Wärmepumpen als nachhaltige Wärmeerzeuger

Wärmepumpen entziehen der Umwelt Wärmeenergie, um diese anschließend für das Heizsystem bereitzustellen. Als Wärmequelle kommen die Umgebungsluft, das Grundwasser und das Erdreich in Frage.

Nach dem Erneuerbaren-Energien-Wärmegesetz aus dem Jahr 2009 muss der Wärmebedarf für neu zu errichtende Gebäude anteilig durch erneuerbare Energiequellen gedeckt werden, wodurch die fossilen Ressourcen geschont werden und im Interesse des Klimaschutzes gehandelt wird.

Abhängig von den örtlichen Gegebenheiten können Sie sich zwischen unterschiedlichen Varianten der Wärmepumpe entscheiden. Neben der Luft- und Erd-Wärmepumpe besteht zudem die Möglichkeit das Grundwasser als Energiequelle zu nutzen. Im Weiteren Verlauf wird Ihnen die grundlegende Funktionsweise der Systeme erklärt sowie auf die einzelnen Vor- und Nachteile der Wärmepumpen eingegangen.

Durch diese Informationen können Sie abschließend persönlich entscheiden, ob  für Sie ein Umstieg von herkömmlichen Öl- oder Gasbetriebenen Heizsystemen, auf eine Wärmepumpe interessant ist.

 

Funktionsweise

Bevor die einzelnen Systeme miteinander verglichen werden sollten Sie die grundlegende Arbeitsweise einer Wärmepumpe verstehen.

Das Funktionsprinzip ist dabei unabhängig von der Wahl der jeweiligen Wärme-quelle. Egal ob Erdwärmepumpe, Luftwärmepumpe oder Grundwasser-Wärmepumpe. Wie bereits oben erwähnt entziehen sie ihrer jeweiligen Wärmequelle ein Teil der Wärmeenergie und verwenden diese zum Erwärmen des Heiz- und Brauchwassers.

Ausgangspunkt ist ein flüssiges Kältemittel, welchem im sogenannten Verdampfer Umweltenergie übertragen wird und dadurch verdampft. Weil die aufgenommene Wärmemenge technisch noch nicht nutzbar ist, wird das gasförmige Kältemittel durch einen Kompressor (Kolben- oder Scrollverdichter) verdichtet. Dadurch hebt sich das Temperaturniveau des gasförmigen Kältemittels, wobei es nun zum sogenannten Verflüssiger gelangt und kondensiert, wodurch es Wärme abgeben kann. Anschließend kommt das flüssige Kältemittel zu einer Drossel, in der der Druck verringert wird. Das Kältemittel kehrt zum Verdichter zurück und der Vorgang kann wieder von vorne stattfinden.

Auf Grundlage dieses Prozesses kann das Wärmeverteil- und Speichersystem durch das Heizmedium Wasser, die durch das Kältemittel im Verflüssiger abgegebene Wärme nutzen, um das entsprechende Gebäude zu beheizen.

 

Energiequellen

Die Wahl der Energiequelle entscheidet über die jeweiligen Stärken und Schwächen der Anlage.

1.  Erdwärmepumpen:

Wie der Name schon vermuten lässt nutzen Erdwärmepumpen die im Boden gespeicherte Wärme als Energiequelle. Sie werden auch als Sole-Wasser-Wärmepumpe bezeichnet, weil die sogenannte Soleflüssigkeit der Wärmepumpen zur Wärmegewinnung notwendig ist. Diese Flüssigkeit besteht aus Wasser und Frostschutzmittel. Sie ist für die Wärmeverteilung von der Erdwärmesonde zur Wärmepumpenanlage zuständig.

Generell unterscheidet man zwischen zwei verschiedenen Ausrichtungen von Erdwärmepumpen.

  • Tiefenbohrung:

Bei dieser Variante werden Bohrungen bis zu 100 Meter Tiefe ausgeführt, wobei in die Bohrlöcher Erdsonden eingebracht werden durch die die Soleflüssigkeit fließt. Die Flüssigkeit wird nun durch das Erdreich erwärmt und in den Verdampfer der Wärmepumpe geleitet, dort beginnt dann der Wärmepumpenprozess seinen Kreislauf.

Die Erdwärmesonden befinden sich später in einem Schacht und benötigen wenig Platz an der Oberfläche. Die Kosten für die Bohrung sind abhängig von der Bodenbeschaffenheit vor Ort. Zudem benötigen Sie eine Genehmigung der zuständigen Behörde für die Bohrung.

 

  • Erdkollektoren:

Diese Variante empfiehlt sich insbesondere bei teuren Bohrarbeiten auf schwierigen Untergründen. Dabei werden Leitungen in unterschiedlichen Ausführungsvarianten (Körbe oder Flächenkollektoren) in 1,5-3 Metern verlegt. Die Erdwärmekollektoren werden somit auf großer Fläche in geringer Tiefe verlegt und erbringen die Wärmeleistung durch ein großes Volumen.

 

2. Grundwasserwärmepumpen:

Bei den Grundwasser-Wärmepumpen werden Brunnenbohrungen durchgeführt über die der Wärmeaustausch stattfindet. Die Jahresmitteltemperatur des Grundwassers beträgt 8°C, wodurch eine effiziente Nutzung möglich ist.

 

3. Luftwärmepumpen:

Luft-Wasser-Wärmepumpen beziehen ihre Wärmeenergie aus der Umgebungsluft. Die Außenluft wird dabei über große Ventilatoren zu dem Verdampfer geführt, wo das Kältemittel dann die Wärme aufnimmt.

Vor- und Nachteile der jeweiligen Anlage

 

Vorteile Nachteile
Erdwärmepumpen  

+hoher Wirkungsgrad

+ weniger Stromverbrauch für Kompressor durch höhere Temperatur der Wärmequelle

+geringe Geräuschentwicklung

+keine Lärmbelästigung im Außenbereich

+geringe Temperaturschwankungen der Wärmequelle

 

Genehmigung erforderlich

Effizienz abhängig von Bodenbeschaffenheit

hohe Erschließungskosten (Erdbohrungen)

Grundwasser-wärmepumpen  

+hoher Wirkungsgrad

+geringe Geräuschentwicklung

+weniger Stromverbrauch durch höhere Temperatur der Wärmequelle

+geringe Temperaturschwankungen des Grundwassers

 

hohe Erschließungskosten

Genehmigung erforderlich

Abhängig von Bodenbeschaffenheit

hoher Stromverbrauch für Pumpenleistung des Brunnens

 

Luftwärmepumpen  

+einfache Wartung

+Betrieb an jedem Standort möglich

+keine Genehmigung nötig

+geringere Anschaffungskosten

 

 

erhöhter Stromverbrauch für Kompressor (bspw. durch kalte Luft im Winter)

geringerer Wirkungsgrad

erhöhte Geräuschentwicklung

 

Fazit

Wärmepumpen sind aufgrund ihrer umweltschonenden Betriebsweise und hohen Energieeffizienz sowohl für das Heizen in Neubauten als auch für die energetische Sanierung bereits bestehender Gebäude bestens geeignet. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) bietet in diesem Zusammenhang Förderungen für Wärmepumpen an. Unter folgendem Link bekommen Sie weiterführende Informationen zu Voraussetzungen und Umfang der Fördermaßnahmen: http://www.bafa.de/DE/Energie/Heizen_mit_Erneuerbaren_Energien/Waermepumpen/waermepumpen_node.html

In Bezug auf die Wahl der jeweiligen Energiequelle (Erde,Wasser,Luft) sind die individuellen Gegebenheiten und finanziellen Mittel entscheidend. Wenn Sie in einem dichtbesiedelten Wohngebiet leben ist aufgrund der hohen Geräusch-entwicklung von der Außenaufstellung einer Luftwärmepumpe abzuraten, wohingegen Sie bei Erdwärmepumpen und Grundwasserwärmepumpen an die Genehmigung und die höheren Erschließungskosten denken müssen.

Insgesamt bieten alle drei Varianten der Wärmepumpe eine energieeffiziente und ökologisch nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Öl oder Gas betriebenen Heizsystemen. Vor allem im Hinblick auf die Zukunft, wenn der Anteil erneuerbarer Energien in der Stromproduktion immer größer wird, werden auch Wärmepumpen durch den „grünen Strom“ immer umweltfreundlicher.