Wärmepumpe

Die Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Zufuhr von Strom Wärme von einem niedrigeren zu einem höheren Temperaturniveau bringt. Bei der Wärmepumpe wird die auf dem hohen Temperaturniveau anfallende Verflüssigungswärme zum Heizen genutzt. Dagegen wird bei der Kältemaschine die Verdampfung eines Kältemittels zum Kühlen genutzt. Ein Beispiel für eine Kältemaschine ist der Kühlschrank. Eine Wärmepumpe ist im Prinzip eine umgekehrte Kältemaschine.

Eine Wärmepumpenheizung entzieht der Umwelt (Luft, Erde, Wasser) Wärmeenergie und hebt diese mittels einer Wärmepumpe auf ein verwertbares höheres Temperaturniveau an, um damit Gebäude oder andere Einrichtungen beheizen zu können.

Die Bezeichnung Wärmepumpe beruht darauf, dass Wärme aus der Umgebung (Luft, Erde, Wasser) auf ein höheres nutzbares Temperaturneviau angehoben („gepumpt“) wird. Die Wärmepumpe hat einen Verdichter, der elektrisch angetrieben wird. Der Verdichter komprimiert ein gasförmiges „Kältemittel“. Dadurch wird das Mittel auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die beim Verflüssigen des „Kältemittels“ freigesetzte Energie wird in einem Wärmeübertrager auf das Wärmeträgermedium des Heizkreises übertragen. Das „Kältemittel“ entzieht nach der Entspannung im Verdampfer der Umgebung (Luft, Erde, Wasser) Wärme, sogenannte Anergie. Die eingesetzte Antriebsenergie des Verdichters (elektrische Energie, mechanische Energie) und die Anergie bilden die nutzbare Wärmeenergie.

Bei der Wärmepumpenheizung ist ein deutlich höherer apparativer Aufwand notwendig. Die Investitionen gegenüber einem konventionellen Gas- oder Heizölbrenner sind deutlich höher. Neben dem Wärmepumpenkreislauf ist die Ausführung des Verflüssigers aufwändig, insbesondere, wenn die Anlage effektiv betrieben werden soll. Ausserdem kommen bei Erd- oder Grundwasserwärmepumpen die Kosten für die Bohrung hinzu. Diese Kosten amortisieren sich jedoch mit den Jahren und der wesentliche geringere CO2-Ausstoss kommt sofort zu tragen.

Mit einer Wärmepumpe kann auch das benötigte Brauchwasser erwärmt werden.

Oft wird eine zusätzliche Brauchwasserwärmepumpe in Verbindung mit einem Pufferspeicher angeboten. Eine Wärmepumpe sollte jedoch so ausgelegt sein, dass man gleichzeitig Heizen und Warmwasser (ohne Pufferspeicher) entnehmen kann.

Die Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Zufuhr von Strom Wärme von einem niedrigeren zu einem höheren Temperaturniveau bringt. Bei der Wärmepumpe wird die auf dem hohen Temperaturniveau anfallende Verflüssigungswärme zum Heizen genutzt. Dagegen wird bei der Kältemaschine die Verdampfung eines Kältemittels zum Kühlen genutzt. Ein Beispiel für eine Kältemaschine ist der Kühlschrank. Eine Wärmepumpe ist im Prinzip eine umgekehrte Kältemaschine.

Eine Wärmepumpenheizung entzieht der Umwelt (Luft, Erde, Wasser) Wärmeenergie und hebt diese mittels einer Wärmepumpe auf ein verwertbares höheres Temperaturniveau an, um damit Gebäude oder andere Einrichtungen beheizen zu können.

Die Bezeichnung Wärmepumpe beruht darauf, dass Wärme aus der Umgebung (Luft, Erde, Wasser) auf ein höheres nutzbares Temperaturneviau angehoben („gepumpt“) wird. Die Wärmepumpe hat einen Verdichter, der elektrisch angetrieben wird. Der Verdichter komprimiert ein gasförmiges „Kältemittel“. Dadurch wird das Mittel auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Die beim Verflüssigen des „Kältemittels“ freigesetzte Energie wird in einem Wärmeübertrager auf das Wärmeträgermedium des Heizkreises übertragen. Das „Kältemittel“ entzieht nach der Entspannung im Verdampfer der Umgebung (Luft, Erde, Wasser) Wärme, sogenannte Anergie. Die eingesetzte Antriebsenergie des Verdichters (elektrische Energie, mechanische Energie) und die Anergie bilden die nutzbare Wärmeenergie.

Bei der Wärmepumpenheizung ist ein deutlich höherer apparativer Aufwand notwendig. Die Investitionen gegenüber einem konventionellen Gas- oder Heizölbrenner sind deutlich höher. Neben dem Wärmepumpenkreislauf ist die Ausführung des Verflüssigers aufwändig, insbesondere, wenn die Anlage effektiv betrieben werden soll. Ausserdem kommen bei Erd- oder Grundwasserwärmepumpen die Kosten für die Bohrung hinzu. Diese Kosten amortisieren sich jedoch mit den Jahren und der wesentliche geringere CO2-Ausstoss kommt sofort zu tragen.

Mit einer Wärmepumpe kann auch das benötigte Brauchwasser erwärmt werden.

Oft wird eine zusätzliche Brauchwasserwärmepumpe in Verbindung mit einem Pufferspeicher angeboten. Eine Wärmepumpe sollte jedoch so ausgelegt sein, dass man gleichzeitig Heizen und Warmwasser (ohne Pufferspeicher) entnehmen kann.

COP Leistungszahl

Bei Wärmepumpen wird der Wirkungsgrad in Form der Leistungszahl (COP) angegeben (je grösser die Zahl, desto besser ist die Wärmepumpe). Dieser Wert dient hauptsächlich zur Beurteilung der Qualität der Wärmepumpe selbst, aber nicht zur Beurteilung des gesamten Wärmepumpenheizungssystems. Dafür muss man die Jahresarbeitszahl (JAZ) verwenden.

Um ein Wärmepumpenheizsystem einsetzen zu können, muss das Gebäude auf einem guten energetischen Stand sein, d.h. es muss schon über eine gute Dämmung und Fenster verfügen. Am Effektivsten sind Wärmepumpenheizsysteme mit einer geringen Vorlauftemperatur, wie sie z.B. Fussbodenheizungen benötigen.

Die Ökologische Bilanz einer Wärmepumpe:

Unter Berücksichtigung der Verluste bei der Stromerzeugung und -leitung beträgt der Gesamtwirkunksgrad etwa 30 %. Das liegt im Wesentlichen an überalterten Kraftwerken aber auch an den Leitungsverlusten auf dem Weg zum Endverbraucher. Bei dem Wirkungsgrad von 30 % benötigt man 3,3 Teile Primärenergie um einen Teil Strom zu erzeugen.

Eine Wärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von 3 erzeugt, bezogen auf die Aufnahme elektrischer Energie, die dreifache Wärmeenergie. Unter Berücksichtigung des oben genannten Wirkungsgrades der Stromerzeugung steht 90 % der in dem Kraftwerk eingesetzten Primärenergie für die Beheizung zur Verfügung. Dies entspricht etwa dem feuerungstechnischen Wirkungsgrad eines Heizöl- oder Gasheizungskessels, dabei ist die Primärenergiebilanz der Wärmepumpe im Vergleich zur direkten Verbrennung ausgeglichen.

Eine Wärmepumpe schematisch dargestellt

JAZ = Wärmeausgang (Heizung) / Stromeingang = 100 % / 33 % = 3

Beispiel: Umwelt 50 % und Strom 50%
JAZ = Wärmeausgang (Heizung) / Stromeingang = 100 % / 50 % = 2

Ein effizientes Wärmepumpenheizsystem muss eine JAZ > 3 haben, um auch ökologisch mit herkömmlichen Systemen bestehen zu können.
Beachten sie deshalb beim Kauf eines Wärmepumpenheizsystems, dass die Hersteller in der Regel eine unter optimalen Bedingungen auf dem Prüfstand ermittelte Jahresarbeitszahl angeben und diese unter normalen Bedingungen nicht erreicht wird.
Wenn man den benötigten Strom selbst, z.B. durch eine Photovoltaik-Anlage, erzeugt, ist die Ökobilanz wesentlich besser.

Arten von Wärmepumpen:

  • Luftwärmepumpe: entzieht der Umgebungsluft die Wärme
  • Erdwärmepumpe: entzieht der Erde Wärme über Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden
  • Wasserwärmepumpe: entzieht dem Grundwasser oder einem Gewässer die Wärme

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