Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe sieht im Prinzip aus wie ein kleiner Kühlschrank. Sie kann im Heizungsraum oder auch draußen, außerhalb des Hauses, aufgestellt werden. Mittels eines technischen Verfahrens entzieht sie der Umwelt Wärme und stellt diese Wärme unserer Raumheizung zur Verfügung.

Bildquelle: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.

Als Wärmequelle kommt bei Privathäusern üblicherweise in Frage:
– Außenluft
– Erdreich-Flächenkollektoren
– Erdreich-Sonden
– Grundwasser

Bildquelle: Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e.V.

Die geringsten Investitionskosten fallen an, wenn die Wärmepumpe als Wärmequelle die Außenluft nutzt; allerdings ist das auch die Variante mit den in der Folge höchsten Heizkosten (und dem höchsten CO2-Ausstoß).

Wie viel qm Flächenkollektoren erforderlich sind oder wie tief und wie viele Erdbohrungen durchgefürt werden müssen, um ein effizientes Betriebssystem zu schaffen, kann pauschal gar nicht beantwortet werden. Dies hängt neben der vom Haus benötigten Wärme ganz entscheidend von der jeweiligen Bodenbeschaffenheit ab; so speichert ein lehmhaltiger Boden beispielsweise sehr viel mehr Wärmeenergie als ein durchlässiger Sandboden.

Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten, wie eine Wärmepumpe für die Gebäudeheizung eingesetzt werden kann:

1. Monovalenter, monoenergetischer Betrieb

Monovalent = nur ein Heizsystem läuft

Monoenergetisch = nur eine Energieform wird zur Gebäudeheizung genutzt, bei einer Wärmepumpe sind derzeit Strom oder Erdgas möglich

Diese Betriebsart einer Wärmepumpe bedeutet, dass die eingesetzte Wärmepumpe als alleiniger Wärmeerzeuger ausreicht; werden als Wärmequelle Grundwasser oder Erdwärmesonden eingesetzt, kann diese Betriebsart ggf. gewählt werden.

2. Bivalent-paralleler, monoenergetischer Betrieb

Bivalent-parallel = zwei Heizsysteme laufen gleichzeitig

Monoenergetisch = nur eine Energieform wird zur Gebäudeheizung genutzt

Je kälter es draußen ist, um so mehr Wärme wird benötigt, um die Räume in unserem Haus auf der gewünschten Temperatur zu halten. Allerdings kann eine Wärmepumpe dem Wärmemedium immer nur eine bestimmte maximale Energie entziehen; der Rest der noch fehlenden Energie muss anders aufgebracht werden. Das führt dazu, dass ab einer bestimmten Außentemperatur (der sogenanntnen Bivalenztemperatur) ein zweiter Wärmeerzeuger automatisch zugeschaltet wird; im Falle eines monoenergetischen Betriebs einer strombetriebenen Wärmepumpe also ein elektrischer Heizsstab.

Bereits bei einer Dimensionierung der Wärmepumpe auf 60% der berechneten Heizlast des Gebäudes beträgt der Anteil der Wärmepumpe an der Jahresheizarbeit 90% – Beispiel: Die berechnete Heizlast eines Einfamilienhauses beträgt 8 kW, es werden im Jahr 10.000 kWh für Raumheizung und Warmwasserbereitung benötigt. Dann erzeugt die Wärmepumpe 90% der 10.000 kWh, 1.000 kWh werden über den elektrischen Heizsstab erzeugt.

3. Bivalent-alternativer und bivalent-teilparalleler Betrieb

Bivalent-alternativ = bis zu einer bestimmten Außentemperatur läuft die Wärmepumpe, unter dieser Temperatur schaltet sich die Wärmepumpe ab und das zweite Heizssystem heizt alleine

Bivalent-teilparallel = bis zu einer bestimmten Außentemperatur laufen beide Systeme, unter dieser Temperatur schaltet sich die Wärmepumpe ab und das zweite Heizssystem heizt alleine

Monoenergetisch = nur eine Energieform wird zur Gebäudeheizung genutzt

Diese Betriebsweise kann im Altbau eingesetzt werden, wenn hohe Vorlauftemperaturen benötigt werden und dadurch Rücklauftemperaturen über 55°C erreicht werden. Als zweites Heizsystem kann ein (vorhandener) Öl- oder Gaskessel genutzt werden.

Hier erreicht die Wärmepumpe eine sehr viel niedrigeren Deckungsanteil an der im Jahr benötigten Heizarbeit als bei 2. von grob geschätzt 50-70%.

Zum Beispiel: A2/W35, W10/W35, B0/W35

Der erste Buchstabe in der Bezeichnung einer Wärmepumpe gibt an, welche Wärmequelle mit ihr genutzt werden kann und der zweite, für welches Wärmeträgermedium im Heizssystem sie ausgelegt ist.

A = Luft (Air)
B = Sole (Brine)
W = Wasser

Die erste Zahl gibt die Eintrittstemperatur in °C in den Verdampfer der Wärmepumpe an, die zweite die Austrittstemperatur aus dem Verflüssiger der Wärmepumpe.

COP steht für „coefficient of performance“ und wird immer für einen bestimmten Betriebspunkt einer Wärmepumpe angegeben, zum Beispiel A2/W35 und bezieht sich auf einen bestimmten Prüfzeitraum -er entspricht somit dem, was der Wirkungsgrad eines Kessels bezeichnet. Dabei gilt:

– Je höher der COP, um so effizienter ist die Wärmepumpe.
– Je kleiner der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und dem Heizungssystem, um so effizienter kann die Wärmepumpentechnik eingesetzt werden.

Jahresarbeitszahl β

Entscheidend für einen wirtschaftlichen Betrieb der Wärmepumpe ist die Jahresarbeitszahl, sie entspricht damit dem Jahresnutzungsgrad eines Heizkessels. Je höher die Jahrsarbeitszahl, um so wirtschaftlicher und ökologischer arbeitet die Wärmepumpe.

Hier finden Sie ein interessantes Formular, das mit wenigen Angaben überschlägig die zu erwartende Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe für verschiedene Einbausituationen rechnet: Bundesverband Wärmepumpe e.V.

Das CO2-Äquivalent gibt an, wie viel CO2 beim Verbrauch eines bestimmten Energieträgers freigesetzt wird. Je niedriger das CO2-Äquivalent, um so weniger CO2-Ausstoß und um so umweltfreundlicher ist ein Energieträger. Das CO2-Äquivalent beträgt für

Strom ………. 633 Gramm/kWh (bezogen auf den Endenergiebedarf eines Gebäudes)
Heizöl ……… 302 Gramm/kWh,Endenergie
Erdgas ……… 244 Gramm/kWh,Endenergie
Holzpellets …. 41 Gramm/kWh,Endenergie

Vereinfachte Beispielrechnung für einen Wohnhaus-Neubau mit 180 m² Wohnfläche und Fußbodenheizung – die Gebäudehülle und -technik bleibt gleich, lediglich der Energieträger und damit der Heizungskessel ändert sich.

Ölheizung Brennwertkessel …………….. 6.114 kg CO2-Ausstoß im Jahr
Erdgasheizung Brennwertkessel ………. 5.043 kg CO2-Ausstoß im Jahr
Luft-Wasser-Wärmepumpe …………….. 3.960 kg CO2-Ausstoß im Jahr
Sole-Wasser-Wärmepumpe …………….. 3.454 kg CO2-Ausstoß im Jahr
Holzpellet-Kessel ………………………….. 1.607 kg CO2-Ausstoß im Jahr