Heizung und Kühlung zugleich
Wärmepumpensysteme im Überblick
Wärmepumpen können einen wichtigen Beitrag zur Minderung des CO2-Ausstoßes leisten. Doch neben dem ökologischen Aspekt ist für Bauherren auch der wirtschaftliche Nutzen sehr wichtig. Denn unter den richtigen Voraussetzungen arbeiten Wärmepumpen hocheffizient, besonders bei Niedrigtemperaturheizungen.
Foto: Bauherren- Schutzbund e.V.
Nicht nur in Neubauten, sondern auch bei der Modernisierung einer Heizungsanlage im Altbau kann eine Wärmepumpenanlage eine sinnvolle Alternative zum herkömmlichen Heizkessel sein.
Allerdings ist zur Nutzung als Hilfsenergie Strom erforderlich, der übrigens auch aus erneuerbaren Energiequellen erzeugt werden kann. Eine richtig ausgelegte und dimensionierte Wärmepumpenanlage reduziert deutlich die Heizkosten. Falsch dimensionierte Wärmepumpen können hingegen böse Kostenfallen sein.
Vor allem bei Neubauprojekten sind Wärmepumpen eine sinnvolle Alternative zum herkömmlichen Heizkessel. Aber auch bei Sanierungsmaßnahmen sollte man sich Gedanken über die Nachrüstung einer solchen Anlage machen. Hierfür gibt es auch Fördermittel. Neben der Heizung und Warmwasserbereitung ist ein zunehmend bedeutsamer Aspekt die einfache Möglichkeit der Gebäudekühlung.
Ein Prinzip – verschiedene Systeme
Eine Wärmepumpenanlage besteht im Wesentlichen aus der Wärmequellenanlage, der eigentlichen Wärmepumpe, einem Warmwasser- und Pufferspeicher und den entsprechenden Pumpen. Es werden im Wesentlichen drei Typen von Wärmepumpensystemen unterschieden.
Differenziert nach den Wärmequellen (Erdwärme, Grundwasser, Luft) unterscheidet man Sole-Wasser-, Wasser-Wasser- oder Luft-Wasser-Wärmepumpen. Der erste Begriff bezieht sich auf die Wärmequelle, z.B. Luft, der zweite auf das Wasser in der Heizungsanlage.
Wärmequelle Erdwärme
(Sole-Wasser-Wärmepumpenanlage)
Hier nutzt man den Effekt, dass die Temperatur im Erdreich ab einer Tiefe von 10 m konstant bei 10 °C liegt und daher als ganzjährige Wärmequelle dienen kann. Durch eine vertikale Erdwärmesonde (Tiefe in der Regel bis max. 100 m) strömt eine Sole, nimmt dabei Wärme aus dem Erdreich auf und leitet diese an die Wärmepumpe weiter.
Die relativ konstante Quellentemperatur sorgt für den hohen und ganzjährig konstanten Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Sie kann bei richtiger Dimensionierung monovalent (d.h. ohne Elektrozusatzheizung) betrieben werden. Nachteilig sind die hohen Investitionskosten.
Alternativ zur Erdwärmesonde können horizontale Erdkollektoren verwendet werden. Sie bestehen aus Rohrschlangen, die unterhalb der Frostgrenze in etwa 1,5 m Tiefe verlegt werden. Hierzu muss eine ausreichend große Fläche zur Verfügung stehen, die nicht überbaut oder versiegelt ist. Der geringere Aufwand geht allerdings zulasten der Effizienz.
Die Genehmigungsverfahren variieren von Bundesland zu Bundesland. Aus gewässerschutzrechtlichen Gründen sind Erdwärmesonden nicht überall erlaubt. Anträge sollten deshalb frühzeitig in der Planungsphase gestellt werden.
Wärmequelle Grundwasser
(Wasser-Wasser-Wärmepumpenanlage)
Der Vorteil dieses Systems liegt in der ebenfalls konstanten Quellentemperatur des Grundwassers von ca. 10 °C. Deswegen erzielen solche Wärmepumpen die höchsten Wirkungsgrade – konstant über das ganze Jahr. Das Grundprinzip ist sehr einfach: Das Grundwasser wird über einen Förderbrunnen der Wärmepumpe zugeführt, die dem Wasser die Wärme entzieht. Anschließend wird das Wasser über einen Schluckbrunnen wieder dem Grundwasser zugeleitet.
Besonders wichtig ist die Beachtung der Wasserqualität. Das Wasser muss nahezu eisen- und manganfrei sein und darf nicht zu aggressiv sein.
Bei einem nicht allzu tiefen Grundwasserstand liegen die Investitionskosten im günstigen Rahmen. Dem gegenüber stehen aber der hohe Planungsbedarf und der Energieverbrauch für die Pumpen. Daher werden diese Systeme vor allem bei größeren Objekten, z.B. bei Mehrfamilienhäusern, eingesetzt.
Auch diese Anlagen sind genehmigungspflichtig. In Wasserschutzzonen werden solche Anlagen nicht bewilligt.
Wärmequelle Außen- bzw. Abluft
(Luft-Wasser-Wärmepumpenanlage)
Dieses Wärmepumpensystem ist das einfachste und günstigste. Bei solchen Anlagen dient die Außenluft als Wärmequelle, und besonders bei Sanierungs- und Modernisierungsmaßnahmen wird diese Technik immer beliebter. Sie erfordert weder große Flächen noch teure Bohrungen, und die Anlagen sind einfach und ohne großen Planungsaufwand oder Genehmigungen zu installieren.
Quelle Grafik: Bundesverband Wärmepumpe e.V.
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpenanlage ist das einfachste und günstigste System, und besonders bei Sanierungs- und Modernisierungsmaßnahmen wird diese Technik immer beliebter.
Allerdings haben die Anlagen einen entscheidenden Nachteil: Ihre Effizienz ist stark von der Lufttemperatur abhängig. Im Winter, wenn die meiste Wärme zum Heizen benötigt wird und die Außentemperatur am niedrigsten ist, benötigt die Wärmepumpe entsprechend mehr Strom, was zulasten der Effizienz geht. Die Anlage kann daher nicht monovalent betrieben werden. Die zusätzlichen (Strom-)Kosten sind bei einer wirtschaftlichen Betrachtung nicht zu vernachlässigen. Nachteilig sind auch die Geräuschemissionen, insbesondere bei enger Bebauung.
Kennziffern von Wärmepumpenanlagen
Für Wärmepumpen ist die Leistungszahl COP (coeffizient of performance) ein Gütemerkmal. Sie gibt das Verhältnis zwischen der abgegebenen Wärmeleistung und der elektrisch aufgenommenen Leistung an. Je größer der COP ist, desto besser ist der Wirkungsgrad. Dieser ist vom Hersteller der Wärmepumpe gem. DIN EN 14511-2 anzugeben und liefert die Berechnungsgrundlage für die Jahresarbeitszahl JAZ.
Die JAZ ist ein Qualitätsmerkmal für komplette Wärmepumpenanlagen. Sie ist das Maß für den Anlagenwirkungsgrad und beschreibt das Verhältnis der abgegebenen Wärmemenge zum aufgenommenen Stromverbrauch pro Jahr. Förderfähig sind z.B. Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen mit einer JAZ von mindestens 3,8 und Luft-Wasser-Pumpen mit einer JAZ von mindestens 3,5. Die JAZ muss vom Anlagenbauer gem. VDI 4650 angegeben werden und kann mithilfe eines Stromzählers und eines Wärmemengenzählers überprüft und überwacht werden.
Quelle Grafik: Bundesverband Wärmepumpe e.V.
Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe: Der Kältekreislauf der Wärmepumpe wirkt genauso wie in einem Kühlschrank, wird aber umgekehrt genutzt.
Kühlung mit einer Wärmepumpe
Diesen Luxus bietet eine Wärmepumpe, weil sie eine „kalte“ und eine „warme“ Seite hat. Man differenziert zwischen der freien Kühlung und der reversibel arbeitenden Wärmepumpe. Bei der freien Kühlung wird die „Erdkühle“ genutzt, ohne dass der Kompressor dazu eingeschaltet wird. Bei der reversiblen Kühlung arbeitet die Wärmepumpe umgekehrt. D.h. sie entzieht dem Haus Wärme und führt diese der Umwelt zu, wozu der Kompressor eingeschaltet wird. Dazu braucht die Wärmepumpe entsprechend mehr Strom.
Gut geeignet für die freie Kühlung sind Erdwärmesonden und Systeme mit Grundwasser als Wärmequelle. Luft-Wasser-Wärmepumpen können nur für die energieintensive reversible Kühlung eingesetzt werden.
Wartung
Wärmepumpen sind Kältemaschinen und eigentlich wartungsfrei. Für Wärmepumpen mit mehr als 3 kg (bis 30 kg) Kältemittel ist eine jährliche Wartung vorgeschrieben, d.h. sie werden auf Leckagen hin untersucht. Diese Wartung kann in der Regel nur ein Kältetechniker oder Servicetechniker des Herstellers der Wärmepumpe vornehmen.
Gütesiegel
An Gütesiegeln besteht in Deutschland kein Mangel. Trotzdem sollten Sie auf folgende Siegel achten:
EHPA Gütesiegel für erfolgreich geprüfte Wärmepumpen (früher DACH-Siegel):
Diese Gütesiegel erhalten Wärmepumpen mit hoher Energieeffizienz und Produktqualität. Zudem stellt das Siegel sicher, dass der Hersteller zwei Jahre Garantie gewährt, einen flächendeckenden Kundendienst sowie eine Ersatzteil-Liefergarantie von zehn Jahren bietet. Solche Wärmepumpen werden vom Bund gefördert.
Informationen zu Fördermitteln ...... des BundesBundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) (Bitte beachten Sie, dass ab 1. Januar 2018 der Antrag auf Fördermittel für die Anschaffung einer umweltschonenden Heizungsanlage, wie z.B. einer Wärmepumpe, gestellt werden muss, bevor Sie einen Handwerksbetrieb mit der Installation beauftragen. Für Heizungsinstallationen, die schon 2017 beauftragt wurden, aber erst 2018 durchgeführt werden, müssen Sie den Förderantrag spätestens bis zum 30. September 2018 stellen und bis dahin auch die Heizung in Betrieb nehmen.) Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) ... des Freistaates Bayern10.000-Häuser-Programm des Bayerischen Staatsministeriums für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie Zudem sollten Sie sich auch nach lokalen Fördermöglichkeiten erkundigen (z.B. bei den Stromanbietern). |
Weitere Informationen zu WärmepumpenBauherren-Schutzbund e.V. (BSB) Bundesverband Wärmepumpe e.V. European Heat Pump Association (EHPA) Gruber Handel & Haustechnik Intelligent heizen Mönner GmbH Klaus Sanftl Wolf GmbH |