verschiedenen Faktoren ab. So funktioniert ein Erdwärmepumpensystem oder Grundwasser- Wärmepumpensystem stromsparender als ein Luftwärmepumpen-System. Auch die Qualität der Wärmedämmung, die benötigte Heizleistung und die Anzahl der im Gebäude lebenden Personen spielen eine Rolle.

Da eine Wärmepumpe auch komplett ohne Brennstoffe funktioniert, fällt auch keine CO2-Abgabe an. Dazu kommt, dass die Pumpensysteme weniger wartungsintensiv sind und eine längere Lebensdauer haben als andere Heizsysteme.

Diese Fördermittel gibt es für eine Wärmepumpe

Für die Installation eines Wärmepumpensystems kann man im Zuge der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) vom BAFA Förderungen erhalten. Die Höhe der Förderung liegt je nach Bauart der Wärmepumpe zwischen 4.500 und 15.000 Euro. Allerdings müssen dafür einige Bedingungen erfüllt werden. So muss etwa die Wärmepumpe selber die Fördervoraussetzungen erfüllen und das Gebäude muss gut gedämmt werden.

Die Förderung wird durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) vergeben. Seit Januar 2023 gelten außerdem für die Förderfähigkeit von Wärmepumpensystemen neue technische Voraussetzungen. Zum Beispiel müssen mindestens 65 Prozent der Wohnfläche mittels erneuerbarer Energien beheizt werden. Dazu kommt, dass Wärmepumpensysteme nur noch in Gebäuden gefördert werden, die als geeignet gelten. Hier lohnt sich auf jeden Fall eine Beratung.

Wer seine Öl-,Gas- oder Kohleheizung austauscht, kann mit einem Austauschbonus rechnen. Überdies gibt es auch weitere Förderungen, wenn der Neubau mit einem Wärmepumpensystem ausgestattet wird. Allerdings ist die Thematik hier so komplex – sowohl was die Voraussetzungen, als auch was die Arten der Förderungen betrifft – dass man sich im Vorfeld auf jeden Fall beraten lassen sollte. Übrigens kann auch eine Fachberatung gefördert werden.

Fazit

Zwar ist die Installation einer Wärmepumpensystem kostspielig und mit einigem Aufwand verbunden, doch auf Dauer macht sie sich bezahlt. Auch wer noch eine klassische Öl- oder Gasheizung besitzt, kann von einem Wärmepumpensystem als Ergänzung profitieren, da diese die Grundlast an Heizwärme und Warmwasser übernehmen kann.

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Über den Autor

Christoph Neuhaus

Gründer & Geschäftsführer

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