Heizung steuern

Wärmepumpe

Wärmepumpe: Funktion und Einsatzbereiche

Die Wärmepumpe ist eine Umweltheizung, die Wärme aus der Luft, der Erde oder dem Wasser gewinnt. Sie sorgt für wohltemperierte Räume und bringt auf Wunsch sogar das Trinkwasser auf angenehme Temperaturen. Einsetzbar ist die Technik vor allem in neuen und sanierten Gebäuden. In Altbauten lohnt sie sich hingegen in Kombination mit Gas- oder Ölbrennwertgeräten. Warum das so ist und wie eine Wärmepumpe funktioniert, erklären die folgenden Abschnitte.

Funktion der Wärmepumpe einfach erklärt

Eine Wärmepumpe arbeitet wie ein Kühlschrank: Sie nimmt Wärme aus der Umgebung auf, hebt das Temperaturniveau an und gibt die thermische Energie dann an ein anderes System ab. Während Kühlschränke Wärme aus ihrem Innenraum nach außen bringen, holen Wärmepumpen Umweltwärme in das Haus. Möglich ist das mit einem technischen Prozess, der sich in vier Schritten erklären lässt.

Schritt 1: Über einen Verdampfer (Wärmeübertrager) nimmt die Wärmepumpe Energie aus der Luft, der Erde oder dem Wasser auf. Sie überträgt die Wärme auf ein spezielles Medium, das dabei in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht. Experten sprechen dabei vom Kältemittel.

Schritt 2: Der Kältemitteldampf strömt durch einen Verdichter, der mit dem Druck auch die Temperatur des Mediums anhebt. Das ist nötig, da Wärme nur vom höheren zum niederen Temperaturniveau strömt. Um die Energie aus dem Prozess auskoppeln und auf das Heizungswasser übertragen zu können, muss die Kältemitteltemperatur also über der Vorlauftemperatur der Heizung liegen.

Schritt 3: Hat der Kältemitteldampf die benötigte Temperatur erreicht, strömt er über den sogenannten Verflüssiger. Dabei handelt es sich um einen zweiten Wärmeübertrager, der neben dem Kältemittel auch vom Heizungswasser durchflossen wird. Letzteres nimmt die mitgeführte Wärme auf, erhitzt sich und versorgt das Haus mit Energie. Das Kältemittel kühlt sich hingegen ab und beginnt, in den flüssigen Aggregatzustand überzugehen.

Schritt 4: Im letzten Schritt strömt das Kältemittel über das Expansionsventil der Wärmepumpe. Dieses setzt den Druck des Mediums auf den Ausgangszustand herab und sorgt dafür, dass es sich komplett verflüssigt. Außerdem regelt das Ventil den Kältemittelstrom, um den Verdampfer immer optimal zu versorgen und den Kreislauf erneut beginnen zu lassen.

Wie viel Energie eine Wärmepumpe verbraucht, hängt grundsätzlich von der Differenz zwischen Quell- und Heizwassertemperatur ab. Je größer diese ist, umso mehr Strom oder Gas benötigt der Prozess und die Leistungszahl sinkt.

Alternative: Die Gas- oder Sorptionswärmepumpe

Die beschriebene Wärmepumpe arbeitet mit der Kompression des Kältemittels in einem strom- oder gasbetriebenen Verdichter. Darüber hinaus gibt es auch Gas- oder Sorptionswärmepumpen, die auf die thermische Verdichtung setzen. Dabei lagert sich das gasförmige Kältemittel an einen festen Stoff an (Adsorption) oder es wird von einem flüssigen Medium aufgenommen (Absorption). Anschließend sorgt thermische Energie, die beispielsweise von einem Gasbrenner kommt, für die benötigte Druckerhöhung. Das Kältemittel löst sich wieder und gibt Wärme an das Heizungswasser ab.

Wie funktioniert eine Wärmpepumpe?

Schauen Sie sich das Video an und verstehen Sie die Funktionsweise der Wärmepumpe.

Umweltheizung: Aktives und passives Kühlen

Im Gegensatz zu allen anderen Heizgeräten am Markt können Wärmepumpen auch kühlen. Dazu leiten sie kaltes Heizungswasser durch die Flächenheizsysteme. Das Medium nimmt Raumwärme auf und führt diese über die Wärmepumpe ab. Die Kühlfunktion lässt sich dabei auf zwei Arten realisieren:

Die aktive Kühlung funktioniert wie bei einer Klimaanlage. Hier nutzt die Heizung den Kältemittelprozess, um Wärme aus dem Haus aufzunehmen, auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen und anschließend nach außen abzugeben. Möglich ist das mit allen Wärmepumpen-Arten.

Die passive Kühlung funktioniert ohne Kältemittelkreislauf. Hier führt die Anlage die Wärme des Heizungswassers über die Sole oder das Grundwasser aus dem Haus ab. Die Leistung ist zwar etwas geringer. Dafür verbraucht die Lösung, die sich mit Sole- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen realisieren lässt, deutlich weniger Strom.

Um von der Kühlfunktion zu profitieren, müssen Hausbesitzer oder Sanierer eine Wärmepumpe kaufen, die diese bietet. Außerdem ist eine Flächenheizung erforderlich, um Wärme aus den Räumen aufnehmen und abführen zu können.

Energiequellen im Vergleich
Luft-Wasser-Wärmepumpe

Luft-Wasser-Wärmepumpen saugen Umgebungsluft an, um darin enthaltene Umweltwärme zum Heizen nutzbar zu machen. Die Technik ist günstig in der Anschaffung und unkompliziert zu installieren. Auch besondere Genehmigungen sind dabei nicht erforderlich. In Verbindung mit einem passenden Speicher sorgen die Wärmepumpen zudem für hohen Warmwasserkomfort.

Einziger Nachteil: Da die Außenluft in der Heizperiode oft sehr kalt ist, benötigen die Anlagen mehr Strom, um Heiz- und Warmwasserwärme bereitzustellen. Für Abhilfe sorgt die Kombination mit einer effizienten Brennwertheizung. Diese übernimmt die Wärmeerzeugung an sehr kalten Tagen und hält die Heizkosten gering.

Sinnvoll ist darüber hinaus auch die Kombination mit einer Solaranlage von Bosch. Denn die Technik nutzt kostenfreie Solarenergie, um die Heizung zu unterstützen und/oder das Trinkwasser zu erwärmen.

Sole-Wasser-Wärmepumpe

Diese Wärmepumpen-Art setzt auf die sogenannte Erdwärme. Dabei handelt es sich um thermische Energie der Sonne, die in den oberen Erdschichten gespeichert ist. Das Besondere daran: Die Wärme lässt sich ganzjährig mit hohen Temperaturniveaus gewinnen. Der Temperaturhub (Differenz zwischen Quell- und Heizwassertemperatur) ist dadurch geringer und die Heizkosten sinken.

Anzapfen lässt sich Erdwärme mit Rohren, die entweder flach unter der Erde liegen (Graben- und Flachkollektoren) oder tief in das Erdreich ragen (Erdsonden). Die Leitungen enthalten ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, das ständig zwischen Erdreich und Wärmepumpe zirkuliert. Die sogenannte Sole nimmt dabei Erdwärme auf, die sie am Verdampfer auf das Kältemittel überträgt.

Welche Kollektorart am besten zum Einsatz kommt, hängt von Ihren persönlichen Bedürfnissen, den geologischen Gegebenheiten und der Größe Ihres Grundstücks ab. Wichtig zu wissen ist allerdings, dass für die Installation von Erdsonden eine besondere Genehmigung erforderlich ist. Ganz gleich, für welchen Kollektor Sie sich entscheiden: Bosch bietet Ihnen energieeffiziente Lösungen in hochwertiger Qualität sowie passendes Zubehör für Heizung, Warmwasser und Wohnungskühlung.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe gewinnt Umweltwärme aus dem Grundwasser. Dazu saugt sie das Medium über einen Saugbrunnen an. Das Kältemittel nimmt thermische Energie über den Verdichter auf, wobei sich das Grundwasser abkühlt, bevor es über einen Schluckbrunnen zurück ins Erdreich gelangt.

Genau wie Erdwärmepumpen sind auch Wasserwärmepumpen durch die ganzjährig hohe Grundwassertemperatur sehr effizient. Infrage kommen sie jedoch nur, wenn das Medium besonders hohe Qualitätsanforderungen erfüllt. Außerdem ist eine Genehmigung erforderlich, um eine solche Anlage installieren zu können. Sinkt der Grundwasserspiegel mit der Zeit, kann das darüber hinaus zu einer geringeren Effizienz und höheren Heizkosten führen.

Wärmepumpen im Überblick
Luft-Wasser-Wärmepumpe

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Unsere Luft-Wasser-Wärmepumpen können Sie unkompliziert einsetzen – ohne behördliche Genehmigung und mit geringem technischem Aufwand. In Verbindung mit einem passenden Speicher sorgen sie zudem für hohen Warmwasserkomfort. Auch mit einer Solaranlage von Bosch oder einer anderen Wärmequelle arbeiten sie mühelos zusammen.

Zu den Luftwärmepumpen

Sole-Wasser-Wärmepumpe

Sole-Wasser-Wärmepumpe

Erdsonde, Flächenkollektor oder Brunnen? Die richtige Antwort hängt von Ihren persönlichen Bedürfnissen, den geologischen Gegebenheiten und der Größe Ihres Grundstücks ab. Bosch bietet Ihnen energieeffiziente Lösungen in hochwertiger Qualität sowie passendes Zubehör für Heizung, Warmwasser und Wohnungskühlung.

Zu den Solewärmepumpen

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist eine Wärmepumpe, bei der die Wärme aus dem Grundwasser entzogen wird. Aufgrund des Kontakts mit dem Grundwasser ist hier eine Genehmigung erforderlich. Des Weiteren ist zu beachten, dass bei fallenden Grundwasserständen die Effizienz sinkt.

Wann lohnt sich eine Wärmepumpe?

Damit die Umweltheizung effizient und günstig arbeitet, kommt es auf eine geringe Differenz zwischen der Quell- und der Heizwassertemperatur an. Da sich Erstere kaum beeinflussen lässt, sind niedrige Vorlauftemperaturen eine der wichtigsten Voraussetzungen für den sparsamen Betrieb. Erreichen lassen sich diese mit:

• einem guten Dämmstandard, da dieser die Wärmeverluste minimiert und den Wärmebedarf im Haus herabsetzt

• großen Heizflächen, da diese auch bei geringeren Vorlauftemperaturen viel Wärme an den Raum übertragen.

Besonders gut geeignet sind daher neu gebaute oder energetisch sanierte Gebäude, die über ein Flächenheizsystem (Fußboden-, Wand- oder Deckenheizung) verfügen.

Einsatzbereiche der effizienten Wärmepumpe

Neue Gebäude, die nach Energieeinsparverordnung (EnEV 2014) oder Gebäudeenergiegesetz (GEG) errichtet wurden, erfüllen die technischen Anforderungen. Genau wie Niedrigstenergiegebäude oder Passivhäuser sind Wärmepumpen hier besonders gut geeignet.

Wer mehr Energie und Kosten sparen möchte, kann die Heizung mit einer Solaranlage ergänzen. Während thermische Systeme vor allem das Trinkwasser erwärmen, decken Photovoltaikanlagen einen großen Teil des Strombedarfs der Umweltheizung.

Die gesamte Anlage erreicht dabei einen hohen Autarkiegrad, und Nutzer erlangen eine große Unabhängigkeit von Energieversorgern und schwankenden Strompreisen.

Hybridheizungen lohnen sich auch im Bestandsbau

Lohnen kann sich die Technik auch im Altbau. Zum Beispiel dann, wenn es sich um ein saniertes Gebäude handelt oder Hausbesitzer eine Fußbodenheizung nachrüsten. In unsanierten Altbauten eignen sich hingegen Hybridheizungen , welche die Wärmepumpe mit einer anderen Heizungsart verbinden. Weit verbreitet sind in diesem Zusammenhang Kombinationen aus Umweltheizung und Brennwerttechnik . Während Erstere dabei in der Übergangszeit für warme Räume und warmes Wasser sorgt, schaltet sich die Öl- oder Gasbrennwertheizung nur im Winter zu. Sie deckt die Spitzenlast ab, verbraucht selbst wenig Öl oder Gas und spart Heizkosten .

Wärmepumpe steuern und Heizkosten sparen

Für neue und bestehende Gebäude bietet der Markt zudem zahlreiche Produkte, mit denen Verbraucher ihre Heizung steuern können. Intelligente Thermostate oder smarte Heizungssteuerungen helfen dabei, die Heizung ganz einfach an die eigenen Bedürfnisse anzupassen. Das sorgt für einen höheren Komfort und sinkende Heizkosten . So verbraucht eine Wärmepumpe durch einfach wählbare Zeitprogramme nie mehr Energie als gerade nötig.

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Vor- und Nachteile der Umweltheizung

Erfüllen Gebäude die oben genannten Voraussetzungen, sorgt eine Wärmepumpe für niedrige Heizkosten. Sie kommt ohne Verbrennung aus und benötigt daher auch keinen Schornstein. Vorteilhaft ist darüber hinaus auch der wartungsarme und zuverlässige Betrieb der Technik. Die Umweltheizungen schonen außerdem fossile Ressourcen. Sie werden attraktiv gefördert und sind nicht von der CO2-Abgabe betroffen.

Nachteilig sind die vergleichsweise hohen Anschaffungskosten, die vor allem bei Sole- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen entstehen.

Passt die Anlage nicht zum Haus, können außerdem hohe Heizkosten die Folge sein.

Die folgende Übersicht zeigt, dass die Vorteile überwiegen. Passt die Anlage allerdings nicht zum Haus, drohen hohe Heizkosten und lange Amortisationszeiten. Aus diesem Grund ist die individuelle Beratung und Planung unerlässlich, bevor Sie eine Wärmepumpe kaufen.

Vor- und Nachteile im Überblick
Vorteile
Heizen mit kostenfreier Umweltenergie
niedrige Heizkosten bei günstigen Voraussetzungen
wartungsarmer Betrieb
geringer CO2-Ausstoß oder CO2-frei
mit vielen Heizsystemen kombinierbar
als Hyridheizung oft auch im Altbau geeignet
Heizen und Kühlen mit einem Gerät
Schornstein und Schornsteinfeger sind nicht erforderlich
nicht von der CO2-Abgabe betroffen
30 bis 45 Prozent Förderung vom Staat
Nachteile
teilweise hohe Anschaffungskosten
hohe Heizkosten bei falscher Planung
Genehmigung bei Sonden- und Brunnenbohrung erforderlich
hohe Anforderungen an das Gebäude
Förderung der Wärmepumpe: 30 bis 45 Prozent Zuschuss

Optimal ausgelegte Anlagen schonen den Geldbeutel und das Klima. Vor allem Letzteres ist ein Grund, aus dem der Staat die Technik mit einer attraktiven Förderung bezuschusst. Die Förderhöhe hängt dabei von der Anlagenkonfiguration ab. So gibt es:

• 30 Prozent Förderung für den Einbau einer Hybridheizung aus Gas-Brennwerttherme und Wärmepumpe im Gebäudebestand

• 40 Prozent Förderung für Hybridheizungen, die eine bestehende Ölheizung ersetzen

• 35 Prozent Förderung für Wärmepumpen oder Hybridheizungen, die bei Neubau oder Sanierung allein auf regenerative Energien setzen

• 45 Prozent Förderung für Wärmepumpen und erneuerbare Hybridheizungen, die eine bestehende Ölheizung ersetzen

Um die hohen Zuschüsse zu bekommen, müssen Sanierer und Bauherren allerdings einige Voraussetzungen erfüllen. So gibt es die Förderung nur für effiziente Wärmepumpen, die am Einsatzort eine hohe Leistungszahl erreichen. Ist das der Fall, sind die Mittel vor dem Beginn der Sanierung über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) zu beantragen.

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Wärmepumpe: Funktion und Einsatzbereiche

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