Funktionsweise von Wärmepumpen

Wie funktioniert eigentlich eine Wärmepumpe?

In jedem Haushalt spielt die Funktion der Wärmepumpe eine essenzielle Rolle, da sie das Herzstück eines jeden Kühlschranks bildet. Ihre Aufgabe besteht darin, den Innenraum zu kühlen, indem sie die Wärme nach außen befördert. Hierbei fungiert ein spezielles Kältemittel in einem komplexen Leitungssystem als Transportmedium. Durch die Leitungen auf der Rückseite des Kühlschranks gibt das Gerät dann die aufgenommene Wärme an die Umgebungsluft ab, wodurch der Innenraum gekühlt wird. Das Prinzip ist dabei ganz einfach. Durch das Ausdehnen und komprimieren von Gasen entsteht ein Temperaturgefälle. Das wird zum Heizen und kühlen genutzt.

Doch nicht nur in Kühlschränken kommt die Wärmepumpe zum Einsatz. Auch in Heizsystemen spielt sie eine wichtige Rolle. Hier zieht die Wärmepumpe Wärme aus verschiedenen Quellen wie der Außenluft, dem Grundwasser oder dem Erdreich ins Haus. Auch hier dient ein Kältemittel in einem Rohrsystem als Transportmedium. Dieses wird im Kreislauf verdichtet, um die aufgenommene Wärme zu transportieren, und bei der Abgabe der Wärme durch die Wärmepumpe wird das Mittel wieder entspannt. Bei diesem Prozess kommt es zur Freisetzung der Wärmeenergie, die dann zur Beheizung des Hauses genutzt wird.

Es ist jedoch zu beachten, dass eine elektrische Wärmepumpe für den Verdichtungsprozess Strom benötigt. Dies macht sie zwar effizient, jedoch kann es vorkommen, dass die Wärmepumpe nicht ausreichend Wärme liefert, um den Bedarf des Hauses zu decken. In solchen Fällen tritt in der Regel ein Zusatz-Heizstab in Funktion. Dieser erwärmt das Wasser im Heizkreislauf rein elektrisch, was im Vergleich zur Nutzung der Wärmepumpe weniger effizient ist und die Stromkosten erhöht.

Es ist daher ratsam, die Wärmepumpe so zu planen und zu dimensionieren, dass der Zusatz-Heizstab möglichst selten oder idealerweise überhaupt nicht zum Einsatz kommt. Durch eine sorgfältige Planung und Installation der Wärmepumpe kann die Effizienz des Heizsystems maximiert und die Betriebskosten minimiert werden.

Ist eine Wärmepumpe klimafreundlich?

Grundsätzlich ist eine Wärmepumpe klimafreundlich, jedoch hängt das Maß der Klimafreundlichkeit einer Wärmepumpe von verschiedenen Faktoren ab, darunter die Herkunft der eingesetzten Energie und die Effizienz der Anlage selbst. Wärmepumpen nutzen Wärmequellen wie Umgebungsluft, Grundwasser oder Erdreich, um Wärme zu gewinnen und in ein Heizsystem einzuspeisen. Da diese Wärmequellen erneuerbar sind, trägt die Nutzung von Wärmepumpen grundsätzlich dazu bei, den CO2-Ausstoß zu verringern und den Klimawandel zu bekämpfen.

Allerdings müssen wir auch berücksichtigen, dass Wärmepumpen elektrisch betrieben werden und daher Strom benötigen. Der Großteil des weltweit produzierten Stroms stammt immer noch aus fossilen Brennstoffen wie Kohle, Gas und Öl, die erhebliche Mengen an Treibhausgasen emittieren. Deshalb ist es wichtig zu verstehen, dass die Klimafreundlichkeit einer Wärmepumpe nicht nur von der erneuerbaren Wärmequelle abhängt, sondern auch davon, wie sauber der Strom ist, der für ihren Betrieb verwendet wird.

Um eine Wärmepumpe als wirklich klimafreundlich zu betrachten, ist es daher entscheidend, dass sie so effizient wie möglich betrieben wird. Das bedeutet, dass sie mit möglichst wenig Strom möglichst viel Wärme erzeugen sollte. Dies wird oft durch die Auswahl hochwertiger und gut gewarteter Anlagen sowie durch die richtige Dimensionierung und Installation der Wärmepumpe erreicht.

Darüber hinaus spielt die Herkunft des Stroms eine entscheidende Rolle. Je mehr Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind, Sonne, Wasser und Biomasse stammt, desto geringer ist der CO2-Fußabdruck einer Wärmepumpe. Aus diesem Grund ist es sinnvoll, Wärmepumpen mit Ökostrom zu betreiben, entweder durch den Kauf von zertifiziertem Ökostrom oder durch die Nutzung von selbst erzeugtem Strom aus erneuerbaren Energiequellen wie Solaranlagen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Klimafreundlichkeit einer Wärmepumpe nicht allein von ihrer Technologie abhängt, sondern von einem Zusammenspiel verschiedener Faktoren, darunter die Effizienz der Anlage selbst, die Herkunft des eingesetzten Stroms und die allgemeine Entwicklung hin zu einem saubereren Strommix aus erneuerbaren Energien.

Welche Voraussetzungen sollten für eine Wärmepumpe erfüllt sein? 

In Neubauten sind elektrische Wärmepumpen heutzutage die am häufigsten installierte Heizungsart. Doch auch in Altbauten und anderen bestehenden Gebäuden können Wärmepumpen sparsam und umweltfreundlich betrieben werden. Wenn Sie auf eine Wärmepumpe umsteigen möchten, müssen jedoch wichtige Voraussetzungen geschaffen werden. Andernfalls kann die Heizung zu viel Strom verbrauchen und weder dem Klima noch Ihrem Geldbeutel einen Vorteil bringen.

Bestandsgebäude sollten daher vor dem Umstieg energetisch saniert werden. Es empfiehlt sich, sich zunächst zur Gesamtenergiebilanz des Hauses und zur benötigten Heizleistung beraten zu lassen, bevor Sie einen Heizungsfachbetrieb beauftragen. Erfahren Sie mehr über die Eignung Ihres Gebäudes für eine Wärmepumpe und treffen Sie Ihre Entscheidung.

Je besser folgende Bedingungen erfüllt sind, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe:

• Guter Wärmeschutz des Gebäudes: Zum Beispiel durch Dämmung und den Einsatz moderner Fenster, um Wärmeverluste zu minimieren.
• Große Heizkörper: Ideal sind Fußbodenheizungen oder Wandheizungen, da sie mit niedrigen Heizwassertemperaturen auskommen und das Haus effizient erwärmen können.
• Falls dies nicht vorhanden ist, kann der Sanierungszustand des Hauses verbessert werden, zum Beispiel durch nachträgliche Fassadendämmung, den Austausch von Fenstern oder einzelnen Heizkörpern.

Wie kann man die Effizienz bei Wärmepumpen messen? 

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch ihre Jahresarbeitszahl (JAZ) beschrieben, die angibt, wie viel Wärme die Heizung pro eingesetzter Einheit Energie im Jahresdurchschnitt erzeugt. Eine höhere JAZ bedeutet eine effizientere Leistung. Zum Beispiel bedeutet eine JAZ von 4, dass die Wärmepumpe durchschnittlich 4 Kilowattstunden Wärme pro Kilowattstunde Strom ans Haus abgibt. Eine JAZ von mindestens 3 ist erforderlich, damit eine Wärmepumpe als effizient betrachtet werden kann, da ein Großteil des Stroms immer noch aus konventionellen Kraftwerken stammt. Mit einem zunehmenden Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Strommix werden Wärmepumpen jedoch immer klimafreundlicher.

Die vom Hersteller angegebenen Effizienzwerte basieren auf Laborbedingungen und werden in der Praxis oft nicht erreicht. Es ist daher wichtig, sich vor der Installation einer Wärmepumpe umfassend beraten zu lassen, um die optimale Wärmequelle für das individuelle Haus und den Wärmebedarf zu bestimmen. Nach der Installation und dem ersten Betriebsjahr sollte die Jahresarbeitszahl überwacht werden, da durch Einstellungen an der Regelung oder das Abschalten des Heizstabs oft noch Verbesserungen möglich sind.

Grundwasserwärmepumpen gelten als die effizientesten, aber die Effizienz einer Anlage hängt von vielen Faktoren ab.

Oft wird auch die Leistungszahl (COP) angegeben, die jedoch nicht so aussagekräftig ist wie die JAZ. Während die Leistungszahl eine Momentaufnahme darstellt, berücksichtigt die JAZ die sich ändernden Bedingungen im Jahresverlauf.

Es ist ratsam, einen Wärmemengenzähler einzubauen, um die Effizienz des Systems zu überprüfen und gegebenenfalls anzupassen. Der Wärmemengenzähler zeigt an, wie viel Wärme die Wärmepumpe pro Zeiteinheit abgibt, und ermöglicht die Berechnung der Jahresarbeitszahl. Wenn die Jahresarbeitszahl deutlich niedriger als erwartet ist, sollten mögliche Ursachen ermittelt und gemeinsam mit einem Fachbetrieb behoben werden.

Welche Heizflächen sind für eine Wärmepumpe geeignet?

Für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe spielen die Art der Heizflächen und die Temperatur, mit der die Wärme in den Raum abgegeben wird, eine entscheidende Rolle. Flächenheizungen wie Fußboden-, Wand- oder Deckenheizungen bieten aufgrund ihrer großflächigen Verteilung eine besonders effektive Möglichkeit, Wärme abzugeben. Da die Wärme über eine große Fläche verteilt wird, kann eine Flächenheizung mit den niedrigeren Vorlauftemperaturen von Wärmepumpen betrieben werden. Diese niedrigeren Temperaturen entsprechen genau den Arbeitsbedingungen, die für eine Wärmepumpe optimal sind. Sie kann die benötigte Wärme effizient und energiesparend liefern.

Heizkörper hingegen arbeiten mit höheren Vorlauftemperaturen und erfordern daher normalerweise eine höhere Energiezufuhr. Dennoch schließt dies nicht aus, dass eine Wärmepumpe auch mit Heizkörpern betrieben werden kann. Unter der Bedingung, dass die Heizkörper ausreichend groß dimensioniert sind und das Haus gut isoliert ist, können die Vorlauftemperaturen der Wärmepumpe so weit abgesenkt werden, dass eine effiziente Heizung auch über Heizkörper möglich ist.

Wenn die vorhandenen Heizkörper jedoch zu klein sind oder das Haus nicht ausreichend gut isoliert ist, um die niedrigen Vorlauftemperaturen zu gewährleisten, die für den Betrieb einer Wärmepumpe erforderlich sind, kann der Austausch einzelner Heizkörper gegen größere oder spezielle Wärmepumpenheizkörper eine Lösung sein. Diese speziellen Heizkörper sind darauf ausgelegt, bei niedrigeren Temperaturen effizient Wärme abzugeben und können somit den Betrieb einer Wärmepumpe auch in weniger optimalen Umgebungen ermöglichen.

Insgesamt ist die Wahl der Heizflächen und die Anpassung des Systems entscheidend, um eine effiziente Nutzung einer Wärmepumpe zu gewährleisten und Energiekosten zu sparen.