Luft­wärme­pumpe

Funktionsweise, Kosten, Vort- und Nachteile

Mit einer Luftwärmepumpe werde die frei verfügbaren Mittel der Luftwärme für den Heizungskreislauf nutzbar gemacht. Positive Nebeneffekte sind hierbei die Einsparung von Ausgaben und die Unabhängigkeit von Energielieferanten.

Wie kann ich mit einer Wärmepumpe meine Heizung betreiben?

Wärmepumpen nutzen die vorhandene Wärme in natürlichen Ressourcen. Wie die Solarthermie die Sonnenwärme nutzt, stehen bezüglich der Wärmepumpen andere Elemente im Vordergrund. So ziehen diese nachhaltigen Heizungsarten Energien aus dem Wasser oder der Luft. Zusätzlich gibt es noch Modelle, welche mit Erdwärme arbeiten. Unterschiedliche Arten und verschiedene technische Lösungen einer Luftwärmepumpe sorgen für einen niedrigen Energieverbrauch und liefern einen Beitrag zum Umweltschutz.

Folgende Primärfaktoren bestimmen die Wahl hinsichtlich Luft Wärmepumpe:

• Platzangebot
• Standortbeschaffenheit
• Genehmigungsvorschriften
• Investitionsbereitschaft
• Einsatzmöglichkeit

Welche Faktoren beeinflussen den Kauf einer Wärmepumpe?

Die Effizienz der Wärmepumpen ist stark von den örtlichen Begebenheiten abhängig. Des Weiteren spielen Sonderregelungen und das individuelle Nutzverhalten eine tragende Rolle.

• Größe und Lage des Grundstücks
• Platzangebot
• Regionales Winterklima
• Wärmebedarf
• Heizgewohnheiten
• Investitionsbereitschaft
• Genehmigungsvorschriften
• Qualität von Boden und Grundwasser
• Sperrzeiten des Stromanbieters

Welche Wärmepumpen gibt es?

Die Wärmepumpen werden nach der Art ihres Betriebs klassifiziert:

Kompressionswärmepumpe

• Mechanischer Antrieb mittels Kompressor
• Elektromotoren oder Gasturbinen
• Benötigt Kältemittel (Fluorkohlenwasserstoffe)
• Gebräuchlichste Form mit hoher Effizienz
• Leistungszahl zwischen 2,5 und 5,0
• Nutzung der Abwärme des Motors möglich
• Bis 60 Prozent der eingesetzten Energie wird wieder verwendet
• Nutzwärme bis zu 240 Prozent

Wärmepumpe mit Öl- oder Gasmotorantrieb

• Direkter Antrieb durch Öl- oder Gasmotor
• Höherer thermischer Wirkungsgrad
• Moderne Exemplare mit 20 kW Heiz- / Kühlleistung senken Wartung
• Niedrige Drehzahlen und optimierte Geräteprozesse verlängern Laufzeiten auf 80.000 Betriebsstunden

Adsorptionswärmepumpe

• Mechanischer Antrieb bei thermischem Verdichter notwendig
• Alternativ Kältemittelbindung an porösen Festkörper
• Bis zu 40 Prozent der eingesetzten Energie wird wieder verwendet
• Nutzwärme bis zu 150 Prozent

Exotische und seltene Varianten

• Wärmepumpen auf Basis von Peltier-Elementen
• Wärmepumpen mit magnetokalorischem Effekt

Was gibt es für verschiedene Luft-Wärmepumpen?

Luft-Wärmepumpen nutzen die unendlich vorhandene Umluft zur Gewinnung von Energie. Dabei wird der Luft die enthaltene Wärme entzogen. Für die Integration im Haushalt stehen zwei generelle Modelle zur Verfügung:

• Luft-Luft-Wärmepumpe
• Luft-Wasser-Wärmepumpe

Im Einzelnen unterschieden sie sich darin, dass die Luft-Luft-Wärmepumpe ein reines Lüftungsheizungssystem ist, wobei die Luft-Wasser-Wärmepumpe die Erwärmung der Heizung sowie des Brauchwassers garantiert. Bezüglich der Luft-Wasser-Wärmepumpe stehen dem Verbraucher weiterhin zwei Varianten zur Verfügung:

• Separates System mit Wärmepumpen-Boiler
• Integriertes System mit zweitem Wärmetauscher

Dabei ist zu beachten, dass die Erhöhung des Temperaturniveaus ebenso eine Steigung der Energiekosten bedingt. Bei zwei separaten Systemen kann dies nun einzeln gesteuert werden. Das integrierte System setzt die Wärmepumpe auf das gewünschte Heizniveau und muss nur ein wenig Nachheizen – es ist somit kosteneffizienter.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, welche Wärme bereitstellt. Dabei bezieht sie ihre Energie aus Anergie – kostenfreie Umweltwärme – oder einer Abwärme aus technologischen Prozessen. Mittels mechanischer Antriebsmotoren oder durch Absorption von Hochtemperaturwärme wird diese nutzbare Energie auf ein höheres Temperaturniveau gehoben. Aus dieser Verbindung entsteht ein wesentlich geringerer Energieaufwand anstelle einer gewöhnlichen Elektroheizung. Dies ist in der Regel bis zu viermal so effizient.

• Luft-Luft-Wärmepumpe
• Lüftungsanlage mit Wärmepumpe zur Rückgewinnung
• Ersetzung des Heizkreislaufes durch Lüftungssystem
• Verbrauchter Luft wird im Gebäude Wärme entzogen
• Weitergabe an unverbrauchte Frischluft mittels Plattenwärmetauschers
• Erwärmung auf gewünschte Temperatur durch Zuluft-Nacherhitzer
• Wärmeverteilung über Lüftungskanäle

Dieses Modell glänzt mit einer Nutzung von 90 Prozent der Wärme aus der Luft.
Bei einer Luft-Luft-Wärmepumpe ist kein Kältemittelkreislauf von Nöten, der die Wärme über ein Überträgermedium weitergibt. Diese Konstruktion bietet sich somit für den Einbau in Passivhäusern an.

• Luft-Wasser-Wärmepumpe
• Ventilator saugt Umluft an
• Ersetzung des Heizkreislaufes durch Lüftungssystem
• Komprimierung des zirkulierenden Kältemittels
• Leitung zum Wärmetauscher
• Erwärmung von Heiz- oder Brauchwasser
• Entspannungsventil kühlt Kältemittel ab
• Rückfluss und Neuaufnahme von Luftenergie

Luft-Wasser-Wärmepumpen stellen in Deutschland die meist frequentierte Heizungsart in Bezug auf die regenerativen Energiequellen.

Welche Vor- und Nachteile haben die Luft Wärmepumpen?

Luft-Luft-Wärmepumpe:

Vorteile

• Niedrige Anschaffungskosten (Heizungsrohre und Heizkörper entbehrlich)
• Geringer Platzbedarf (etwa 1m3 Raum)
• Versteckte Luftkanäle hinter Decken und in Böden
• Einsatz innen wie außen möglich
• Flexibler Standort (Umweltenergie Luft überall erschließbar)
• Keine besonderen Genehmigungen für Grabungen notwendig
• Kontrollierte Wohnraumlüftung (Luftzirkulation verhindert Schimmelbildung)
• Im Sommer zusätzlich als Kühlanlage nutzbar
• Optimale Lösung für Passivhäuser

Nachteile 

• Baurechtliche Vorschriften für Lärmschutz
• Abhängigkeit zu Außentemperaturen (Geringere Effizienz in kalten Monaten, zusätzlich Strom) Ausgleich durch Kombi mit anderer Heizungsart
• Wartungsintensiv durch Luftfilter
• Höhere Betriebskosten
• Gefahr von zu trockener Luft
• Haus muss luftdicht sein

Luft-Wasser-Wärmepumpe:

Vorteile

• Niedrige Investitionskosten
• Vielfältige Aufstellungsoptionen (innen und außen)
• Wenig Stellplatz notwendig (Platzersparnis bei Positionierung außerhalb)
• Kostenfreie Wärmequelle zur jeder Tageszeit
• Erweiterung durch Kaskadenfunktion
• Keine behördliche Genehmigung
• Für Neubau und Modernisierung
• Nachträglicher Einbau möglich
• Im Sommer zusätzlich als Kühlanlage nutzbar
• Kompakt und flexibel
• Gut geeignet in Kombination mit Fußbodenheizung oder großflächigen Heizkörpern
• Geringe Wartungskosten

Nachteile 

• Betriebskosten abhängig von Temperatur (zusätzlicher Strom als Antriebsenergie)
• Geringerer Wirkungsgrad als bei anderen Wärmepumpen
• Betriebsgeräusche (bis zu 50 Dezibel)
• Pufferspeicher notwendig (ermöglicht schnelles Abtauen des Wärmetauschers)
• Gefahr von zu trockener Luft
• Haus muss luftdicht sein
• Schallschutzbestimmungen haben Einfluss auf Standort
• Hoher Wartungsaufwand (Kältemittel- und Heizkreislauf)

Mit welchen Kosten muss ich rechnen?

Mit dieser Gleichung lassen sich die Betriebskosten berechnen:

Strompreis je kWh
———————————————– = Kosten je kWh Wärme
Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe

Zusätzlich kann die Wirtschaftlichkeit mittels spezieller Stromtarife erhöht werden. Neben den Fixkosten hängen die Verbrauchskosten von einigen Faktoren ab:

• Isolation des Hauses
• Effizienz der Wärmepumpe (Jahresarbeitszahl)
• Strompreis
• Temperatur der Umgebungsluft

Welche technischen Lösungen stehen mir zur Verfügung?

Je nach Standort und Bedingungen für die Luft- oder Wasser-Wärmepumpe gibt es verschiedene Ansätze der optimalen Nutzung der Energie:

• Kompaktgerät – ein Gehäuse für die gesamte Technik
• Split-Geräte – ein Innen- und ein Außengerät

Bei Split-Geräten befinden sich alle Einheiten, außer Verflüssiger und Kältekreislaufkomponenten, in der Außeneinheit. Mittels Verbindungsleitungen verlegt der zertifizierte Fachmann die beiden Einheiten. Weniger Leitungen im Haus und eine frostfreie Garantie bei einem Stromausfall im Gebäue sind große Vorteile der Split-Geräte. Immer wieder finden technische Entwicklungen den Weg auf den Absatzmarkt der Wärmepumpen. In vielen Fällen dient es der Leistungsanhebung sowie der Effizienz der Geräte. Einige Ansätze steigern nun die Produktivität der Wärmepumpe:

Kompressor mit Drehzahlregelung erhöht Teillastbetrieb

• Verbesserung der Jahresarbeitszahl
• Stufenlose Regelung möglich – oder über viele einzelne Stufen
• Halbe Leistung senkt Temperaturgradient zwischen Verdampfer und Kondensator
• Senkung der Strömungsverluste durch Reibung in Leitungen

Wärmeüberträger mit Abluft speisen

• Vorwärmung der Abluft von Lüftungsanlagen
• Steigerung der Effektivität einer Wärmepumpe dank niedrigem Gradienten
• Erhöhung der Effizienz
• Senkung des Energieverbrauchs

Dampfspritzverfahren

• Höheres Temperaturniveau für Kältemittel möglich
• Einsatz für Hochtemperaturheizungen

Erdwärmetauscher

• Zusätzlicher unterirdischer Luftbrunnen
• Ansaugen der Luft über ein Rohr
• Erdwärme wärmt Luft im Winter vor, kühlt im Sommer ab
• Steigert die Effizienz – besonders in kalten Monaten

Welche Anwendungen von Wärmepumpen bieten sich an?

Wärmepumpen verhelfen zur Wärmezufuhr und senken die Kosten für externe Energieanbieter. Des Weiteren fördern sie die autonome Beheizung. Einige der wichtigsten Anwendungen werden folgend vorgestellt:

Wärmepumpenheizung

• Heizung von Schwimmhallen oder Eigenheimen
• Gebäude mit niedrigem Temperaturniveau
• Architekturen mit vorhandenem Wärmereservoir
• Effizienz sinkt bei Heizkörpern im unsanierten Altbau

Warmwasserbereitung

• Mittels Brauchwasserwärmepumpen oder Heizungs-Wärmepumpen
• Höhere Effizienz als ein Elektroboiler
• Niedrigere Effizienz als das Heizungsmodell

Industrielle Prozesse

• Trocknung von Ernte oder Holz
• Wärmepumpen-Wäschetrockner

Wie steht es bei den Wärmepumpen mit dem Energieverbrauch?

Der Energieverbrauch einer Wärmepumpe wird mit der Leistungszahl ausgedrückt. In diesem Verhältnis stehen die gewonnene Nutzwärme zu der eingesetzten Energie für den Antrieb der Maschine. Dieser wird auch als COP bezeichnet – Coefficient Of Performance. Mit einer Leistungszahl von 3 werden aus 1 kW/h Antriebsenergie sowie 2 kW/h Umweltenergie 3 kW/h Nutzwärme erzeugt. Diese Leistungszahl ist von folgenden Kenngrößen abhängig:

• Benötigter Energiebedarf
• Temperatur der natürlichen Energiequelle
• Verhältnis beider vorhergehender Punkte
• Schnelle Heizung

Viel entscheidender ist jedoch die Jahresarbeitszahl. Diese entspricht dem Mittelwert der erbrachten Leistungszahlen über den Zeitraum eines gesamten Jahres. Trotz einer guten Leistungszahl kann die Wärmepumpe bis zu 50 Prozent Energie verlieren. Dies liegt darin begründet, dass Energie von außen eingesetzt und lediglich Niedertemperaturwärme geschaffen wird. Dennoch zeigen sich diese Heizungselemente viel effizienter als Heizkessel und offenbaren zudem noch Potenzial zur Verbesserung. Normalerweise funktioniert eine Wärmepumpe im Taktbetrieb – ein Thermostat schaltet sie nach Bedarf ein und aus. Besonders Energie effizient zeigen sich dabei leistungsgeregelte Wärmepumpen. Dafür stehen einige technische Lösungen parat.

Bekomme ich eine Förderung für meine Luft Wärmepumpe?

Heizen mit regenerativen Energiequellen wird auf verschiedenen Wegen gefördert. Zur Minimierung der CO2-Emission vergibt der Staat zuverlässige Fördergelder. Zudem können regionale Projekte angefragt werden. Folgende Anlaufstellen stehen für Fördergelder zur Verfügung:

• Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA)
• KfW Bank

Für eine Wärmepumpe mit einer Leistungsarbeitszahl von 3,5 oder besser sind mindestens 1.300 Euro sicher – bei leistungsgeregelten Varianten 1.500 Euro. Zudem muss ein gültiges EHPA-Gütesiegel der Wärmepumpe vorliegen. Es gibt zwei Fördermodelle:

• Basisförderung JAZ 3,5
• Innovationsförderung JAZ 4,5

Gefördert werden in diesem Fall Wärmepumpen, welche eine Nennwärmeleistung von 100 Kilowatt erbringen. Zudem ist die Förderung von diesen Aufgaben abhängig:

• Kombination Raumheizung und Warmwasserheizung
• Ausschließliche Raumheizung bei Warmwasserbereitung durch andere erneuerbare Energien
• Ausschließliche Raumheizung in Nichtwohngebäuden
• Bereitstellung von Prozesswärme
• Produktion von Wärme fürs Wärmenetz

Hingegen werden reine Luft-Luft-Wärmepumpen nicht gefördert. Auch Modelle zur ausschließlichen Warmwasserheizung sind davon ausgeschlossen. Zudem kommen folgende Förderungen dazu:

• Heizungscheck – maximal 200 Euro (für 3-7 Jahre alte Wärmepumpen)
• Wärmenetzeinspeisung – bis 500 Euro
• Optimierungsprämie – bis zu 10 Prozent der Anschaffungskosten

Welche rechtlichen Bestimmungen müssen erfüllt sein?

Für den Gebrauch einer Luft Wärmepumpe sind im Gegensatz zu den alternativen Wärmepumpen Systemen keine Anmeldungen beim Landratsamt, der Kreisverwaltungsbehörde oder dem Wasserwirtschaftsamt notwendig. Lediglich die Bestimmungen bezüglich des Schallschutzes werden bei einer Installation überprüft. Die Schallemission ist abhängig von:

• Grad des Wärmeentzugs (je mehr, desto lauter)
• Luftschall durch Ventilator
• Körperschall durch Motor
• Vermeidung durch Entkopplung vom Bauträger (Beton-Fundamentplatte mit untergelegter Gummimatte)
• Schallharte Böden wie Fliesen fördern Schallentwicklung
• Leichtbaudecken oder -fußböden erhöhen Risiko
• Flexible Anschlussleitungen senken Risiko
• Aufstellung in Nischen, an Mauerecken erhöht Schallpegel
• Ausblasen der Luft nicht zum Nachbarn oder schutzbedürftigen Bereichen
• Rasenflächen schlucken Schall
• Leere Räume erhöhen den Schall
• Zu kleine Luftkanäle oder behinderte Luftwege

In Wohngebieten gilt es folgende Werte einzuhalten:

• Kerngebiete – Tag 60 dB(A), Nacht 45 dB(A)
• Dorf- und Kleinsiedlungsgebiete – Tag 55 dB(A), Nacht 40 dB(A)
• Reine Wohngebiete – Tag 50 dB(A), Nacht 35 dB(A)
• Kurgebiete, Krankenhäuser, Pflegeanstalten – Tag 45 dB(A), Nacht 35dB(A)
• Innerhalb von Gebäuden – Tag 35 dB(A), Nacht 25 dB(A)