Wärmepumpen: Energiegewinnung aus der Natur. (Foto: Rainer Sturm/Pixelio.de)
Wärmepumpe (Teil 1): Heizen mit der Wärme der Natur
Wärmepumpen vollbringen ein Kunststück: Sie gewinnen Wärmeenergie aus Außenluft, Grundwasser oder Erdreich. Doch wie schaffen sie dies? Für welche Grundstücke eignen sie sich? Und wodurch unterscheiden sich Luft-, Erd- und Grundwasserpumpen?
Was sind Wärmepumpen?
Wärmepumpen sind sehr effiziente Heizsysteme: Sie benötigen vergleichsweise wenig Strom, um ihrer Umgebung relativ viel Energie für die Heizung zu entziehen. Deshalb gelten sie nicht nur als sparsam, sondern auch als umweltfreundlich. Und wenn der eingesetzte Strom aus Quellen erneuerbarer Energien stammt, kann die Heizung im Winter bedenkenlos aufgedreht werden. Übrigens: Kühlschränke funktionieren nach dem gleichen Prinzip – nur umgekehrt.
Für wen sind Wärmepumpen sinnvoll?
Wärmepumpen sind für diejenigen geeignet, die es praktisch und sauber mögen. Denn eine Wärmepumpe braucht kein Brennmaterial wie Holz, Pellets oder gar Öl. Es ist nur ein wenig Strom nötig, damit sie die Energie der Natur anzapfen können. Das ist nicht nur sehr bequem, weil man nicht darauf achten muss, dass auch stets genügend Brennmaterial vorhanden ist. Es ist auch eine saubere Heizmethode, da nichts verbrannt wird. Einzige Voraussetzung: Man benötigt ausreichend Platz im Keller und im Garten.
Der Kreisprozess des Kältemittels in einer Wärmepumpe. (Foto: Vaillant)
Wie funktionieren Wärmepumpen?
In der Wärmepumpe kreist ein Kältemittel, das schon bei niedrigen Temperaturen verdampft. Dabei nimmt es die Wärmeenergie der Umgebung (Luft, Erde, Wasser) auf – dieser Ausgleich zwischen warm und kalt ist ein natürlicher physikalischer Prozess. Ein Kompressor verdichtet jetzt das verdampfte Kältemittel. Durch den höheren Druck wird es heiß. Das erhitzte Gas gibt die aufgenommene Wärmeenergie an das Heizsystem ab. Dabei erkaltet es, kondensiert und wird wieder flüssig. Der Kreislauf kann von vorn beginnen.
Wärmepumpen beziehen ihre Energie aus dem Erdreich, dem Grundwasser und der Umgebungsluft. (Foto: Vaillant)
Wodurch unterscheiden sich Erd-, Grundwasser- und Außenluft-Wärmepumpen?
Als Wärmequelle kommen das Erdreich, das Grundwasser und die Außenluft infrage. Effektiv sind Erdwärmepumpen. Denn schon in ein bis zwei Metern Tiefe ist das Erdreich ganzjährig frostfrei. Ab zehn Metern herrschen sogar konstante Temperaturen um 9 Grad. Für kleine Grundstücke eignen sich sogenannte Erdsonden, die wie ein Brunnen 40 bis 100 Metern in die Tiefe reichen und hier die Wärme abschöpfen. Dicht unterhalb der Frostgrenze dagegen werden horizontale Erdkollektoren verlegt. Für eine 9-Kilowatt-Heizleistung wird ungefähr eine Fläche von 200 bis 500 Quadratmetern benötigt. Erdsonden sind effizienter als Erdkollektoren, dafür aber etwas teuerer zu installieren.
Grundwasser ist ebenfalls eine zuverlässige Energiequelle, weil es eine konstante Temperatur von circa 8 Grad hat. Deshalb können Grundwasser-Wärmepumpen im Jahresdurchschnitt bis viermal so viel Wärmeenergie pro eingesetzter Stromeinheit gewinnen. Problematisch: Die Auflagen der Behörden sind streng.
Das Außenteil der Luftwärmepumpe entzieht der Umgebungsluft Wärmeenergie, die zum Heizen eines Gebäudes genutzt wird. (Foto: Brötje)
Nicht ganz so effektiv sind Luft-Wärmepumpen. Ihr Nachteil ist, dass die Temperatur ihrer Wärmequelle – die Außenluft – ständig schwankt. Vor allem im Winter sind die Pumpen besonders ineffizient, weil die Außenluft kalt und der Heizbedarf groß ist. Die Folge: Die Pumpen benötigen mehr Strom, um der Außenluft die nötige Wärmeenergie zu entziehen. Deshalb liegen die jährlichen Betriebskosten um rund 200 Euro höher als bei Erd- oder Grundwasser-Wärmepumpen. Dafür sind der Installationsaufwand und die -kosten geringer, da nicht so aufwendige Erdarbeiten ausgeführt werden müssen. Aus diesem Grund sind diese Wärmepumpen besonders für die Modernisierung von Altbauten mit einem schön gestalteten Garten geeignet.
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