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Wärmepumpe

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Wärmepumpe: Pudelmütze für's Haus

Die Wärmepumpe ist eine ausgezeichnete Alternative oder Ergänzung zur klassischen Heiztechnik. Sie wird oft in Passivhäusern, zunehmend aber auch in traditionell orientierten Neubauten und bei Gebäu­desanierungen eingesetzt, um zu heizen und warmes Wasser zur Verfügung zu stellen. Wärmepumpen entziehen einer Umgebung mit i.d.R. geringerer Temperatur – Grundwasser, Erde, Luft – thermische Energie und leiten sie über einen Verdichter an die gewünschte Stelle als Nutzwärme mit höherer Temperatur weiter.
Dieser Umwandlungsprozess benötigt zusätzliche Energie – idealerweise Strom aus der eigenen PV-Anlage.

Bei entsprechender Umschalt-Vorrichtung ist es übrigens auch möglich, den Prozess umzukehren und die Räume an einem heißen Sommertag durch die Wärmepumpe angenehm zu kühlen.

Im Haus selbst nimmt die Wärmepumpe kaum Platz ein, Sie können alle notwendigen Vorrichtungen auf 1 bis 2 m² unterbringen. Daher lässt eine Wärmepumpe sich einfach nachrüsten.

Hier unser Angebots- und Preisvergleich für eine Wärmepumpe (wie immer unverbindlich und gratis):

Was für die Wärmepumpe spricht

  • Keine Abhängigkeit von Schwankungen der Heizstoffpreise
  • Geringe Heizkosten & geringer Platzbedarf
  • Kombinierbar mit anderen Erneuerbare-Energie-Anlagen. Besonders die Verbindung mit einer PV-Anlage hat Vorteile für den Einsatz beider Technologien (siehe unten)
  • Umweltfreundlich und klimaschonend
  • Energie- und ressourcenschonend. Die Energiestandards für Neubauten und Altbausanierungen wurden – im Rahmen der Energieeinsparverordnung (EnEV) zuletzt 2016 – kontinuierlich verschärft. Eine effiziente Heiztechnik wie eine Wärmepumpe erleichtert die Erfüllung dieser Standards wesentlich.

Wärmepumpe: Varianten

Gemeinsam ist allen Typen von Wärmepumpen der Transport und die Verdichtung von Wärme. Auf der einen Seite steht die Wärmequelle, z.B. Wasser, Sole, Erde, auf der anderen das Wärmeziel, z.B. Luft oder Wasser.
Je nach Wärmequelle und Wärmeziel der Pumpe bestehen folgende Varianten:

  • Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe
  • die Wasser-Luft-Wärmepumpe,
  • die Sole-Wasser-Wärmepumpe (umgangssprachlich die Erdwärmepumpe),
  • die Sole-Luft-Wärmepumpe (Erde-Luft-Wärmepumpe),
  • die Luft-Luft-Wärmepumpe,
  • die Luft-Wasser-Wärmepumpe.

(Die Bezeichnungen sind DIN-genormt; „Sole“ ist bei der Erdwärmepumpe die Trägerflüssigkeit, die mit einem Frostschutzsalz bzw. Glykol angereichert wurde. Der erste Begriff benennt das zugeführte, der zweite das abgeführte Wärmemedium.)

Wärmepumpen sind vergleichsweise aufwendig in der Anschaffung und Installation, aber sehr günstig im Betrieb. Welches der genannten Modelle ist für Ihr Haus am besten geeignet? Mehr dazu erfahren Sie in den folgenden Absätzen.

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Welche Wärmepumpe ist die richtige für Ihr Haus?

Welche Wärmepumpe Sie wählen, das hängt von der Situation Ihres Hauses, des Untergrundes, der Tiefe des Grundwassers oder der Nähe von Oberflächen-Gewässern ab – und nicht zuletzt davon, in welcher Höhe Sie investieren möchten.

Vier Varianten von Wärmepumpen: Flächig, Erdsonde, Grundwasser, Außenluft

Die Erdwärmepumpe

TiefeWärme
1m4°-14°C
(saisonal schwankend)
4m8-12°
15mca. 10° (konstant)
100m12°
200m15°
4000m175°

Bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe oder Erdwärmepumpe kann die Wärme durch flach im Erdreich (in 1 bis 4 m Tiefe) ausgelegte Kollektoren gesammelt werden. Dies setzt eine entsprechend verfügbare Fläche voraus: Sie sollten – je nach Beschaffenheit des Bodens (feuchte Böden sind besser geeignet) – etwa das Doppelte mit dem Ein- bis Zweifachen der zu beheizenden Fläche rechnen – bei 140m2 Wohnfläche brauchen Sie rund 140 – 280 m2 (Quelle: Wikipedia) Fläche für die Kollektoren – Fläche, die nicht mit Gartenhaus, Pool oder Carport überbaut werden darf und auch nicht mit tiefwurzelnden Pflanzen überpflanzt werden kann. Dafür betragen die Erschließungskosten nur etwa ein Drittel der Kosten für eine Erdsonde.

Alternativ dazu wird eine Erdsonde in eine Tiefe von einigen zehn bis zu 200 Metern hinuntergelassen – wenn der Untergrund es erlaubt. Die Erschließung ist relativ teuer, dafür der Flächenverbrauch gering, die Wirksamkeit hoch. Die Bodentemperatur ist schon in wenigen Metern Tiefe unabhängig von den Jahreszeiten und nimmt alle 100m um ca. 3 Grad zu (vgl. Tabelle).
Bei Neubauten – besonders bei Passivhäusern genutzt – ist es auch möglich, die Erdwärme durch eine thermisch aktivierte Bodenplatte aufzunehmen.

Art des Untergrunds: Neben der Tiefe ist für die mögliche Entzugsleistung der Erdwärmepumpe auch die Bodenbeschaffenheit von entscheidender Bedeutung. Als Grundprinzip gilt: feuchte Böden spenden mehr Wärmeleistung als trockene.
Detaillierte Werte für verschiedene Böden und Feuchtigkeitsgrade zeigt nachstehende Tabelle. Sie gibt die mögliche Entzugsleistung einer Erdsonden- bzw. Erdkollektor-Wärmepumpe bei unterschiedlichen Bodenarten an, auf Basis einer jährlichen Betriebsdauer von 1.800 Stunden (Quelle: Quaschning, Regenerative Energiesysteme 2013, S. 345; gilt für Anlagen bis 30 kW und Sonden bis 100 Meter).

BodenartEntzugsleistung Erdsonde [W/m]Entzugsleistung Erdkollektor [W/m]
trockener Kies od. Sand <25 10
wasserführender Kies od. Sand65 -80
Kies u. Sand mit starkem Grundwasserfluss80 -100
feuchter Ton od. Lehm35 – 5025
Basalt40 – 65
Gneis70 – 85
Granit65 – 85
massiver Kalkstein55-70
Sandstein65 – 80

Erläuterung: Wird die Erdsonde bspw. in wasserführenden Kies oder Sand eingebracht, kann die Wärmepumpe pro Meter Sondenrohr dem Erdreich 65 bis 80 Watt entziehen. Für eine Gesamt-Entzugsleistung von 5 kW wäre so eine Sondenlänge von rund 63 (5.000/ 80) bis 77 (5.000/65) nötig.

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Jahreszahlen und Wärmepumpenart: Die Erdwärmepumpe weist unter den Wärmepumpen die höchste Effizienz auf. Gemessen wird sie mit Hilfe der Jahresarbeitszahl, die ihrerseits auf der Leistungszahl ε basiert. Sie gibt das Verhältnis zwischen der abgeführten Wärmeenergie Qab und der investierten mechanischen Leistung P – zum Verdichten des Kältemittels mit Strom oder Gas – an:

ε = Qab/P

Da die Temperaturen im Laufe eines Jahres schwanken – und die Effizienz umso höher ist, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Heizwärme ist – verändert sich die Leistungszahl über das Jahr. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt die mittlere jährliche Leistungszahl an.
Erdwärmepumpen, insbesondere jene mit Erdsonden, erreichen eine Jahresarbeitszahl von 3,6 bis 5 (CO2-Erdsonden-Wärmepumpen). Wasserwärmepumpen kommen auf Werte um 3,4, Luft-Wärmepumpen auf ca. 3,0 (jeweils in Kombination mit einer Fußbodenheizung).
Diese Differenzen in der Jahresarbeitszahl resultieren in beträchtlichen Unterschieden im jährlichen Energiebedarf. Für einen Heizwärmebedarf von z.B. 10.000 Kilowattstunden müssen bei einer Jahresarbeitszahl von 4 nur 2.500 kWh an elektrischer Energie investiert werden. Bei einer JAZ von 3 sind es hingegen rund 3.300 kWh.

Wasser-WärmepumpeLuft-Wärmepumpe

Die Wasserwärmepumpe

Die typischste Form der Wasserwärmepumpe nutzt die konstante Wärme des Grundwassers. Es werden zwei Brunnen gebohrt: Ein Entnahme-Brunnen, über den das Grundwasser an die Wärmepumpe herangeführt, und ein Schluck-Brunnen, über den das Wasser wieder zurückgeführt wird. Besonders in Gegenden mit eisenhaltigem Wasser können die Brunnen allerdings verockern und müssen gewartet, im Zweifel sogar neu gebohrt werden.
Ob eine Nutzung von Oberflächenwasser (Flüsse, Seen, Staugewässer) für die Wärmepumpe wirtschaftlich ist, hängt von der Entfernung des Gewässers zum Wärmeziel und der Gewässer-Temperatur im Winter ab. Der „Bach hinter dem Haus“ reicht in der Regel nicht aus – nur in größeren Seen oder Stauseen und tieferen Flüssen ist gewährleistet, dass das zumindest die tieferen Gewässer-Schichten auch in härteren Wintern nicht durcheisen.

Die Wärmegewinnung aus Abwasser ist in Privathaushalten nicht rentabel, da Abflüsse in Menge, Verschmutzungsgrad und Temperatur nur höchst unregelmäßig anfallen. Industrie- oder Gewerbeabwässer dagegen enthalten oft, in Zusammensetzung, Menge und Temperatur konstantere Abflüsse – der Betrieb einer Wärmepumpe kann hier durchaus eine höhere Wirtschaftlichkeit bedeuten.

Die Luftwärmepumpe

Bei der Luftwärmepumpe unterscheidet man:

  • Luft-Wasser- und
  • Luft-Luft-Wärmepumpen

In beiden Fällen wird die Wärme der Außenluft oder der Abluft entnommen. Bereits bei -20° C lässt sich die Außenluft für die Wärmepumpen-Technik nutzen – wer mit dem Gedanken spielt, eine Wärmepumpe zu installieren, wird sich dafür interessieren, dass die Außenluft-Wärmepumpe den geringsten Installationsaufwand und die günstigsten Anschaffungskosten erfordert.
Sie ist nicht größer als eine Waschmaschine, gut in bereits bestehende Bauten zu integrieren und verhältnismäßig leicht nachzurüsten – allerdings hat sie auch den geringsten Wirkungsgrad.

Die Nutzung der Abluft des Hauses eignet sich in erster Linie für Passivhäuser, da sie über eine kontrollierte Lüftung verfügen. Die traditionelle Fensterlüftung außerhalb von Passivhäusern lässt Abwärme unkontrolliert entweichen, daher sind klassische Bauweisen oder Altbauten für eine Abluft-Wärmepumpe nicht geeignet.

Fazit:

Je nach Investitionssumme und baulicher Lage lassen sich bei klassischen Bauten besonders die Erdwärmepumpe mit Kollektoren oder Erdsonde, die Grundwasser-Wärmepumpe und die Außenluft-Wärmepumpe empfehlen – alle Formen können bereits in der Planungsphase eines neuen Gebäudes geplant und in den Neubau integriert oder auch bei bereits bestehenden Bauten nachgerüstet werden.

Meistverbreitet in Deutschland sind Wärmepumpen mit dem Wärmeziel Wasser – jede zweite neu gesetzte Wärmepumpe in Deutschland ist eine Erdwärmepumpe. Dicht darauf folgt die Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit gut 40%. Luft-Wasser-Wärmepumpen werden ebenfalls eingesetzt, aber deutlich seltener – nicht ganz jede zehnte Wärmepumpe in Deutschland ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe.

Einen Sonderfall bilden die Luft-Luft-Wärmepumpen, die nur an Orten mit kontrollierter Belüftung sinnvoll sind – etwa in Passivhäusern. Sie sind in der Regel nicht größer als eine Tiefkühltruhe, entziehen der Abluft des Hauses ihre Restwärme und erzeugen, indem sie diese regelbar an die Raumluft zurückgeben, ein nach Wunsch temperiertes Wohnklima.

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Wärmepumpe – Kosten, Förderung

Eine Wärmepumpen-Anlage kostet derzeit für ein Einfamilienhaus gewöhnlicher Größe (150 bis 200 m2) zwischen rund 12.000 bis 20.000 Euro. Die Preise sind aber je nach Pumpentechnologie sehr unterschiedlich; am günstigsten sind Luft-Luft-Wärmepumpen. Im Schnitt liegt der Anschaffungspreis einer WP-Anlage damit zwar einige tausend Euro über dem einer konventionellen Heizungsanlage, z.B. einer Ölheizung. Dafür sind die Betriebskosten um mehr als die Hälfte geringer – vom Umweltnutzen ganz zu schweigen.
Förderung Wärmepumpe
Außerdem wird der Einbau von effizienten Wärmepumpen großzügig gefördert. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) etwa bezuschusst die Errichtung von elektrischen bzw. gasbetriebenen Wärmepumpen mit einer Nennwärmeleistung von maximal 100 Kilowatt in Neu- und Altbauten – und zwar so:

BAFA-Förderung Wärmepumpe
BasisförderungInnovationsförderung [€]
GebäudebestandGebäudebestandNeubau
elektr. Wasser/Wasser-WP oder Sole/Wasser-WP100 €/kW, mind. 4.500 (Erdsonde), sonst 4.000 Euro150 €/kW, mind. 6.750 (Erdsonde), sonst 6.000 Euro100 €/kW, mind. 4.500 (Erdsonde), sonst 4.000 Euro
elektr. Luft/Wasser-WP40 €/kW, mind. 1.500 (leistungsgeregelt), sonst 1.300 Euro60 €/kW, mind. 2.250 (leistungsgeregelt), sonst 1.950 Euro40 €/kW, mind. 1.500 (leistungsgeregelt), sonst 1.300 Euro
Gasbetriebene Wärmepumpen100 €/kW, mind. 4.500 Euro150 €/kW, mind. 6.750 Euro100 €/kW, mind. 4.500 Euro

Förderkriterien Die verbauten Wärmepumpen müssen allerdings einige Kriterien erfüllen, z.B. in der BAFA-Liste der förderfähigen Pumpen geführt sein und eine bestimmte Effizienz aufweisen (Jahresarbeitszahl bei elektrischen Wärmepumpen mind. 4,5). Die Details finden Sie auf der BAFA-Förderseite.
Für Neubauten kann neben der BAFA-Förderung auch das KfW-Förderprogramm „Energieeffizient Bauen“ – mit zinsgünstigen Krediten und einem Tilgungszuschuss von bis zu 15.000 Euro – in Anspruch genommen werden. Viele Kommunen, Städte und Bundesländer bieten zusätzliche Förderungen an.

Kosten Berücksichtigt man allein die BAFA-Förderung, liegen die Anschaffungskosten einer modernen Erdwärmepumpe mit Erdsonde – also der teuersten Wärmepumpenart – bereits fast so niedrig wie das Niveau konventioneller Heizungssysteme. Über einen Zeitraum von 15 Jahren gerechnet, erweist sich die Wärmepumpe sogar als die deutlich günstigere Heizungsform. Das zeigt bspw. der Kostenvergleich einer Erdwärmepumpen- mit einer Gas- und einer Ölheizung (jeweils mit Solarbrauchwasser) der Fachzeitschrift „Öko-Test“ für einen Neubau mit 120 m2 Wohnfläche (*Quelle: Bundesverband Wärmepumpe, Heizen mit Wärmepumpe 2016, S.6).

HeizsystemeÖl + SolarbrauchwasserGas + SolarbrauchwasserErdwärmepumpe + Sonde
Anschaffungskosten (komplett) [€]14.40012.480020.400
Wärmekosten/Jahr [€]~1.660~1.600~1.490
Wärmekosten/Jahr in 15 Jahren [€]~2.260~2.050~1.930
Wärmekosten gesamt nach 15 Jahren [€]~28.900~27.200~25.800

Diese Werte sind ungefähre Anhaltspunkte, welche die Größenordnung der notwendigen Investitionen geben sollen – je nach Haussituation können die jeweiligen Kosten höher oder sogar etwas niedriger ausfallen. Eine individuelle Berechnung erhalten Sie – kostenlos und unverbindlich -, wenn Sie die Anfrage auf dieser Seite ausfüllen: Fachbetriebe aus Ihrer Region rechnen eine Wärmepumpe aufgrund Ihrer Angaben individuell für Sie durch – damit erhalten Sie einen brauchbaren Überblick über die derzeit gängigen Modelle, Marken und Preise von Wärmepumpen.

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Wärmepumpe & Photovoltaik – ein aussichtsreiches Paar

Der Kostenvorteil der Wärmepumpen-Anlage lässt sich indes noch weiter ausbauen – und zwar durch die Kombination mit einer Photovoltaik-Anlage. Wärmepumpen benötigen für ihren Betrieb keinen fossilen Brennstoff, sie brauchen aber Energie: entweder Gas oder Strom.
Die meisten Energieversorger bieten eigene, günstigere Strom-Tarife für den Strombedarf von Verdichter und Umwälzpumpe an – für die Wärmepumpe wird in diesem Fall ein zweiter Stromzähler installiert. Über diese Sondertarife wird der Betrieb von Heizungswasser- und Warmwasserbereitungsanlage dann weit unterhalb der sonst üblichen Tarife abgewickelt.

Noch günstiger ist es jedoch, den Strom für die Wärmepumpe mit der eigenen Photovoltaik-Anlage zu erzeugen. Dadurch verringern sich die Betriebskosten der Wärmepumpe signifikant. Zudem ist der selbst erzeugte Solarstrom hundertprozentig erneuerbar und weitgehend CO2-neutral.
Von der Zusammenarbeit mit der Wärmepumpe profitiert aber auch die Photovoltaikanlage. Der für den Betrieb der Wärmepumpe verwendete Solarstrom steigert den möglichen Anteil des selbst verbrauchten Stroms: den Eigenverbrauch. Da der Eigenverbrauch heute der wichtigste Faktor für einen hohen wirtschaftlichen Ertrag einer Photovoltaikanlage ist, erhöht sich mit ihm auch die Rendite. Zugleich bedeutet der höhere Selbstverbrauch mehr Unabhängigkeit von Energieversorgern und Strompreisen.
Ein Nachteil sind bis dato die hohen Investitionskosten, insbesondere dann, wenn Wärmepumpe, PV-Anlage und ev. auch noch ein Solarstromspeicher gleichzeitig angeschafft werden. Ist eine der Komponenten bereits vorhanden oder abgeschrieben, sind die Gesamtkosten schon deutlich überschaubarer. Außerdem fördert der Staat auch die Errichtung von Photovoltaik-Anlagen (Einspeisevergütung) und den Einbau von Solarstromspeichern. In absehbarer Zeit ist deshalb bei allen Komponenten mit weiteren Preissenkungen zu rechnen ist.

Wie Sie mit dem Eigenverbrauch Ihre Anlagen-Rendite steigern, lesen Sie hier Eigenverbrauch.

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Zur individuellen Berechnung

Wie funktioniert die Wärmepumpe?

Technisch lassen sich die Varianten der Wärmepumpen mit dem Wärmeziel Heiß- bzw. Heizwasser auf unterschiedlichen Wegen realisieren. Im Prinzip arbeiten sie alle wie ein umgekehrter Kühlschrank: Ein Kollektorsystem oder eine Sonde nimmt über ein Trägermaterial (z.B. Ammoniak oder andere Kühlflüssigkeiten) Wärme auf, und gibt sie an anderer Stelle wieder ab. Je nach System werden hier verschiedene physikalische Effekte genutzt. Am anschaulichsten lässt sich dies am Beispiel der verbreiteten Verdampfungswärme sehen. Hier wird eine Flüssigkeit als Trägermaterial eingesetzt, die einen sehr niedrigen Siedepunkt hat.

War das Trägermaterial zunächst noch flüssig, geht es bei der geringen Erwärmung in den Wärmepumpen-Kollektoren durch die Umgebung in den gasförmigen Zustand über – die Flüssigkeit verdampft. Das funktioniert, je nach Material, auch bei Minusgraden. Über eine Umwälzpumpe wird der Kreislauf stabil gehalten; das entstandene, minimal erwärmte Gas wird zum Verdichter geführt, der das Gas unter Druck zusammenpresst (verdichtet), wobei es sich weiter aufheizt. Vom Verdichter wird das erhitzte Trägermaterial zu einem Wärmetauscher geleitet, der dem Material die Nutzwärme entnimmt und beispielsweise eine Heizung oder heißes Brauchwasser (Betriebswasser) damit versorgt.

Der Wärmetauscher kann z.B. in einer Heizspirale bestehen, die – wie in einem Wasserkocher – ihre Hitze an die Umgebungsflüssigkeit abgibt. Hierbei verflüssigt sich das Trägermaterial wieder (daher wird der Wärmetauscher auch Verflüssiger genannt), so dass es auf dem Rückweg zur Wärmequelle, frei von Druck, entspannt, bevor es am Kollektor (Verdampfer) erneut Wärme aufnimmt und der Kreislauf

Verdampfen – Verdichten – Verflüssigen – Enspannen

von vorn beginnt.

Wärmepumpe: Leistungsangaben

Die Leistungsangaben für Wärmepumpen folgen den englischen Abkürzungen: A (Air) für Luft, B (Brine) für Sole, W (Water) für Wasser; ein Strägstrich trennt die Angaben für Wärmequelle und Wärmeziel. So bedeutet die Leistungsangabe B0/W36 zum Beispiel, dass eine Sole-Wasser-Wärmepumpe bei einer Umgebungstemperatur von 0°C im Erdreich eine Temperatur von 36°C beim Wärmetauscher abliefern kann. Hierdurch können Sie die Leistungen von Wärmepumpen leichter vergleichen.

Die Umwälzpumpe und / oder der Verdichter werden in der Regel elektrisch betrieben. Dabei liegt das Verhältnis von zugeführter Energie (Strom) und gewonnener Energie bei ungefähr 1:4 – 1 kWh elektrischer Energie muss zugeführt werden, um 4 kWh Heizenergie zu erhalten.

Auch daher ist eine Wärmepumpe eine ausgezeichnete Ergänzung zur Photovoltaik: Der elektrische Strom, den Verdichter bzw. Umwälzpumpe beziehen, ist als selbstverbrauchter Strom gegenwärtig rund 17 Cent/kWh günstiger als zugekaufter Strom.

Falls eine Wärmepumpe sich für Ihre Haussituation nicht eignet, möchten Sie vielleicht etwas über andere alternative Heizmöglichkeiten erfahren.

Lesen Sie hier mehr über Pelletsheizungen.

Erfahren Sie hier mehr über Solarthermie.

* Nutzungsbedingungen:

Der Berechnungsservice ist unverbindlich und kostenlos. Er wird nur in Deutschland angeboten. Unbeteiligte Dritte erhalten Ihre Daten nicht.