Die Wärmepumpe: Funktion, Typen, Vorteile und Nachteile

Was ist eine Wärmepumpe? 

Wärmepumpen sind eine klimaschonende technische Lösung, die Häuser sowohl Heizen als auch Kühlen kann. Dafür beziehen die Wärmepumpen die notwendige Energie aus der Umwelt und nutzen für Ihre jeweilige Funktion Luft, Wasser oder Erdwärme. Kurzum: Die Wärmepumpe entzieht der Umgebung Wärme und gibt diese an das Wohnobjekt ab. Beim Kühlen wird ein im Kreislauf der Wärmepumpe enthaltenes Kältemittel genutzt, um die abgegebene Temperatur entsprechend der Bedürfnisse im Innenraum herabzusetzen. Diese clevere Nutzung bereits vorhandener Energie direkt in der Wohnumgebung führt zu einer sehr guten CO2-Bilanz: So erzeugt eine Wärmepumpe im Vergleich zur Stromheizung etwa vier Mal weniger CO2-Ausstoß je erzeugter Kilowattstunde Strom!


Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe kommt in umgedrehter Form beim Kühlschrank vor. Dort findet die Wärmeübergabe nach physikalischem Prinzip entlang des Temperaturgefälles vom Warmen zum Kalten statt. So wird im Innenraum des Kühlschranks für Kälte gesorgt. Die Wärmepumpe dreht dieses physikalische Prinzip um – sie transportiert die warme Temperatur entgegen des natürlichen Temperaturgefälles vom Kalten zum Warmen. Dafür nutzen die Wärmepumpen größtenteils den Joule-Thomson-Effekt: Gas erwärmt sich dich die Erhöhung von Druck, also durch Kompression. Bei Bedarf kühlt es sich durch eine Verminderung des Drucks auch wieder ab. Damit das System funktioniert, befinden sich im Inneren der Wärmepumpe zwei Kreisläufe:

Die Technik in der Wärmepumpe

Wärmepumpe erster Kreislauf: 

- Im ersten Kreislauf der Wärmepumpe zirkuliert permanent eine Flüssigkeit. Meist ist das eine Sole, also mit Frostschutz versehenes Wasser.
- Je nach Bauart der Wärmepumpe, geben Wasser oder Erde Wärme an die Sole ab, die in einer Leitung durch die Wärmequelle fließt. Über die Sole wird diese Wärme in die Wärmepumpe transportiert.


Wärmepumpe zweiter Kreislauf: 

- Im zweiten Kreislauf befinden sich ein Kältemittel und ein Wärmetauscher.
- Im Wärmetauscher, dem Verdampfer, wird die Umgebungsenergie aus dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel abgegeben.
- Diese Kältemittel verdampft aufgrund von Temperaturunterschieden im Inneren.
- Das verdampfte Kältemittel wird dann an einen sogenannten Verdichter (Kompressor) weitergeleitet.
- Anschließend wird das Kältemittel durch eine Drossel geleitet, wo der Druck des Kältemittels entspannt und gesenkt wird.
- Das wieder verflüssigte Kältemittel wird letztendlich wieder zum Verdampfer zurückgeführt
- Kreislauf beginnt von vorn

Im Gebäude selbst zirkuliert ein sogenanntes Heizmedium. Das ist im Regelfall Wasser. Das Wasser nimmt Wärme auf, die das Kältemittel im Verflüssiger abgibt. Anschließend leitet das Wasser die Wärme an Heizkörper im Haus weiter (alternativ zu Speichersystemen, wie Pufferspeicher oder Warmwasserspeicher).

Welche Arten von Wärmepumpen gibt es? 

Durch die verschiedenen natürlichen Wärmequellen in der Umgebung von Wohnhäusern, gibt es auch verschiedene Typen von Wärmepumpen bei Klimaworld.com:

Luftwärmepumpe (Luft-Wasser-Wärmepumpe) 

Bei dieser Bauart spricht man im Allgemeinen von einer Luftwärmepumpe. Hier saugt ein Ventilator Außenluft, Raumluft oder die Abluft Ihrer Lüftungsanlage an. Diese wird über das Pumpensystem effizient an die Heizung weitergeleitet und an hilft dort beim Heizen. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe eignet sich also bestens, um eine bestehende Fußbodenheizung oder Wandheizung zu unterstützen. Aber auch die Kosten von Gasbrennkessel oder Pelletkessel werden mittel bis langfristig verringert.


Vorteile Luftwärmepumpe /Luft-Wasser-Wärmepumpe: 

- Schnell aufgestellt & einsatzbereit
- Kostengünstiger als Wasser-Wasser-Wärmepumpen oder Sole-Wasser-Wärmepumpen
- Keine umständlichen Genehmigungen nötig
- Keine großen baulichen Anpassungen notwendig
- Montage innerhalb und außerhalb des Hauses möglich
- Ideal für Sanierung von Altbauten
- Platzsparend

Nachteile Luftwärmepumpe /Luft-Wasser-Wärmepumpe: 

- Hohe Abhängigkeit der Außentemperatur
- Geringere Effizienz als Wasser-Wasser-Wärmepumpen oder Sole-Wasser-Wärmepumpen
- Wärmedämmung sollte vorhanden sein

Erdwärmepumpe /Sole-Wasser-Wärmepumpe

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe zieht die Wärme aus der Erde und wird daher umgangssprachlich als Erdwärmepumpe bezeichnet. Die Wärme wird dabei entweder über eine senkrechte Erdsonde gesammelt, die in 50 bis 100 Meter Tiefe eingesetzt wird. Durch die Tiefe und die hohen Temperaturen dort können große Mengen Energie genutzt werden – für diese Bohrung ist teils eine spezielle behördliche Genehmigung nötig. Dafür eignet sich die Erdsonde aber auch, um eine Erdwärmepumpe auf kleinen Grundstücken zu nutzen.
Die zweite Technik der Erde Wärme zu entziehen, ist mit einen sogenannten Flächenkollektor unter der Sole-Wasserpumpe. Dieser Kollektor schlängelt sich horizontal unterirdisch durch Ihren Garten. So schafft er eine möglichst große Fläche und entzieht dem Erdreich mehr Energie! Damit das klappt, muss er aber unter der Bodenfrostgrenze verlegt werden, welche unterhalb von 0,5 bis 1,5 Metern Tiefe liegt. Zudem muss der Bereich von Wurzeln befreit und freigehalten werden, da diese den Kollektor beschädigen können. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe bietet von allen Wärmepumpen die beste Leistung und kann je nach Wohngebiet als alleinige Heizung genutzt werden! Die Effizienz ist jedoch auch vom vorhandenen Boden abhängig: Für die Erdsonden eignen sich Granitboden oder Gneisboden besser als Ton oder Kalkstein. Die Kollektoren arbeiten am besten in feuchten Böden mit wasserhaltigem Sand und Kies.


Vorteile Erdwärmepumpe /Sole-Wasser-Wärmepumpe: 

- Sehr leistungsstark
- Als alleinige Heizung geeignet
- Mit einer Erdsonde auch für kleinere Grundstücke geeignet
- Variabel in der Wärmegewinnung
- Funktionieren auch bei niedrigen Temperaturen um den Gefrierpunkt

Nachteile Erdwärmepumpe /Sole-Wasser-Wärmepumpe: 

- Teurer in Anschaffung
- Höhere Kosten für Inbetriebnahme durch die Bohrung
- Ggf. Genehmigung nötig
- Abhängig von Bodenqualität


Wasser-Wasser-Wärmepumpe: 

Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Abwärme des Grundwassers, eines Wasserreservoirs oder sogar des Abwassersystems. Standardmäßig sind für den Betrieb der Wasser-Wasser-Wärmepumpe zwei Brunnenbohrungen im Garten nötig: Ein Schluckbrunnen und ein Saugbrunnen oder auch Förderbrunnen. Da fast überall Grundwasser vorliegt, lässt sich diese Wärmepumpe häufig nutzen. Wichtig ist eine behördliche Genehmigung aufgrund des bestehenden Grundwasserschutzes.

Vorteile Wasser-Wasser-Wärmepumpe: 

- Leistungsstark
- Als alleinige Heizung möglich
- Benötigt „nur“ Grundwasser


Nachteile Wasser-Wasser-Wärmepumpe: 

- Zwei Bohrungen für Schluckbrunnen und Förderbrunnen nötig
- Genehmigung nötig


Luft-Luft-Wärmepumpe: 

Diese Wärmepumpe nutzt die Wärme der Abluft einer bestehenden Lüftungsanlage im Haus. Sie ist in moderne Lüftungen integrierbar und macht auch in der Kombination damit Sinn. Aufgrund der kleineren Leistungsfähigkeit findet die Luft-Luft-Wärmepumpe Verwendung im Niedrigenergiehaus oder im Passivhaus.


Vorteile Luft-Luft-Wärmepumpe: 

- Baulich mit Lüftung integrierbar
- Gute Ökobilanz
- Nutzt „Abfallprodukt“ Abluft sinnvoll


Nachteile Luft-Luft-Wärmepumpe: 

- Geringere Energieerzeugung
- Lüftung benötigt
- Nur in Niedrigenergie-Immobilien nutzbar


Brauchwasser-Wärmepumpe: 

Diese Form der Wärmepumpe nimmt die Wärme einer im Haus vorhandenen Heizung und erhitzt damit das Brauchwasser im Haushalt. Somit kann sie nur als Ergänzung genutzt werden. Dies tut dem Nutzen dieser Wärmepumpe aber keinen Abbruch: Die Wärmeenergie ist schließlich vorhanden und verpufft ansonsten ungenutzt – die Brauchwasser-Wärmepumpe verbessert also die ökologische Bilanz Ihrer bestehenden Heizung, ist aber auch auf sie angewiesen.


Vorteile Brauchwasser-Wärmepumpe: 

- Günstig in der Anschaffung
- Platzsparend im Einbau
- Verbessert die Ökobilanz der verbauten Heizung im Haus
- Erwärmt das Brauchwasser mit vorhandenen Ressourcen

Nachteile Brauchwasser-Wärmepumpe: 

- Heizung muss vorhanden sein
- Nicht zum Heizen geeignet

Welche Wärmepumpe für mein Haus? 

Welche Wärmepumpe sich für Ihr Haus am besten eignet, hängt stark von der Umgebung der Immobilie ab. Wie groß ist das Grundstück, ist viel Fläche vorhanden, wie ist die Grundwasserlage? Für die einzelnen Wärmepumpen lässt sich aber festhalten:

Brauchwasser-Wärmepumpe: Nur ergänzend zur Heizung, erwärmt ausschließlich Brauchwasser
Luft-Luft-Wärmepumpe: Lüftung benötigt, für Niedrigenergiehäuser und Passivhäuser
Luft-Wasser-Wärmepumpe: Nur ergänzend zur Heizung, günstig, kaum baulicher Aufwand
Sole-Wasser-Wärmepumpe: Leistungsstark, bodenabhängig, trotzdem auch für kleinere Grundstücke
Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Leistungsstark, abhängig vom Grundwasserschutz, zwei Bohrungen