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Wärmepumpe

Die Wärmepumpe als Heizeinrichtung

Bei relativ geringem Einsatz an Primärenergie wird eine höhere Ausbeute an Nutzenergie erzielt, d.h. die Wärmeabgabe ist größer als der Heizenergieeinsatz. Wärmepumpen tragen somit zu einer Schonung der Ressourcen und zur Entlastung der Umwelt bei.


Wärmepumpensysteme erfreuen sich im privaten Bereich zur Zeit zunehmender Beliebtheit. Im letzten Jahr wurden erhebliche Fortschritte hinsichtlich der technischen Effizienz und der Zuverlässigkeit dieser Systeme gemacht. Durch die Verschärfung der Wärmeschutzanforderungen, die einen geringen und gleichmäßigen Wärmebedarf eines Gebäudes zur Folge haben, wurden auch energetisch günstige Rahmenbedingungen für den Einsatz von Wärmepumpensystemen geschaffen. Darüber hinaus gibt es vielerorts von den Elektrizitätsversorgungsunternehmen z.Zt. erhebliche Fördermittel.

Dies alles führt dazu, dass die Wärmepumpe bei der Auswahl des Heizenergieversorgungssystems unter günstigen Rahmenbedingungen als Alternative zu den konventionellen Systemen mit in Betrachtung einbezogen werden kann.


Für Sie als zukünftiger Hausbesitzer ist wichtig zu wissen, dass die Wärmepumpe als moderne und innovative Heizung einer gewissenhaften Planung bedarf. Die ökonomische und ökologische Effizienz der Wärmepumpenheizung wird vor allem durch die Art der Wärmequelle und die Art der Wärmeverteilung im Gebäude bestimmt. Beide haben einen entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad der Wärmepumpenheizung im Vergleich zu den konventionellen Wärmeerzeugern.


Das physikalische Prinzip der Wärmepumpe beruht darauf, dass ein Arbeitsmedium mit Hilfe eines thermodynamischen Kreisprozesses Wärme aus der Umgebung aufnimmt und an das zu erwärmende Wasser abgibt. Das geschieht in einem geschlossenen Kreislauf, in dem das eingesetzte Kältemittel durch Änderung von Aggregatzustand, Druck und Temperatur Wärme aufnehmen, transportieren und wieder abgeben kann.

Dabei spielt insbesondere das physikalische Gesetz der Wärmeaufnahme beim Verdampfen bzw. der Wärmeabgabe beim Kondensieren des Kältemittels eine entscheidende Rolle.

Arten von Wärmepumpe

Sole-Wasser-Wärmepumpe
Der Sole-Wasser-Wärmepumpe dient das Erdreich als Wärmequelle. Bei dem Erdreich als Wärmequelle werden zwei Bereiche untergliedert. In einer Tiefe bis zu 2 m wird die im Erdreich gespeicherte Wärme vor allem durch die Sonneneinstrahlung bereitgestellt. In tieferen Schichten kommt die Geothermische Wärme zum Tragen. Die zur Verfügung gestellte Wärme ist von der Beschaffenheit des Untergrundes abhängig, denn aus einem feuchten, lehmigen Untergrund kann mehr Wärme abgezogen werden als aus einem trockenen, sandigen Untergrund. Die im Erdreich gespeicherte Wärme ist langfristig und auf einem gleichmäßigen Temperaturniveau verfügbar. Das Erdreich ist eine sehr gute Wärmequelle. Der Wärmeentzug kann entweder mit Horizontalen Kollektoren oder aber mit Vertikalen Kollektoren (Erdwärmesonden oder Erdspieße) erfolgen.

Luft-Wasser-Wärmepumpe
Der Luft-Wasser-Wärmepumpe dient die Außenluft als Wärmequelle. Bei niedrigen Außentemperaturen ist aber ein monovalenter Betrieb nicht mehr möglich. Bei diesem System nimmt die Wärmequellentemperatur mit steigendem Heizwärmebedarf im Winter ab. Aus diesem Grund gibt die Luft-Wasser-Wärmepumpe bei geringen Außentemperaturen trotz hohem Einsatz von elektrischer Energie nur eine geringe Wärmeleistung ab. Die Jahresarbeitszahlen liegen daher häufig unter 3. Zu beachten ist auch, dass bei verdichteter Bebauung Geräuschbelastungen für die angrenzenden Gebäude auftreten können.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Bei der Wasser-Wärmepumpe dient das Grundwasser als Wärmequelle. Grundwasser stellt aufgrund seiner annähernd konstanten Temperatur eine gute Wärmequelle dar. In der Praxis hat sich aber gezeigt, dass die in die Bohrungen eingebrachten Sonden sich mit der Zeit zusetzen bzw. durch Anlagerungen die Wärmeentzugsleistung reduziert wird. Außerdem ist in jedem Fall eine wasserrechtliche Genehmigung erforderlich.


Betriebsweisen von Wärmepumpe

Monovalenter Betrieb
Im monovalenten Betrieb deckt die Wärmepumpe den gesamten Wärmebedarf, vergleichbar einer konventionellen Heizung. Die Auslegung erfolgt nach der niedrigsten Außentemperatur. Dieses Auslegungsprinzip ist bei Wärmepumpen mit gewissen Nachteilen verbunden, denn die Kosten zur Erschließung der Wärmequelle und der Anlage steigen mit der Anlagengröße. Außerdem besteht die Möglichkeit, dass die Wärmepumpe beim monovalenten Betrieb häufig im Teillastbetrieb arbeitet. Diese Betriebsweise kann sich negativ auf die Lebensdauer der Wärmepumpe auswirken. Mittlerweile gibt es Wärmepumpen, die sich durch einen drehzahlgeregelten Verdichter automatisch an die erforderliche Heizleistung anpassen. Dadurch wird die Beeinträchtigung der Lebensdauer der Anlage reduziert.

Bivalenter Betrieb
Im bivalenten Betrieb wird die Wärmepumpe in Verbindung mit einer Zusatzheizung betrieben. Dazu wird die Wärmepumpe z.B. für etwa 60% der maximalen Heizlast ausgelegt und kann etwa 85% des Jahresheizwärmebedarfs abdecken. An sehr kalten Tagen wird der Restwärmebedarf durch eine Zusatzheizung abgedeckt.

Im einfachsten Fall kann diese Heizung als Elektrowiderstandsheizung ausgeführt werden. Mit dieser Zusatzheizung kann bei Bedarf auch die Warmwassertemperatur angehoben werden. Für die Energieversorgung des Gebäudes ist lediglich ein Stromanschluss erforderlich, weitere Energieträger wie Öl oder Gas werden nicht benötigt.

Aus diesen Gründen wird daher in der Regel der bivalente Betrieb gewählt.


Informationen zu Wärmepumpen

Leistungszahl
Die Leistungszahl stellt das Verhältnis der im Heizkreis abgegebenen Wärmeleistung Pnutz (kW) zur gleichzeitig aufgenommenen elektrischen Leistung Pel (kW) dar. Die Leistungszahl ist ein Momentanwert und wird im Labor unter definierten Zuständen ermittelt. Sie beschreibt einen Betriebszustand unter konstanter Wärmequellen- und Vorlauftemperatur. Die Leistungszahl liegt in der Regel höher als die Arbeitszahl und ist zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit einer Wärmepumpe bezogen auf das ganze Jahr nicht geeignet.

Jahresarbeitszahl
Wichtiges Kriterium zur Beurteilung der energetischen Effizienz und damit der Umweltverträglichkeit sowie der Wirtschaftlichkeit ist die sogenannte Jahresarbeitszahl. Dieser Wert beschreibt das Verhältnis der von der Wärmepumpe gelieferten Nutzwärme bzw. Heizwärme Wnutz (kWh) zur dafür eingesetzten elektrischen Antriebsenergie Wel (kWh) im Jahr.

Aus ökologischen Gründen sollte die Jahresarbeitszahl mindestens 3,8 betragen. Bei Arbeitszahlen, die nennenswert darunter liegen, ist der eigentliche ökologische Vorteil der Wärmepumpe in der energetischen Gesamtbilanz nicht mehr gegeben, so dass konventionelle Systeme wie eine Erdgasheizung dann wesentlich besser abschneiden. Außerdem verschlechtert sich mit niedrigen Arbeitszahlen auch die Wirtschaftlichkeit dramatisch. Als Hausbesitzer sollten Sie darauf achten, ob in den Herstellerunterlagen neben der scheinbar günstigen Leistungszahl auch die praxisorientierte Jahresarbeitszahl angegeben ist.

Pufferspeicher
Oft empfiehlt es sich, zusätzlich einen Pufferspeicher mit in die Anlage einzuplanen. Da der Versorgungsunternehmer den Wärmepumpenstrom zu Spitzenlastzeiten unterbrechen darf, kann die Wärmepumpe in diesen Zeiten keine Wärme liefern. Mit dem Pufferspeicher kann die Wärme über längere Zeit gespeichert und bei Bedarf abgerufen werden. Somit lässt sich die Stromunterbrechung durch den Versorgungsunternehmer problemlos überbrücken. Außerdem hat der Pufferspeicherspeicher den Vorteil, dass die Wärmepumpe nicht zu oft takten braucht und somit effizienter arbeiten kann.