Wärmepumpe im Freibad Tivoli

Wärmepumpen: Arten, Funktionsweise & Wissenswertes

Die Wärmepumpe ist bereits seit einiger Zeit und im Rahmen des nachhaltigen Bauens sehr beliebt. Wie sie exakt funktioniert, ist aber vielen noch nicht ganz klar, denn selbst aus Umgebungsluft oder aus dem Erdreich mit nur knapp über 10° C Grundtemperatur Heizwärme für den Wohnraum zu machen, klingt erstmal eher nach einem hochkomplexen Vorgang.

Wir möchten Ihnen diese Technologie etwas näherbringen. Dabei werden wir besprechen, welche verschiedenen Arten an Wärmepumpen es gibt, wo ihre Vor- und Nachteile liegen, was es in puncto Umwelt und Nachrüsten zu wissen gibt und wie die Lage in Tirol diesbezüglich aussieht.

Funktionsweise und Prinzip der Wärmepumpenheizung

Die Umweltwärme erwärmt ein flüssiges Kältemittel in der Wärmepumpe, das schon bei niedrigen Temperaturen gasförmig wird. Durch Verdichten wird dieses Gas noch wärmer und der nun heiße Dampf überträgt die Wärmean das im Heizsystem befindliche Wasser. Mit diesem Warmwasser wird dann, wie bei anderen Heiztechniken auch, der Wohnraum beheizt.

Damit die Heizwärme effizient genutzt werden kann, kombiniert man das System am besten mit einer Fußbodenheizung. Auch Heizkörper sind möglich, nutzen aber die Wärme weniger wirksam, da sie, um zu funktionieren, auf eine höhere Betriebstemperatur gebracht werden müssen.

Das Kältemittel, das die Hitze an das Wasser abgegeben hat, wird durch ein Ventil geführt, auf diese Weise entspannt und wieder in seinen flüssigen Aggregatzustand gebracht. So kommt es an den Anfang der Anlage zurück und der Kreislauf beginnt von neuem. Um dieses Heizsystem zu betreiben wird ein geringer Anteil an Strom benötigt. Kommt dieser aus einer Photovoltaikanlage, nutzt man zum einen den Strom aus der Anlage ideal aus und bleibt zum anderen in Sachen Heizbedarf 100% klimaneutral.

Verschiedene Arten im Vergleich

Nicht überall, wo Wärmepumpe draufsteht, ist dieselbe Wärmepumpe drin. Je nachdem, wo das Gerät die Wärme bezieht (Luft, Wasser, Erde) und mit welchem Medium (Luft oder Wasser) das System sie im zu beheizenden Raum verteilt, gibt es insgesamt 4 geläufige Varianten dieser Heizmethode, die wir im Folgenden erläutern wollen.

Funktionsweise und Prinzip einer Wärmepumpe:
Wärmepumpenanlage in einem Keller.

Die Luft-Luftwärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Wärmetauscher. Die Anlagesaugt frische Luft aus dem Umfeld auf, entzieht ihr die Wärme und gibt sie an die Luft im Innenraum weiter. Das unterscheidet sie von anderen solchen Systemen, sie arbeitet nämlich nicht mit einem Kältemittel, sondern kreuzt Abluft und Zuluft, sodass die Abluft ihre Wärme an die frische Luft abgeben kann. Die nun kalte Abluft wird nach draußen geleitet, während die erwärmte Frischluft den Raum auf der gewünschten Temperatur halten kann.

Um nicht zusätzlich auf andere Wärmequellen zurückgreifen zu müssen, setzt man eine Luftluftwärmepumpe vorzugsweise bei bestens gedämmten Gebäuden ein. Da solche Niedrig- und Passivenergiehäuserfast luftdichtverschlossen sind und dort eine Lüftung verpflichtend einzubauen ist, bietet sich diese Art der Wärmepumpe dort umso mehr an.

 

Durch einen Erdwärmetauscher, der die angesaugte Luft erst durch das (zumindest im Winter) wärmere Erdreich führt, verringert man in den kalten Monaten das Risiko, dass die Heizung den Heizstab für zusätzliche Wärme aktivieren muss.

Die Luftwasserwärmepumpe hat auch die Umgebungsluft als Wärmequelle, überträgt die Wärme allerdings nicht direkt auf die Raumluft, sondern erst auf das Kältemittel und in weiterer Folge auf das Wasser im Heizsystem. Die angesaugte Luft wird über einen Wärmetauscher geleitet. Dort wird das Kältemittel auf eine Temperatur gebracht, bei der es gasförmig wird. Der weitere Vorgang verhält sich wie auch bei den anderen Wärmepumpen.

Die Wärmepumpe, die ausschließlich mit Wasser arbeitet – sowohl als Wärmequelle als auch als Medium –, ist wohl die effizienteste unter ihren Artverwandten. Sie nutzt das konstant etwa 10°C warme Grundwasser, um das Kältemittel zu erhitzen. Dafür wird im Außenbereich eine Bohrung durchgeführt. Jedoch muss erst geprüft werden, ob der Grundwasserspiegel, die Bodenverhältnisse und die chemische Zusammensetzung des Wassers passend sind.

Auch für die Erd- bzw. Solewasserwärmepumpe ist eine Bohrung notwendig, die wiederum den dafür nötigen Platz im Garten voraussetzt. Sind weder Strom- noch Wasserleitungen oder sonstiges im Erdreich vergraben, kann (je nach erforderlicher Heizleistung) auf etwa 100 m Tiefe gebohrt und dort eine Sonde angebracht werden. Das durchlaufende Kältemittel wird auf die dort (je nach Tiefe der Bohrung) konstant herrschende Temperatur von etwa 12° C aufgeheizt.

Pro und Contra im Überblick

Die Vor- und Nachteile der Wärmepumpe sind gar nicht so einfach zusammenzufassen. Gerade, weil es verschiedene Modelle gibt, die jeweils ihre Vorzüge und Problemzonen haben, sind Pauschalurteile nicht sehr leicht zu fällen. Sehen wir uns das doch im Detail an:

Die Wärmepumpen – und dabei spielt es keine Rolle, welche – haben 2 vorrangige Vorteile. Zum einen sind sie einer derumweltfreundlichsten Wege zu Heizen und zum anderen entstehen (fast) keine laufenden Kosten beim Betrieb. Lediglich der Strom, den sie benötigt, und die gelegentliche Wartung müssen bezahlt werden. Wärmepumpen sind aber ohnehin praktisch wartungsfrei. Lediglich bei Luftwärmepumpen muss der Luftfilter ab und zu ausgewechselt werden.

Der wesentliche Nachteil liegt im Preis. Die Kosten für den Einbau einer Wärmepumpe bewegen sich im 5-stelligen Bereich. Manche Modelle unter den Wasserwasserwärmepumpen, die die teurere der Varianten ist, gehen je nach Leistung inkl. Einbau in die EUR 30-45.000,-. Dafür sind diese Ausführungen auch die effizientesten. Luftwärmepumpen bekommt man schon ab etwa EUR 15.000,-.

Die Luftwärmepumpen haben den Vorteil, dass sie so gut wie in jedem Gebäude einbaubar sind. Diesbezüglich sind sie den anderen beiden Modellen einen Schritt voraus, bei denen die Möglichkeit des Einbaus von den geographischen Gegebenheiten abhängig ist. Ist die nötige Bohrung machbar, funktioniert die Heizung dafür bei jeder klimatischen Bedingung. Die Luftwärmepumpen schalten im weit 2-stelligen Minusgradbereich einen strombetriebenen Heizstab dazu, was den Strombedarf erhöht.

   

Achtung beim Nachrüsten

Die einfachste Möglichkeit eine Wärmepumpe einzubauen, ist direkt beim Neubau. Besitzt man allerdings ein bestehendes Gebäude und möchte auf die umweltschonende Heizmöglichkeit umsteigen, ist das selbstverständlich möglich, gleichwohl nicht ganz unproblematisch. Wärmepumpen sind nämlich vor allem in Verbindung mit maximaler Wärmedämmung und idealerweise mit einer Fußbodenheizung sinnvoll.

Handelt es sich aber um einen schlecht gedämmten Altbau mit Radiatoren als Heizelemente wird die gewonnene Energie nicht effizient genug in Raumtemperatur übersetzt. Das hat damit zu tun, dass die Temperatur des Wassers in den Heizkörpern höher sein muss, als in den Rohren der Fußbodenheizung, damit eine bestimmte Raumtemperatur erreicht werden kann. Das System schaltet dann den Heizstab hinzu, der die fehlende Wärme ersetzt, was allerdings einen horrenden Stromverbrauch bedeutet. Sollten Sie andenken, eine Wärmepumpe installieren zu lassen, sollten Sie mit einem Sachverständigen darüber sprechen, welche Möglichkeiten Sie bei Ihrem bestehenden Bau haben.

Einfluss auf die Umwelt

Die Wärmepumpe ist als nachhaltiges Heizsystem bekannt und in aller Munde. Sie nutzt keinerlei Brennstoff, weder fossilen, noch nachwachsenden, und verbraucht nur minimal Strom im Betrieb. Dieser Strombedarf kann außerdem durch eine PV-Anlage locker gedeckt werden, wodurch die beiden Systeme sozusagen als Traumpaar für energiesparende Haushalte gelten.

Was die Umweltfreundlichkeit (aber auch die Kostensenkung) betrifft, kann man noch einen Schritt weitergehen und darauf achten, eine Wärmepumpe zu besorgen, die als Kältemittel entweder Propan oder CO2verwendet. Die anderen Substanzen – meist handelt es sich um teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW) – emittieren zum einen klimaschädliche Treibhausgase und sind zum anderen teurer als die anderen beiden Stoffe, was von Nachteil wäre, sollte das Kältemittel einmal ausgetauscht werden müssen.

Nicht nur fürs Haus: Wärmepumpen für den Pool

Neben der Wohnraumheizung ist ein weiteres großes Einsatzgebiet für Wärmepumpen die Poolheizung. Die Funktionsweise unterscheidet sich in keiner Weise von der bisher in diesem Beitrag besprochenen Variante, außer dass das durch das Kältemittel aufgewärmte Wasser nicht durch die Heizungsrohre fließt, sondern sich im Schwimmbecken befindet.

Im Vergleich zu anderen Poolheizungen ist eine Wärmepumpe effizient und ihr Betrieb auf Dauer billiger, da sie sehr viel weniger Strom verbraucht, als elektrische Poolheizungen beispielsweise. Allerdings greift man bei der Anschaffung relativ tief in die Tasche.

Wärmepumpe für Poolanlagen.

Die Wärmepumpe in Tirol

Das Land Tirol ist in Sachen umweltfreundliches Heizen und Förderung und Installation von Wärmepumpen sehr aktiv. Das zeigt sich vor allem in den Fördermöglichkeiten. Das Land Tirol und die Tiwag stellen 2018 rund 1 Mio. Euro an Fördergeldern bereit, um die Entwicklung in diese Richtung zu forcieren.

Außerdem gibt es in Tirol eine eigene Vereinigung – das Netzwerk Wärmepumpe Tirol – die Anbieter, Hersteller, Förderer, Kunden und andere Interessierte vernetzt, informiert und fördert. Sie hat unter anderem zum Ziel einen Teil zur Initiative „Tirol 2050 energieautonom“ beizutragen und erleichtert es der Technologie Wärmepumpe, in Tirol Fuß zu fassen. Die IKB selbst ist als Energieanbieter für den Betrieb der Anlagen im Netzwerk aktiv.