Wärmepumpe: Mit zukunftsfähiger Technologie sparsam heizen
Die Wärmepumpe gilt als zukunftsfähige Form für das Heizen mit erneuerbarer Energie. Sie nutzt frei verfügbare, kostenlose Umweltwärme, sammelt sie und übergibt sie an den Heizkreis. Der effektive Wärmetransport verbraucht pro kWh Heizenergie nur einen Bruchteil elektrischer Energie. Das Verhältnis von bereitgestellter Wärme zum Stromverbrauch drückt die Jahresarbeitszahl aus.
Wärmepumpen nutzen eine einfache und zuverlässige Technik. Sie eignen sich als Gebäudeheizung, zur Warmwasserherstellung und besonders auch für die effiziente Verknüpfung von Prozesswärme und Prozesskälte in Industrie und Gewerbe. Das macht sie zu einer Schlüsseltechnologie für die Energiewende im Gebäudesektor.
Als Nachteil können die hohen Anschaffungskosten gelten. Die Geräte sind im Vergleich zu einer klassischen Gastherme relativ teuer. Dazu kommt bei Erdwärme- und Grundwasserwärmepumpen noch die Erschließung mit aufwendigen Erdarbeiten. Allerdings steht dem Anwender danach eine zuverlässige, langlebige, saubere und preisstabile Wärmequelle zur Verfügung. Das macht Wärmepumpen in vielen Fällen zu einer sehr sinnvollen Investition.
Die wichtigsten Formen von Wärmepumpen
Erdwärmeheizungen beziehen ihre Energie aus dem Erdinneren. Für eine private Erdwärmepumpe reichen Sonden bis zu 100 Meter tief in den Boden. Bohrungen für Großanlagen können noch wesentlich tiefer ausfallen. Alternativ lässt sich Energie oberflächennah mit Kollektoren ebenfalls gewinnen. In den Sonden beziehungsweise Kollektoren zirkuliert eine Sole, die Wärmeenergie zur Wärmepumpe transportiert. Abnehmer für die gesammelte Wärme ist das Heizwasser. Die Geräte tragen deshalb auch die Bezeichnung Sole-Wasser-Wärmepumpen. Dank der dauerhaft hohen Temperaturen im Boden sind Erdwärmepumpen von der Jahreszeit unabhängig sehr leistungsstark. Sie erreichen JAZ von 4 und mehr.
Wasserwärmepumpen haben ähnliche Vorteile und Kosten wie die Erdwärmeheizung. Dazu kommt die sehr gute Wärmeübertragung durch ein flüssiges Medium. So erreichen Wasser-Wasser-Wärmepumpen noch höhere Jahresarbeitszahlen bis zu 5 und mehr. Der Standort muss allerdings die Nutzung des Grundwassers erlauben.
Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Umgebungsluft als Energiequelle. Luftwärmepumpen müssen daher mit einem niedrigen Energieangebot arbeiten können: In der Heizperiode herrschen sehr tiefe Temperaturen im Quellmedium. Dafür entsteht zu Beginn ein deutlich geringerer Erschließungsaufwand und weniger Kosten.
Die Luft-Luft-Wärmepumpe ist ein Sonderfall. Sie eignet sich für sehr gut gedämmte Gebäude mit Luftheizung. Es erfolgt keine Übertragung der Energie auf ein flüssiges Medium. In Passivhäusern und Niedrigstenergiehäusern lässt sie sich mit der Lüftungsanlage kombinieren. Der Kältekreislauf sorgt dann für aktive Wärmerückgewinnung aus der Fortluft.
Brauchwasserwärmepumpen nutzen die Abwärme im Heizungskeller, um Warmwasser zu erzeugen. Sie dienen damit der Verbesserung der Gesamteffizienz.
Bei Gas-Zeolith-Wärmepumpen kommt ein anderes Prinzip mit Erdgas als Antriebsenergie zum Einsatz. Diese Form der Wärmepumpenheizung kann dem Gas-Brennwertkessel überlegen sein. Allerdings bleibt die Bindung an fossile Brennstoffe bestehen.
Heizen mit Kältemaschinen: Die Funktion einer Wärmepumpe
Das Herzstück jeder Wärmepumpe ist ein klassischer Kältekreislauf:
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am Verdampfer erfolgt die Wärmeaufnahme, und das Kältemittel wird gasförmig
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am Kompressor erfolgt unter Energieaufwand die Verdichtung, das Gas wird wärmer
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am Kondensator erfolgt die Abgabe an das Zielsystem – im Fall der Wärmepumpenheizung an das Heizwasser
Moderne Geräte nutzen Invertertechnologie. Dabei passt der Kompressor stufenlos seine Leistung an den Bedarf an. So muss er deutlich weniger takten. Das erzeugt in vielen Fällen einen deutlichen Effizienzgewinn.
Wärmepumpen eignen sich für Großprojekte, zur Versorgung von Nahwärmenetzen und für die dezentrale Stromproduktion. Sie liefern Prozessenergie für die industrielle Produktion und versorgen besonders effizient größere Objekte mit hohem Kältebedarf. Über Eisspeicher lässt sich thermische Energie sogar saisonal speichern.
Gleichzeitig ist die Wärmepumpe eine sehr vielversprechende Technologie für die Wohnungsheizung und die Warmwasserbereitung. Zur effizienten Funktion braucht sie eine möglichst geringe Spreizung, also eine niedrige Vorlauftemperatur. Mit den richtigen Heizflächen, guter Dämmung, Lüftung und Warmwasserbereitung muss diese nicht viel mehr als 30 Grad betragen.
Wärmepumpen lassen sich sehr gut mit Photovoltaik kombinieren. In den Übergangszeiten erreichen Sie durch den Eigenstrom extrem niedrige Heizkosten und profitieren von der hohen Ausnutzung des Solarertrags.
Allerdings zeigen Wärmepumpen nur eine geringe Toleranz bei ungünstigen Betriebsbedingungen. Müssen sie zu hohe Temperaturen erzeugen, steigt schnell der Strombedarf. Das stellt einen sehr hohen Anspruch an die Planung: Insbesondere wenn im Altbau die Heizungsmodernisierung die Kombination mit einer Luftwärmepumpe vorsieht. Im Zweifel kann die bivalente Gestaltung des Systems mit einer Gasheizung als Spitzenlastkessel eine sinnvolle Option sein.
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