In einer Welt, die zunehmend nach nachhaltigen und effizienten Lösungen für die Energieversorgung sucht, treten Wärmepumpen immer mehr in den Vordergrund. Diese innovative Technologie, die sowohl für Neubauten als auch für die Modernisierung von Altbauten geeignet ist, nutzt die vorhandene Wärme aus der Umgebung – sei es aus der Luft, dem Wasser oder dem Erdreich – um Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, mehr Energie zu liefern, als sie verbrauchen, spielen Wärmepumpen eine Schlüsselrolle in der Transition zu erneuerbarer Energie und höherer Energieeffizienz.
Dieser Artikel führt durch die wichtigsten Aspekte rund um Wärmepumpen und beleuchtet, was Wärmepumpen sind, wie sie funktionieren und welche Vorteile sie bieten. Darüber hinaus werden die verschiedenen Arten von Wärmepumpen sowie ihre Einsatzbereiche sowohl im Neu- als auch im Altbau detailliert beschrieben. Zusätzlich gibt der Artikel wertvolle Tipps, wie man die Effizienz von Wärmepumpen maximieren kann. Durch diese umfassende Betrachtung werden Leserinnen und Leser einen tiefen Einblick in die Zukunft der heizen mit Wärmepumpe und deren Beitrag zur Steigerung der Energieeffizienz erhalten.
Was sind Wärmepumpen?
Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die Umweltenergie zum Beheizen nutzt. Sie verwendet üblicherweise Luft, Erde oder Grundwasser als Energiequellen, was sie zu einer umweltfreundlicheren Option im Vergleich zu anderen Heizsystemen macht. Diese Geräte sind im Wesentlichen wie Kühlschränke konzipiert, jedoch mit umgekehrter Funktionsweise: Ein Kühlschrank entzieht Wärme aus seinem Innenraum und gibt sie an die Umgebung ab, während die Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung entzieht und sie zur Beheizung des Hauses nutzt.
Die Funktionsweise einer Wärmepumpe gliedert sich in drei Hauptkomponenten: die Wärmequellenanlage, die eigentliche Wärmepumpe und das Wärmeverteil- & Speichersystem. Im ersten Kreislauf wird der Umgebung Wärme entzogen und auf Wasser übertragen, das dann zum Verdampfer der Wärmepumpe weitergeleitet wird. Die Wärmequellen sind hierbei typischerweise der Erdboden oder das Grundwasser.
Innerhalb des Pumpen-Kreislaufs wird die entzogene Wärmeenergie in vier Schritten nutzbar gemacht. Ein permanent im Umlauf befindliches Kältemittel spielt eine zentrale Rolle in diesem Prozess. Im letzten Kreislauf schliesslich wird die nutzbare Wärmeenergie an das Haus zur Beheizung verteilt oder gespeichert, sodass sie später verwendet werden kann. Mit dieser Energie können Heizungen, Fussböden oder Wasser im Haushalt erwärmt werden.
Selbst bei winterlichen Aussentemperaturen von bis zu -20 °C können Wärmepumpen effektiv funktionieren. Ein Grund dafür ist die Druckerhöhung beim Verdichten, wodurch die geringen Aussentemperaturen ausreichend zum Erhitzen ansteigen können.
Wie funktionieren Wärmepumpen?
Prinzip der Umkehrung
Eine Wärmepumpe funktioniert nach dem Prinzip der Umkehrung eines Kühlschranks. Während ein Kühlschrank Wärme aus seinem Innenraum entzieht und nach aussen abgibt, entzieht die Wärmepumpe der Umgebung ausserhalb des Gebäudes Wärme und nutzt sie zur Beheizung der Innenräume. Unabhängig von der Wärmequelle, ob Luft, Erdreich oder Grundwasser, ist der Kältekreisprozess, der in vier Schritten abläuft, zentral für die Funktionsweise jeder Wärmepumpe.
Komponenten einer Wärmepumpe
Die Hauptkomponenten einer Wärmepumpe sind der Verdampfer, der Verdichter, der Verflüssiger und das Expansionsventil. Im Verdampfer wird die Umgebungswärme aufgenommen und auf das Kältemittel übertragen, das daraufhin verdampft. Dieses gasförmige Kältemittel wird zum Verdichter geleitet, wo es komprimiert und dadurch stark erhitzt wird. Anschliessend wird das erhitzte Kältemittel im Verflüssiger gekühlt, wobei es seine Wärme an das Heizsystem abgibt und sich verflüssigt. Im letzten Schritt, im Expansionsventil, wird der Druck des Kältemittels gesenkt, wodurch es abkühlt und der Kreislauf von vorne beginnen kann.
Jeder dieser Schritte ist entscheidend für die effiziente Umwandlung von Umgebungswärme in nutzbare Heizenergie, selbst bei Aussentemperaturen von bis zu -20 Grad Celsius. Die Effizienz der Wärmepumpe wird zusätzlich durch die Art des verwendeten Verdichters beeinflusst, wobei verschiedene Technologien wie Kolbenverdichter oder Scrollverdichter zum Einsatz kommen können.
Vorteile von Wärmepumpen
Energieeffizienz
Wärmepumpen sind für ihre hohe Energieeffizienz bekannt. Sie können bis zu 75 % der Wärmeenergie aus der Umgebung gewinnen, sei es aus der Luft oder dem Boden. Dieser hohe Wirkungsgrad, der bei einigen Modellen zwischen 2 und 5 liegt, ermöglicht es Wärmepumpen, doppelt bis fünfmal so effizient zu sein wie herkömmliche Heizsysteme. Die Effizienz wird nicht nur durch den Wirkungsgrad, sondern auch durch Leistungszahlen beschrieben, welche die Effizienz der Wärmepumpe unter verschiedenen Bedingungen darstellen.
Umweltfreundlichkeit
Der Einsatz von Wärmepumpen trägt signifikant zur Reduzierung des CO₂-Fussabdrucks bei, da sie hauptsächlich erneuerbare Energiequellen nutzen. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizmethoden verringern Wärmepumpen den Bedarf an fossilen Brennstoffen und senken dadurch die CO2-Emissionen. Zudem verbessert die geringere Belastung der Atmosphäre mit schädlichen Emissionen die Luftqualität und hat positive Auswirkungen auf die öffentliche Gesundheit. Besonders umweltfreundlich sind Wärmepumpen, wenn sie mit Ökostrom betrieben werden, da sie dann bis zu 100 Prozent weniger CO2 ausstossen.
Kombination mit anderen Technologien
Die Kombination von Wärmepumpen mit Photovoltaikanlagen oder thermischen Solaranlagen bietet zahlreiche Vorteile. Durch die Nutzung von Solarstrom zur Betreibung der Wärmepumpe wird der Energieverbrauch aus dem Stromnetz reduziert, was zu geringeren Stromkosten und einer unabhängigeren Energieversorgung führt. Eine solche Kombination erhöht nicht nur den Eigenverbrauch und die Wirtschaftlichkeit, sondern trägt auch aktiv zur Reduzierung von CO₂-Emissionen bei. Im Sommer kann die grosse Menge an PV-Strom nicht nur für die Warmwasserbereitung, sondern auch für eine eventuelle Kühlung genutzt werden, was die Effizienz weiter steigert.
Arten von Wärmepumpen
Luftwärmepumpe
Die Luftwärmepumpe nutzt die Umgebungsluft als Energiequelle, indem sie diese über Ventilatoren ansaugt. Diese Art von Wärmepumpe ist besonders kostengünstig in der Installation und benötigt keine aufwendigen Erdreicharbeiten oder Brunnenbohrungen. Die einfache Montage und der geringe Planungsaufwand machen sie zu einer attraktiven Option für viele Hausbesitzer.
Erdwärmepumpe
Erdwärmepumpen, auch bekannt als Sole/Wasser-Wärmepumpen, ziehen ihre Energie aus dem Erdreich. Dies geschieht mittels Erdsonden oder Flächenkollektoren, die Wärme aus dem Boden extrahieren. Die in den Sonden oder Kollektoren zirkulierende Sole gibt die aufgenommene Wärme an den Kreislauf der Wärmepumpe ab. Diese Pumpen sind besonders energieeffizient, da die Temperatur im Erdreich relativ konstant ist, was eine gleichbleibende Leistung ermöglicht.
Wasserwärmepumpe
Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen unterirdische Grundwasser-Reservoirs zur Wärmegewinnung. Für ihren Betrieb sind zwei Brunnen erforderlich: ein Saugbrunnen zur Gewinnung des Grundwassers und ein Schluckbrunnen, der das genutzte Wasser wieder ins Erdreich einbringt. Diese Pumpenart ist aufgrund der konstanten Temperatur des Grundwassers äusserst effizient, stellt jedoch höhere Anforderungen an die geologischen Bedingungen und die Qualität des Grundwassers.
Einsatzbereiche im Neu- und Altbau
Neubau
Im Bereich des Neubaus haben Wärmepumpen sich als bevorzugtes Heizsystem etabliert. Viele Hausbauer in der Schweiz bevorzugen diese Technologie wegen ihrer Effizienz und der Möglichkeit, den Primärenergiebedarf teilweise durch erneuerbare Energien zu decken. Die neuen Modelle wie die Vitocal 250-A und Vitocal 252-A bieten durch ihre kompakte Bauweise und die Nutzung des umweltfreundlichen Kältemittels R290 eine optimale Lösung für den Neubau. Diese Geräte erreichen hohe Vorlauftemperaturen, was den Anschluss an bestehende Heizkörper erleichtert und die Notwendigkeit einer Fussbodenheizung reduziert.
Die Integration von Wärmepumpen in Neubauten, die oft bereits gute energetische Standards aufweisen, führt zu höchsten Wirkungsgraden und unterstützt die Einhaltung von Vorschriften wie den Mustervorschriften der Kantone zur Nutzung regenerativer Energiequellen.
Altbau
In Altbauten stellen Wärmepumpen eine effektive Möglichkeit dar, die Heizsysteme zu modernisieren und den Energieverbrauch zu senken. Besonders in unsanierten oder teilweise sanierten Altbauten kann der Einsatz von Wärmepumpen erhebliche Energieeinsparungen bewirken, sofern die Gebäude angemessen gedämmt und die Heizsysteme entsprechend angepasst sind.
Wärmepumpen, die in Altbauten installiert werden, müssen oft mit grösseren Heizflächen oder speziellen Anpassungen wie der Integration in bestehende Heizsysteme durch bivalenten Betrieb kombiniert werden. Dies ermöglicht eine effiziente Nutzung und unterstützt die langfristige Reduzierung der Betriebskosten. Die Investition in eine gute Dämmung des Gebäudes maximiert die Effizienz der Wärmepumpe und verbessert das Verhältnis von eingesetzter Energie zu gewonnener Wärme.
Durch den Einsatz von Wärmepumpen in Kombination mit Massnahmen zur Verbesserung der Gebäudedämmung und Anpassung des Heizsystems können Altbauten eine signifikante Steigerung der Energieeffizienz und eine Reduzierung der CO2-Emissionen erreichen.
Tipps für eine höhere Effizienz
Optimale Vorlauftemperaturen
Um die Effizienz einer Wärmepumpe zu maximieren, ist es entscheidend, die Vorlauftemperatur richtig einzustellen. Eine niedrigere Vorlauftemperatur erhöht die Effizienz erheblich, da weniger Energie benötigt wird, um die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen. Bei der Einstellung der Heizkurve sollte darauf geachtet werden, dass die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Aussentemperatur und der Dämmung des Gebäudes angepasst wird, wobei eine maximale Abweichung von 10% von der Ausgangseinstellung als Richtwert dient.
Regelmässige Wartung
Regelmässige Wartungen sind für den effizienten Betrieb von Wärmepumpen unerlässlich. Verschmutzte Verdampfer und Verflüssiger können den Stromverbrauch erhöhen, während regelmässig gewartete Systeme optimal funktionieren. Fachleute empfehlen, die Wärmepumpe mindestens alle zwei Jahre, idealerweise jedoch jährlich, warten zu lassen, um hohe Betriebskosten und mögliche Ausfälle zu vermeiden.
Kombination mit Photovoltaik
Die Kombination einer Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage kann die Energieeffizienz weiter steigern. Wärmepumpen können effektiv mit dem Strom aus Solaranlagen betrieben werden, besonders wenn ein Pufferspeicher verwendet wird, der die tagsüber produzierte Energie speichert und bei Bedarf freigibt. Diese Kombination hilft nicht nur, die Stromkosten zu senken, sondern auch die CO2-Emissionen zu reduzieren. Fördergelder können zudem die Investitionskosten senken und die Amortisationszeit verkürzen.
Schlussfolgerung
Wärmepumpen stellen eine innovative und zukunftsweisende Lösung in der Effizienzsteigerung und nachhaltigen Energiegewinnung dar, die sowohl im Neu- als auch im Altbau von entscheidender Bedeutung ist. Sie fassen die Wärme aus natürlichen Quellen und wandeln sie in nutzbare Energie um, was dem Bedarf nach ökologisch verantwortlichen Heizmethoden entspricht. Die dargestellten Eigenschaften und Vorteile, von der hohen Energieeffizienz bis zur Reduzierung des CO₂-Fussabdrucks, unterstreichen die Rolle von Wärmepumpen als wesentliche Komponente im Streben nach einem nachhaltigeren Energiemodell.
Die Kombination solcher Technologien mit regenerativen Energiequellen wie Photovoltaikanlagen verstärkt ihren positiven Impact. Während die Anpassung existierender Systeme in Altbauten eine Herausforderung darstellen kann, zeigt der Artikel, dass durch gezielte Massnahmen, darunter die Optimierung der Dämmung und die Auswahl geeigneter Modelle, bedeutende Effizienzgewinne und eine Verringerung der Umweltbelastung erzielt werden können. Die Bereiche, in denen Wärmepumpen Anwendung finden, demonstrieren ihren variablen Einsatz und die Bandbreite an Möglichkeiten zur Steigerung der Energieeffizienz, was ihre Bedeutung für zukünftige Generationen unterstreicht.
FAQs
Frage: Ist eine Wärmepumpe die Heizmethode der Zukunft?
Antwort: Wärmepumpen werden als bevorzugte Heizmethode der Zukunft angesehen, vor allem von der Bundesregierung. Sie sind jedoch in der Anschaffung kostenintensiv, was die Frage nach ihrer Wirtschaftlichkeit aufwirft. Obwohl sie eine hohe Energieeffizienz aufweisen, sind die initialen Kosten hoch.
Frage: Können Wärmepumpen noch effizienter werden?
Antwort: Wärmepumpen haben im Vergleich zu anderen Heizsystemen bereits einen hohen Wirkungsgrad. Ihr Wirkungsgrad variiert je nach Modell zwischen 2 und 5, was bedeutet, dass sie zwei- bis fünfmal effizienter sein können als andere Heizsysteme.
Frage: Können Wärmepumpen auch bei extremen Kältebedingungen effektiv arbeiten?
Antwort: Moderne Luft-Wasser-Wärmepumpen behalten auch bei sehr niedrigen Aussentemperaturen, selbst bei zweistelligen Minusgraden, einen hohen Wirkungsgrad bei und können zuverlässig weiterheizen.
Frage: Ab welcher Energieeffizienzklasse ist die Anschaffung einer Wärmepumpe sinnvoll?
Antwort: Eine Wärmepumpe gilt erst ab einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von mindestens 3 als effizient, insbesondere weil ein bedeutender Anteil unseres Stroms immer noch aus Grosskraftwerken stammt.