Wärmepumpe: Funktion

Das Wichtigste im Überblick:

• Wärmepumpen nutzen mechanische Prozesse, um Wärme aus natürlichen Quellen wie Luft, Grundwasser und Erdreich zu gewinnen.
• Sie enthalten ein Kältemittel, welches auch aus vergleichsweise kühlen Energiequellen die nötige Wärme zum Heizen zieht.
• So können z. B. Luftwärmepumpen selbst bei Minusgraden noch effizient arbeiten.

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist eine Heizanlage, die thermische Energie aus der Umwelt nutzbar macht. So ist es möglich, mit einer Wärmepumpe ein Gebäude zu heizen und Brauchwasser zu erwärmen. Hier gilt:

• Eine Wärmepumpe entzieht der Umgebung Wärmeenergie und wandelt sie in nutzbare Energie um. Je nach Art der Wärmepumpe funktioniert das Prinzip mit Umgebungsluft, Erdwärme oder Grundwasser.
• Für den Betrieb benötigt die Wärmepumpe elektrischen Strom, damit z. B. Kompressor, Ventilator und Pumpe funktionieren.
• Durchschnittlich kann eine Wärmepumpe 1 kWh Wärme aus etwa 75 % Umgebungswärme und 25 % Strom erzeugen. Moderne Modelle erreichen bereits eine höhere Effizienz.

Wozu braucht man eine Wärmepumpe?

Mithilfe einer Wärmepumpe gelingt es, ständig verfügbare Wärme in der Luft, im Erdboden oder im Grundwasser zum Heizen zu nutzen. Anders als bei vielen Heizsystemen kommt die Wärmepumpe-Funktionsweise ohne Verbrennung und mit vergleichsweise geringem Energiebedarf aus. Dabei ist es möglich, Wärmepumpen vielseitig einzusetzen:

Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Einfach erklärt

Alle Arten von Wärmepumpen machen sich physikalische Prinzipien durch mechanische Prozesse zu Nutzen. Zentraler Punkt der Wärmepumpe-Funktionsweise ist das Kältemittel (z. B. Propan), das in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Genauer gesagt:

• Ein Kältemittel zeichnet sich durch einen niedrigen Siedepunkt aus, sodass es schon bei sehr niedrigen Temperaturen seinen Zustand von flüssig zu gasförmig ändern kann. Auf diese Weise kann es die Wärme aufnehmen, die z. B. in -10 °C kalter Luft oder in 4 °C kaltem Grundwasser enthalten ist.
• Die Temperaturen von Außenluft, Erdreich und Grundwasser sind auch im Winter meist hoch genug, um Wärme daraus zu gewinnen. Hier gilt der physikalische Nullpunkt, der bei -273,15 °C liegt. Solange die Temperatur darüber liegt, ist nutzbare thermische Energie vorhanden.
• Um sie auf die nötige Temperatur zum Heizen zu bringen, ist allerdings ein thermodynamischer Prozess erforderlich.

Wärmepumpe-Funktion: Der Kreislauf

Der Wärmepumpenkreislauf besteht aus 4 Schritten, die sich konstant wiederholen:

1. Verdampfen: Umgebungswärme wird in den Kreislauf der Wärmepumpe eingeleitet und gelangt in den Wärmetauscher. Das flüssige Kältemittel verdampft bei Kontakt und nimmt so die Wärme auf.
2. Verdichten: Ein Kompressor verdichtet den Dampf, indem er den Druck erhöht. Dadurch steigt die Temperatur des Kältemittels.
3. Verflüssigen: Der heiße Dampf überträgt die Wärme mit einem zweiten Wärmetauscher auf das Wärmeverteilsystem. Hierbei kühlt sich das Kältemittel so weit ab, dass es wieder seinen flüssigen Zustand annimmt.
4. Entspannen: Das flüssige Kältemittel fließt durch ein Entspannungsventil. Dabei kann es sich wieder so weit ausdehnen, dass es seine Ausgangstemperatur erreicht.

Wie funktioniert das Heizen mit Wärmepumpe?

Die Wärmepumpe selbst erzeugt zunächst die benötigte Wärme. Für die anschließende Verteilung im Haus ist das Wärmeverteilsystem zuständig:

• Gängige Heizungsanlagen nutzen Wasser als Wärmeträger. Dieses wird erwärmt und in Flächenheizungen (z. B. Fußbodenheizung) oder Radiatoren geleitet.
• Die Erwärmung erfolgt im zweiten Wärmetauscher der Wärmepumpe.
• Bei Wärmepumpen mit Pufferspeicher fließt das Heizwasser zunächst in den Speicher, bis es zum Heizen benötigt wird.
• Eine elektrische Pumpe transportiert das warme Heizwasser schließlich in die Flächenheizung oder die Heizkörper.

Wie funktioniert eine Luftwärmepumpe? Einfach erklärt

Die Luftwärmepumpe funktioniert ganz ähnlich wie klassische Wärmepumpen. Einzige Besonderheit:

• Luftwärmepumpen nutzen die Außenluft, um Wärme zu erzeugen.
• Deshalb sind sie zusätzlich mit einem Ventilator ausgestattet.
• Dieser saugt die Umgebungsluft an und leitet sie zum Verdampfer.teil der Luftwärmepumpe: Im Gegensatz zu Erd- und Wasserwärmepumpen sind hier keine Erschließungsarbeiten erforderlich.

Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?

Im privaten Bereich sind hauptsächlich folgende Wärmepumpe-Arten verbreitet:

• Luftwärmepumpe (auch Luft-Wasser-Wärmepumpe): nutzt die Wärme in der Außenluft
• Erdwärmepumpe (auch Sole-Wasser-Wärmepumpe): nutzt Wärme in oberflächennahen Erdschichten
• Grundwasser-Wärmepumpe (auch Wasser-Wasser-Wärmepumpe): nutzt die Wärme des Grundwassers, die meist zwischen 10 und 12 °C liegt. Dafür wird das Grundwasser über eine Brunnenanlage heraufgepumpt und in die Wärmepumpe eingeleitet. Die Installation erfordert Brunnenbohrungen und Genehmigungen.

Was ist der Unterschied zwischen einer Erdwärmepumpe und einer Luftwärmepumpe?

Beide Wärmepumpe-Arten bieten Vor- und Nachteile. Eine Übersicht über die Unterschiede:

Was ist eine Warmwasser-Wärmepumpe?

Eine Warmwasser-Wärmepumpe dient dazu, Trinkwasser zu erwärmen, z. B. zum Duschen oder Geschirrspülen. Sie funktioniert unabhängig von der Heizanlage und kann daher nicht zum Heizen genutzt werden. Dabei stehen 2 Wärmequellen zur Verfügung:

1. Raumluft: Die Warmwasser-Wärmepumpe bezieht Wärme aus der Luft im Gebäude (z. B. im Heizungskeller) oder der Außenluft.
2. Abluft: Im Zusammenspiel mit einer Lüftungsanlage nutzt die Wärmepumpe die dabei entstehende Abluft.

Was ist der Unterschied zwischen einer Warmwasserpumpe und einer Luftwärmepumpe?

Anders als die klassische Luftwärmepumpe ist eine Warmwasser-Wärmepumpe nicht an den Heizkreis angeschlossen. Das bedeutet, mit einer Warmwasserpumpe können Sie lediglich Brauchwasser erwärmen. Luftwärmepumpen hingegen eignen sich zum Heizen und zur Trinkwassererwärmung.

Was sind Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe?

Was kostet eine Wärmepumpe?

Die Kosten von Wärmepumpen setzen sich aus den Kosten für das Gerät selbst, Erschließung und Installation zusammen. Erdwärmepumpen und Grundwasserpumpen sind in der Anschaffung meist teurer, da Sie hier aufwändige Erdarbeiten einkalkulieren müssen. Bei den unterschiedlichen Wärmepumpe-Arten können z. B. diese Kosten anfallen:

• Luftwärmepumpe: Kosten zwischen 15.000 und 25.000 €
• Erdwärmepumpe mit Erdsonde: Kosten zwischen 20.000 und 30.000 €
• Erdwärmepumpe mit Flächenkollektoren: Kosten zwischen 15.000 und 25.000 €
• Grundwasserwärmepumpe: Kosten zwischen 20.000 bis 30.000 €

Die Betriebskosten sind hingegen bei Luftwärmepumpen oft höher als bei den anderen Modellen. Der Grund: Im Erdreich und im Grundwasser herrschen ganzjährig konstante Temperaturen über 0°C. Somit benötigt die Anlage für den Betrieb weniger elektrische Energie, um das benötigte Heizniveau zu erreichen.

Wärmepumpe – Aufstellort

Wärmepumpen, die Erdwärme oder das Grundwasser nutzen, stehen im Innenbereich, meist im Keller oder Technikraum. Luftwärmepumpen als Monoblock-Ausführung können außen oder innen stehen. Zudem gibt es hier gesplittete Varianten, die sich aus Außen- und Innengerät zusammensetzen.

Wenn Sie eine Wärmepumpe im Freien aufstellen möchten, gilt es bestimmte Vorgaben zu beachten:

• Mindestabstand zur Hauswand: je nach Hersteller etwa 20 bis 30 cm
• Abstand zum Nachbargrundstück: wird teilweise durch die Landesbauordnung vorgegeben; richtet sich auch nach Grenzwerten für die Lautstärke (je nach Region/Lage und Tageszeit zwischen 35 und 60 Dezibel)
• Untergrund: auf ebenem Boden mit einem festen Fundament

Außen aufgestellte Wärmepumpen sollten zudem möglichst nahe am Innengerät stehen, damit Installationskosten und Wärmeverlust gering bleiben.

Wo darf eine Wärmepumpe nicht aufgestellt werden?

Für Wärmepumpen im Innenbereich gelten nur wenige Vorschriften hinsichtlich des Aufstellortes. Bei Wärmepumpen im Freien hingegen sind die Vorgaben strenger. Um die Wärmepumpe-Funktion nicht zu beeinträchtigen, sollte sie z. B. an diesen Orten nicht stehen:

• an engen Stellen und in Ecken, wo keine ausreichende Luftversorgung möglich ist
• mit der Ausblasöffnung in die Hauptwindrichtung, da hier der Wind die kalte Luft zurück in das Gerät blasen kann
• in geschlossenen Räumen wie Gartenhaus oder Garage

Zudem enthalten die Landesbauordnungen weitere Beschränkungen, z. B. einen Mindestabstand zum Nachbargrundstück oder eine Höhenbegrenzung.

Warum stehen Wärmepumpen immer vor dem Haus?

Da die Funktionsweise der Wärmepumpe Geräusche erzeugt, sollten Sie den Aufstellort gut abwägen. So wäre es z. B. unpraktisch, das Gerät neben der Terrasse oder unter dem Schlafzimmerfenster aufzustellen. Viele entscheiden sich für einen Ort, der weniger genutzt wird und an dem es generell lauter zugeht: die straßenseitige Fassade. Aus diesem Grund stehen Wärmepumpen oftmals vor dem Haus.

Wie groß ist eine Wärmepumpe?

Die Größe einer Wärmepumpe hängt vor allem von der Art und Leistung ab. Eine klassische Luftwärmepumpe kann z. B. zwischen 0,80 und 1,5 m hoch, etwa 1 bis 1,30 m breit und 50 bis 80 cm tief sein (ohne Heizungsanlage und Speicher). Erdwärmepumpen sind meist etwa 1,40 bis 2 m hoch bei annähernd quadratischer Grundfläche (ca. 60 cm).