Luft-Wasser Wärmepumpe

Wärmepumpen

Kurz erklärt:
Eine Wärmepumpe ist ein Heizsystem, das die in der Umwelt gespeicherte Wärme nutzt, um Gebäude zu beheizen. Im Gegensatz zu Holz-, Öl- oder Gasheizungen erfolgt die Wärmeerzeugung nicht durch Verbrennung, sondern durch einen technischen Prozess.

Ähnlich wie bei einem Kühlschrank wird dabei Wärme von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau „gepumpt“. Während der Kühlschrank dem Innenraum Wärme entzieht und ihn kühlt, macht die Wärmepumpe die Umweltwärme für das Heizsystem nutzbar und sorgt so effizient für angenehme Raumtemperaturen.

Luft-Wasser Wärmepumpe

Luft-Luft Wärmepumpe

Sole-Wasser Wärmepumpe

Wasser-Wasser Wärmepumpe

Luft-Wasser-Wärmepumpen versorgen Heizungsanlagen mit Energie aus der Umgebungsluft. Diese steht kostenfrei zur Verfügung und kann selbst bei niedrigen Außentemperaturen noch genutzt werden. Doch wie genau funktioniert eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, für welche Gebäude ist sie geeignet und mit welchen Kosten ist zu rechnen?

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe zählt zu den umweltfreundlichen Heizsystemen. Über einen technischen Prozess entzieht sie der Außenluft Wärme, hebt diese auf ein höheres Temperaturniveau an und überträgt sie auf das Heizungswasser der Zentralheizung. Auf diese Weise sorgt sie ganz ohne fossile Energieträger für angenehm warme Räume und kann bei Bedarf auch die Warmwasserbereitung übernehmen.

Für Einfamilienhäuser mit einer Heizleistung von etwa acht bis zwölf Kilowatt liegen die Anschaffungskosten einer Luft-Wasser-Wärmepumpe in der Regel zwischen 10.000 und 16.000 Euro. In diesem Preis sind alle notwendigen Komponenten sowie Zubehör wie Rohrleitungen enthalten. Die tatsächlichen Kosten hängen unter anderem vom gewählten Wärmumpentyp ab. So kann eine Außenaufstellung im Vergleich zur Innenaufstellung etwas teurer sein. Zudem unterscheiden sich die Systeme hinsichtlich Invertertechnik, Wasserführung und modulierender Betriebsweise. Auch Kombinationen mit elektrischen Zusatzheizungen sind möglich.

Für die Montage einer Luft-Wasser-Wärmepumpe sollten zusätzlich Handwerkerkosten von etwa 1.500 bis 2.500 Euro eingeplant werden. Bei Außenaufstellungen können weitere Ausgaben für Zubehör, etwa Rohrleitungen, von bis zu 1.000 Euro anfallen. Insgesamt werden die Kosten von verschiedenen Faktoren beeinflusst, darunter regionale Preisunterschiede und individuelle Gegebenheiten vor Ort. Die genannten Beträge dienen daher lediglich als Richtwerte zur Orientierung.

Da Luft-Wasser-Wärmepumpen nahezu wartungsfrei sind, fallen jährlich lediglich geringe Kosten an. In der Regel liegen diese bei etwa 50 bis 100 Euro und entstehen durch die Überprüfung der Kältemittelleitungen auf Dichtigkeit durch einen Fachbetrieb.

Wie bei anderen Wärmepumpenarten basiert auch die Luft-Wasser-Wärmepumpe auf dem Funktionsprinzip eines Kühlschranks. Während andere Systeme Wärme aus dem Erdreich oder dem Grundwasser nutzen, gewinnt die Luft-Wasser-Wärmepumpe ihre Energie aus der Umgebungsluft. Der technische Ablauf lässt sich dabei anschaulich in vier Schritten erklären.

Luft-Wasser WP

Sole-Wasser Wärmepumpe

Luft-Wasser-Wärmepumpen versorgen Heizungsanlagen mit Energie aus der Umgebungsluft. Diese steht kostenfrei zur Verfügung und kann selbst bei niedrigen Außentemperaturen noch genutzt werden. Doch wie funktioniert eine Luft-Wasser-Wärmepumpe genau, für welche Gebäude eignet sie sich und mit welchen Kosten ist zu rechnen?

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe zählt zu den umweltfreundlichen Heizsystemen zur Wärmegewinnung aus der Luft. Über einen technischen Prozess entzieht sie der Umgebungsluft Wärme, hebt diese auf ein höheres Temperaturniveau an und überträgt sie auf das Heizungswasser der Zentralheizung. Auf diese Weise sorgt sie ganz ohne fossile Energieträger effizient für warme Räume und übernimmt bei Bedarf auch die Warmwasserbereitung. Das grundlegende Funktionsprinzip von Wärmepumpen lässt sich anschaulich in einem begleitenden Video zusammenfassen.

Eine weitere Variante ist die Sole-Wasser-Wärmepumpe, die Erdwärme als Energiequelle nutzt. Das Erdreich eignet sich besonders gut als Wärmespeicher, da dort ganzjährig Temperaturen zwischen etwa sieben und 13 Grad Celsius herrschen. Selbst in der kalten Jahreszeit, wenn die obere Erdschicht gefroren ist, bleiben die tieferen Bodenschichten davon unberührt. Dadurch ist die zuverlässige Funktion einer Sole-Wasser-Wärmepumpe dauerhaft gewährleistet. Für die Erschließung der Erdwärme kommen zwei Systeme zum Einsatz: Erdsonden und Erdkollektoren.

Erdsonden werden vertikal in das Erdreich eingebracht und reichen in der Regel 40 bis 100 Meter tief. Der Platzbedarf an der Oberfläche ist dadurch vergleichsweise gering. In Einzelfällen sind auch tiefere Bohrungen möglich, diese bedürfen jedoch einer Genehmigung durch die zuständige Bergbehörde. Grundsätzlich unterliegen Tiefenbohrungen für Erdsonden den bergrechtlichen Vorgaben und müssen gemäß § 127 Bundesberggesetz bei der zuständigen Behörde angezeigt werden. Zudem ist ein hydrogeologisch geeigneter Standort erforderlich, der den Anforderungen des Wasserhaushaltsgesetzes entspricht. Eine Genehmigung wird nicht erteilt, wenn durch die Bohrung eine Gefährdung des Grundwassers zu erwarten ist.

Erdkollektoren hingegen werden horizontal und großflächig im Erdreich verlegt. Sie befinden sich in einer Tiefe von etwa 0,8 bis 1,5 Metern und damit unterhalb der Frostgrenze, um ein Einfrieren im Winter zu vermeiden. Die Rohrleitungen werden schlangenförmig mit einem Abstand von etwa 0,6 bis 0,8 Metern verlegt. Der benötigte Flächenbedarf richtet sich nach der zu beheizenden Wohnfläche. Als Faustregel gilt, dass die Fläche der Erdkollektoren etwa doppelt so groß sein sollte wie die beheizte Wohnfläche. Eine platzsparende Alternative stellen sogenannte Grabenkollektoren dar, die bei Bedarf auch senkrecht verlegt werden können und somit weniger Grundstücksfläche beanspruchen.

Im Vergleich zu anderen Typen der Wärmepumpe, der Luft-Wärmepumpe oder der Wasser-Wasser-Wärmepumpe, verfügt die Sole-Wasser-Wärmepumpe über einige Vorteile:

Zur Wärmegewinnung stehen gleich mehrere Absorber-Systeme zur Verfügung. Dazu gehören Erdkollektoren, Grabenkollektoren oder Erdsonden.
Bei der Nutzung von Erdkollektoren oder Grabenkollektoren ist keine behördlichen Genehmigungen (zum Beispiel die Untere Wasserbehörde bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe) notwendig.
Die Erdwärme als Energiequelle ist im Vergleich zur Umgebungsluft im Winter sehr hoch (circa zehn Grad Celsius und das konstant).
Auch die staatlichen Fördersummen für Sole-Wasser-Wärmepumpen sind deutlich höher als die für Luft-Wasser-Wärmepumpen.
Mit einer Wärmepumpe Sole-Wasser ist es möglich, nicht nur zu heizen und Brauchwasser aufzubereiten, sondern bei hochsommerlichen Temperaturen auch zu kühlen.

Ganz frei von Nachteilen ist eine solche Wärmepumpe natürlich nicht. Womit sie nicht punkten kann, ist:

Abhängig von der Art der verwendeten Erdkollektoren kann der Flächenaufwand für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe sehr hoch sein.
Bei der Verwendung von Erdsonden können die Kosten für Tiefenbohrung vergleichsweise hoch ausfallen.
Eine Bohrung ist ferner nicht ohne eine Genehmigung von den unteren Behörden möglich.

Wie viel eine Sole-Wasser-Wärmepumpe kostet, hängt neben der Heizleistung des Gebäudes vor allem auch von der Art der Kollektoren ab. Während Sondenbohrungen etwa 60 bis 100 Euro pro Meter kosten, zahlen Hausbesitzer für Erdkollektoren etwa 20 bis 30 Euro pro Quadratmeter. Für die Wärmepumpe selbst müssen sie noch einmal 10.000 bis 15.000 Euro einplanen. Gewissheit bringt in jedem Fall das Angebot durch einen Installateur.

Sole-Wasse W

Wasser-Wasser Wärmepumpe

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe wird auch als Grundwasserwärmepumpe bezeichnet. Wie der Name bereits verrät, nutzt sie das Grundwasser als Energiequelle. Dieses eignet sich besonders gut, da es ganzjährig relativ konstante Temperaturen zwischen etwa acht und zwölf Grad Celsius aufweist. Saisonale Temperaturschwankungen spielen bei dieser Wärmepumpenart daher kaum eine Rolle.

Über einen sogenannten Förderbrunnen, dessen Tiefe sich nach dem Grundwasserspiegel richtet, wird das Grundwasser an die Oberfläche gepumpt und zur Wärmepumpe geleitet. Wie auch bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe kommt ein Kältemittelkreislauf zum Einsatz. Das Kältemittel nimmt die im Grundwasser gespeicherte Wärme auf und wird anschließend durch einen elektrisch betriebenen Scrollverdichter verdichtet. Durch den steigenden Druck erhöht sich dabei auch die Temperatur des Kältemittels.

Die nun nutzbare Wärme wird über einen Wärmetauscher an das Heizungswasser im Gebäude abgegeben. Dabei kühlt das Kältemittel ab, verflüssigt sich wieder und wird über ein Expansionsventil entspannt, das zugleich den Druck reguliert. Das um durchschnittlich etwa fünf Grad abgekühlte Grundwasser wird anschließend über Rohrleitungen in einen Schluckbrunnen zurückgeführt. Danach beginnt der Kreislauf erneut, indem das Kältemittel wieder Wärme aus dem Förderbrunnen aufnimmt. Ein begleitendes Video veranschaulicht die Funktionsweise von Wärmepumpen zusätzlich.

Der Einsatz einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist jedoch nicht in jedem Fall sinnvoll. Weist das Grundwasser am vorgesehenen Standort einen hohen Gehalt an Eisen oder Mangan auf, können sich Ablagerungen bilden, die den Wärmetauscher beeinträchtigen. Aus diesem Grund empfiehlt sich vor der Planung eine Analyse der Grundwasserqualität.

Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe bietet zahlreiche Vorteile. Dazu zählt vor allem der geringe Platzbedarf der Anlage. Ist die Grundwassertemperatur am Standort ausreichend hoch, arbeitet dieses Heizsystem besonders effizient und wirtschaftlich.

Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Wärmepumpenarten liegt in der ganzjährig konstanten Temperatur des Grundwassers. Dadurch lassen sich die Anforderungen an die Anlage sehr präzise berechnen und individuell auslegen. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe eignet sich nicht nur zur Erwärmung von Brauch- und Heizwasser, sondern kann im Sommer auch zur Kühlung von Gebäuden eingesetzt werden.

Darüber hinaus sind grundwasserbetriebene Wärmepumpen ideal für den monovalenten Betrieb geeignet. Das bedeutet, dass die Wasser-Wasser-Wärmepumpe allein den gesamten Heizenergiebedarf decken kann und keine zusätzliche Heizungsanlage erforderlich ist.

Demgegenüber stehen jedoch auch einige Nachteile. Der Installationsaufwand ist aufgrund der notwendigen Förder- und Schluckbrunnen vergleichsweise hoch. Dies betrifft sowohl die Planung und Ausführung als auch die damit verbundenen Kosten. Zudem kann sich die Effizienz der Anlage verschlechtern, wenn für den Pumpbetrieb ein hoher Stromaufwand erforderlich ist.

Ein weiterer Nachteil sind die strengen gesetzlichen und wasserrechtlichen Vorgaben, die den Einsatz einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe deutlich erschweren können. Die Anlage muss regelmäßig durch einen Fachbetrieb kontrolliert werden. Bei einer potenziellen Gefährdung des Trinkwassers besteht sogar das Risiko einer Stilllegung. Darüber hinaus sind bauliche Veränderungen an der Anlage sowie eine Außerbetriebnahme der zuständigen Behörde unverzüglich mitzuteilen.

Die Ausgaben für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind vor allem durch die nötigen Brunnenbohrungen vergleichsweise hoch. So kosten diese abhängig von den örtlichen Gegebenheiten zwischen 5.000 und 10.000 Euro. Hinzu kommen die Kosten der Wasser-Wasser-Wärmepumpe selbst, die mit 10.000 bis 15.000 Euro zu Buche schlagen. Erreicht die Wärmepumpenanlage jedoch eine hohe Effizienz, gemessen an der jahreszeitbedingten Raumheizungseffizienz (ETAs), unterstützt der Staat Interessenten mit hohen Zuschüssen. Wir hoch diese ausfallen und wie die Mittel zu beantragen sind, erklären wir im Beitrag zur Förderung für eine Wärmepumpe.

Wasser-Wasser WP

Luft-Luft WP

Luft - Luft Wärmepumpe

Eine Luft-Luft-Wärmepumpe nutzt in der Umgebungsluft gespeicherte Energie, um die Raumluft direkt zu erwärmen. Sie kommt ohne wasserführende Rohre sowie Heizflächen aus und ist häufig Bestandteil einer Luftheizung. Immer öfter kommt das Wärmepumpensystem auch in Form von Split-Klimageräten zum Einsatz, die im Sommer kühlen und im Winter heizen. Doch wie funktioniert eine Luft-Luft-Wärmepumpe? Was unterscheidet sie von anderen Wärmepumpenarten und für wen lohnt sich die Anschaffung? Antworten auf diese Fragen geben wir in den folgenden Abschnitten.

Im Inneren des Wärmeerzeugers läuft der gleiche Prozess wie bei jeder anderen Wärmepumpenart ab. Er basiert auf einem speziellen Kältemittel, das bei der Aufnahme thermischer Energie vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht. In dieser Form strömt es zu einem Verdichter, der mit dem Druck auch die Temperatur erhöht. Im nächsten Schritt passiert das heiße Kältemittel einen Wärmeübertrager, an dem es Wärme an die Raumluft oder die Zuluft einer Lüftungsanlage abgibt. Während sich diese erwärmt, sinkt die Temperatur des Kältemittels wieder ab. Ein Entspannungsventil reduziert den Druck, das Medium geht in den flüssigen Zustand über und nimmt erneut Wärme aus der Umgebung auf.

Geht es um den Einsatz der Luft-Luft-Wärmepumpe, sind im Wesentlichen zwei Bauarten zu unterscheiden. So gibt es Kompaktgeräte in Form von Split-Klimaanlagen und Luft-Luft-Wärmepumpen für Luftheizungen.

Split-Klimageräte bestehen aus einer Innen- und einer Außeneinheit. Letztere saugt Umgebungsluft an, um dieser Energie zu entziehen. Sie enthält den Verdichter und leitet heißes Kältemittel zur Inneneinheit weiter. In dieser gibt das Medium Wärme an die Raumluft ab, die es im Umluftprinzip erhitzt. Damit das funktioniert, befindet sich neben einem Wärmeübertrager auch ein Ventilator zum Umwälzen der Raumluft in der Inneneinheit. Zu unterscheiden sind Single-Splitanlagen (eine Inneneinheit und eine Außeneinheit) sowie Multi-Splitanlagen (mehrere Inneneinheiten und eine Außeneinheit).
Luftheizungen saugen verbrauchte Luft aus dem Haus ab, um diese über einen Wärmerückgewinner nach außen abzuführen. Gleichzeitig holt die Anlage frische Luft von außen herein. Sie leitet die Luftmassen über einen Wärmeübertrager (zum Beispiel Plattenwärmetauscher) und heizt sie mit der Energie der verbrauchten Abluft vor. Die Luft-Luft-Wärmepumpe greift die übrige Restwärme der Abluft auf und bringt die Zuluft auf höhere Temperaturen.

Grundsätzlich können beide Arten der Luft-Luft-Wärmepumpe heizen und kühlen. Beim Heizen im Winter sind Anlagen in Luftheizungen jedoch im Vorteil. Denn diesen steht mit der Abluft ein wärmeres Medium zur Verfügung. Sie müssen das Temperaturniveau weniger stark anheben und verbrauchen dadurch weniger Strom. Aufwand und Kosten bei der Anschaffung sind dafür um einiges höher als bei Split-Klimageräten, die sich ohne zusätzliche Komponenten einfach und schnell installieren lassen.

Um die Effizienz der Luft-Luft-Wärmepumpe zu steigern, lassen sich in Lüftungssysteme integrierte Anlagen mit einem Erdwärmetauscher ausstatten. Dabei handelt es sich um ein großes, unterirdisch verlegtes Kunststoffrohr. Strömt die Außenluft durch dieses hindurch, nimmt sie Erdwärme auf und kommt mit merklich höheren Temperaturen im Haus an. Im Sommer lässt sich die Luft auf diese Weise ohne Verbrauchskosten etwas herunterkühlen, um auch den Kühlprozess zu unterstützen.

Sind die Gegebenheiten günstig, sorgen die Anlagen energie- und kostensparend für wohlige Wärme. Sie lassen sich vergleichsweise einfach installieren und kommen ohne separate Heizflächen aus. Nachteilig ist hingegen, dass Luft-Luft-Wärmepumpen wartungsintensiv sind. So ist die regelmäßige Reinigung von Filtern und Kanälen einer Lüftungsanlage wichtig, um die Keim- und Schimmelbildung zu vermeiden. Bei Split-Klimageräten kommt hinzu, dass diese im Winter nicht immer allein heizen können und außen sowie innen mit einer entsprechenden Geräuschentwicklung verbunden sind.

Die wichtigsten Vorteile der Wärmepumpenart:

Luft-Luft-Wärmepumpe kommt ohne Flächenheizung und ähnliches aus
kostengünstiger als die Installation einer wasserführenden Heizung
einfache und schnelle Installation von Split-Klimaanlagen
Luftreinigung durch Filter bei Luftheizsystemen und Split-Klimageräten
energiesparender Heizbetrieb, wenn die Voraussetzungen erfüllt sind

Die wichtigsten Nachteile der Luft-Luft-Wärmepumpe:

hohe Betriebskosten bei ineffizienten Geräten und ungünstigen Bedingungen
Anlagen mit Lüftungssystemen sind wartungsintensiver als Wasserheizungen
Heizen mit Wärmepumpe und Lüftung lohnt sich nur bei gutem Wärmeschutz
keine Warmwasserbereitung mit Luft-Luft-Wärmepumpen (extra System nötig

Wie hoch bei einer Luft-Luft-Wärmepumpe die Kosten ausfallen, lässt sich nicht pauschal sagen. Denn diese hängen immer auch von der örtlichen Situation ab. Kommt eine kompakte Split-Wärmepumpe zum Einsatz, zahlen Sie je nach Ausführung etwa 1.000 bis 3.000 Euro pro Gerät und Raum. Für komplette Lüftungssysteme sind die Ausgaben höher. Denn hier zahlen Sie neben dem Preis der Luft-Luft-Wärmepumpe selbst auch für Kanäle und deren Einbau in Ihrem Haus. Insgesamt liegen die Anschaffungskosten für ein Einfamilienhaus damit bei etwa 20.000 bis 25.000 Euro.