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Wärmepumpenheizung Nachhaltig heizen mit Umweltwärme
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, hier von NIBE, erzielt heute auch bei niedrigen Außentemperaturen hohe Vorlauftemperaturen.
Luft-Luft-Wärmepumpen sind heizende Lüftungsanlagen inkl. Wärmepumpe. Sie nutzen die Wärme der Raum- und Außenluft. Man benötigt ein gut gedämmtes Gebäude und ggf. ein zusätzliches Heizgerät. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe saugt dagegen Außenluft an und nutzt diese zur Erwärmung eines Wärmeverteilsystems. Die Innenaufstellung (siehe Grafik) vermeidet Leitungswege, verlangt aber ausreichend Platz, am besten im Keller.
Hier befindet sich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe außen am Haus und nur der Puffer- und Trinkwasserspeicher liegen innen. Eine unterirdisch verlegte Leitung transportiert die erzeugte Wärme ins Innere des Hauses zum Speicher und Wärmeverteilsystem (Heizkörper/Fußbodenheizung). Man spart sich innen also Platz, was gerade in bestehenden Gebäuden von Vorteil sein kann – schlicht weil innen kein Platz vorhanden ist.
In diesem Fall hat man zwei Geräte, eine Wärmepumpeneinheit außen und eine innen. Vorteile: Man erhält zwei kleine Geräte anstatt eines großen, was ggf. Platz spart und auch den Durchbruch für den Luftein- und Luftauslass wie bei einer innen aufgestellten Luft-Wärmepumpe. Diese Aufstellungsweise bietet also flexiblere Aufstellmöglichkeiten durch kleinere Einheiten und ist deshalb ggf. kostengünstiger zu installieren.
Sole-Wasser-Wärmepumpen, die der Erde Wärme entziehen, arbeiten sehr effizient. Eine mögliche Technik sind Erdkollektoren, die ähnlich wie Fußbodenheizungsrohre schlangenförmig im Garten verlegt werden, frostgeschützt in rund 1,5 m Tiefe auf einer Fläche von etwa dem Eineinhalbfachen der Heizfläche. Der Boden darüber darf aber nicht versiegelt oder mit tiefwurzelnden Bäumen und Büschen bepflanzt werden.
Eine weitere Möglichkeit, Erdwärme zu nutzen, bieten Erdsonden. Sie werden bis zu einer Tiefe von rund 40 bis 100 m durch eine vertikale Bohrung ins Erdreich eingebracht. Da ab einer Tiefe von 10 m die Temperatur das ganze Jahr über nahezu konstant bei rund 10 °C liegt, ist die Erdwärmesonde auch im Winter bei tiefen Temperaturen sehr effizient und gut für den monovalenten Betrieb ohne zusätzlichen Heizstab geeignet.
Ebenfalls tiefe Bohrungen benötigt man für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Je nach Stand des Grundwassers muss zweimal rund 4 bis 15 m tief gebohrt werden, und zwar für einen Schluck- und einen Förderbrunnen. Letzterer pumpt das Grundwasser nach oben, über den anderen fließt es zurück. Das alles ist genehmigungspflichtig und aufwendig, aber durch konstante Temperaturen von 8 bis 12 °C sehr effizient.
Wie wirtschaftlich eine Wärmepumpenheizung betrieben werden kann, hängt davon ab, wie viel Energie sie der Umwelt zum Heizen und zur Erwärmung von Brauchwasser entziehen kann, ohne dafür zu viel elektrische Energie zu brauchen oder ob zum Heizen gar ein weiteres Heizsystem benötigt wird. Dafür schreibt das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEW rmeG) bestimmte Mindestkennwerte vor. Eine elektrisch angetriebene Luft-Wärmepumpe muss demnach mit einer Kilowattstunde (kWh) Strom mindestens 3,5 kWh Wärme erzeugen und damit eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von mindestens 3,50 erreichen. Andere elektrisch angetriebene Wärmepumpen müssen mindestens die JAZ 4,0 erzielen. Erfolgt neben dem Heizen auch die Warmwasserbereitung über die Wärmepumpenheizung, liegen die Werte bei 3,3 bzw. 3,8. In Altbauten verringert sich die vorgeschriebene JAZ noch um den Wert 0,2.
Mit Brennstoff betriebene Wärmepumpen müssen dagegen eine Jahresheizzahl (JHZ) von nur mindestens 1,20 erreichen. Die hohe Energieeffizienz wird hier allerdings durch die umweltschädliche Verbrennung von Gas oder Öl erkauft – eine mit Ökostrom elektrisch betriebene Wärmepumpenheizung ist umweltfreundlicher. Meist werden hierbei Geräte verwendet, die die Luft als Wärmequelle nutzen, da sie sehr einfach zu installieren sind.
Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpen benötigen aber eine gut gedämmte Gebäudehülle sowie möglichst ein Flächenheizsystem, das mit niedrigen Vorlauftemperaturen arbeitet, um wirtschaftlich betrieben werden zu können. Müssen solche Geräte Heizkörper erwärmen und für hohe Vorlauftemperaturen von bis zu 70 °C sorgen, wird bei niedrigen Außentemperaturen viel elektrische Energie zusätzlich benötigt. Das macht diese Wärmepumpen teuer im Betrieb und unwirtschaftlich. Sinnvoll kann es in diesen Fällen sein, sie mit einer konventionellen, ggf. bestehenden Heizung und/oder mit Solarkollektoren zu kombinieren – Stichwort „Hybridheizung“.
Grundsätzlich sehr effizient arbeitet dagegen eine Wärmepumpenheizung, die der Erde oder dem Grundwasser Wärme entzieht. Sie kann in der Regel monovalent betrieben werden, also als alleinige Heizquelle dienen. Der Haken hierbei ist allerdings die Installation. Für Erdkollektoren muss Platz vorhanden sein, Erdsonden oder Brunnen müssen korrekt platziert werden. Für eine Grundwasserwärmepumpe benötigt man auch eine Genehmigung und das Grundwasser muss sich zur Nutzung eignen. Technisch sehr komplex und unbedingt mit einem erfahrenen Betrieb zu planen.
Effizienz einer Wärmepumpenheizung
Wie effizient eine Wärmepumpenheizung als Gerät arbeitet, geben mittlerweile Energielabel an, die Hersteller ausstellen oder – für Verbundanlagen – auch Großhändler und Handwerker. Diese Label sind vergleichbar zu lesen wie jene auf Elektrogeräten, zum Beispiel auf Kühlschranken oder Fernsehern. Dabei wird der durch Heizgeräte oder Anlagen gedeckte Wärmebedarf in Bezug zum dafür benötigten Jahresenergiebedarf gesetzt. Der sich daraus ergebende Prozentwert bestimmt die erreichte Effizienzklasse.
Um die Effizienz einer kompletten Wärmepumpenheizung individuell auf das Objekt bezogen zu beurteilen, zieht man die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ) heran. Sie stellt die erzeugte Wärme am Ausgang der Wärmepumpe ins Verhältnis zur benötigten elektrischen Energie am Eingang – denn die meisten Wärmepumpen werden mit Strom betrieben. Je höher die Zahl, desto besser. Die Mindest-JAZ von Luft-Wärmepumpen liegt bei 3,50, bei allen anderen Wärmepumpen bei 4,0.
Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpenheizung ist vergleichbar mit dem eines Kühlschranks, nur umgekehrt. So zirkuliert in der Wärmepumpe ein Kältemittel, das Umweltwärme verdampft und im dann gasförmigen Zustand verdichtet und so erhitzt wird. Das heiße Kältemittel strömt zum Wärmetauscher, der die Wärme auf das Heizsystem überträgt. Durch die Abkühlung verflüssigt sich das Kältemittel wieder und gelangt zurück in den Verdampfer. Der Kreislauf beginnt erneut.
Quelle: selbst ist der Mann 3 / 2022
