Luft-Wasser Wärmepumpe

Wärmepumpen

Kurz erklärt:
Eine Wärmepumpe ist eine Heizung, welche die in der Umwelt gespeicherte thermische Energie nutzt, um Gebäude zu erwärmen. Anders als bei Holz-, Öl- oder Gasheizungen funktioniert das jedoch nicht durch eine Verbrennung, sondern über einen komplizierten technischen Prozess. Wie in einem Kühlschrank kommt es darauf an, thermische Energie mit geringen Temperaturen auf ein höheres Niveau anzuheben. Während das im Kühlschrank dazu führt, dass das Innere angenehm kühl bleibt, ermöglicht der Prozess in der Wärmepumpe, dass die Umweltwärme im Heizungssystem verwendet werden kann.

Luft-Luft Wärmepumpe

Sole-Wasser Wärmepumpe

Wasser-Wasser Wärmepumpe

Luft-Wasser-Wärmepumpen speisen die Heizung mit Energie aus der Luft. Diese ist kostenfrei verfügbar und lässt sich sogar bei niedrigen Außentemperaturen noch gewinnen. Aber wie funktioniert das genau, für welche Gebäude eignet sich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe und mit welchen Kosten müssen Sie rechnen? ´

Für Einfamilienhäuser mit einer Heizleistung von acht bis zwölf Kilowatt belaufen sich die Kosten einer solchen Wärmepumpe auf rund 10.000 bis 16.000 Euro. Inbegriffen sind sämtliche Anbauteile sowie Zubehör wie Rohrleitungen. Der konkrete Preis hängt insbesondere vom Wärmepumpentyp ab. Die Außenaufstellung kann im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Innenaufstellung etwas teurer sein. Zudem muss zwischen Anlagen mit Invertertechnik, Wasserführung sowie modulierenden Anlagen unterschieden werden. Auch Kombinationen mit elektrischen Zusatzheizungen sind denkbar.

Für die Aufstellung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe muss mit Handwerkerkosten von 1.500 bis 2.500 Euro gerechnet werden. Zubehörteile wie Rohrleitungen bei der Außenaufstellung können mit bis zu 1.000 Euro zu Buche schlagen. Insgesamt hängen die konkreten Kosten der Außenluft-Heizung von unterschiedlichen Faktoren ab. So können die Kosten beispielsweise regional sehr verschieden sein. Die angegebenen Kosten für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sind lediglich Richtwerte zur Orientierung.

Weil die Luft-Wärmepumpe nahezu wartungsfrei ist, entstehen jedes Jahr nur etwa 50 bis 100 Euro an Kosten für einen Techniker, der die Kältemittelleitungen auf Dichtigkeit prüft.

Wie bei anderen Wärmepumpenarten auch basiert die Funktion der Luft-Wasser-Wärmepumpe auf dem Prinzip eines Kühlschranks. Während vergleichbare Systeme Energie aus dem Grundwasser oder dem Erdreich nutzbar machen, setzt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe dabei auf die Wärmegewinnung aus der Luft. Wie das funktioniert, lässt sich in vier Schritten verständlich erklären.

Luft-Wasser WP

Sole-Wasser Wärmepumpe

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist eine Umweltheizung zur Wärmegewinnung aus der Luft. Möglich ist dies durch einen speziellen technischen Prozess. Dabei entzieht sie der Umgebungsluft Wärme, hebt diese auf ein höheres Niveau und gibt sie an das Heizungswassers der Zentralheizung ab. So sorgt die Wärmepumpe mit Luft und ganz ohne fossile Energieträger effizient für warme Räume. Bei Bedarf übernimmt sie aber auch die Warmwasserbereitung. Das grundlegende Prinzip von Wärmepumpen fasst das folgende Video einfach zusammen.
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt als Energiequelle die Erdwärme. Das Erdreich ist nämlich ein hervorragender Speicher thermischer Energie. Die Temperaturen liegen das ganze Jahr zwischen sieben und 13 Grad Celsius. Das gilt auch für die kalte Jahreszeit; selbst dann noch, wenn die obere Erdschicht vereist ist. Die tieferen Regionen bleiben davon unberührt, sodass die Funktionsfähigkeit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe niemals wirklich gefährdet ist. Um diese Wärme für den Betrieb einsetzen zu können, gibt es zwei Varianten der Gewinnung: sogenannte Erdsonden und Erdkollektoren.

Erdsonden werden bis zu einer Tiefe von 40 bis 100 Metern in das Erdreich eingebracht, weshalb der Platzbedarf vergleichsweise gering ist. Die Sonden werden durch eine Bohrung vertikal in die Erde eingelassen. In seltenen Fällen erfolgt eine tiefere Bohrung, die jedoch einer Zulassung durch die Bergbehörde bedarf. Grundsätzlich unterliegen Tiefenbohrungen für Erdsonden bergrechtlichen Bestimmungen und müssen nach § 127 BbergG (Bundesberggesetz) der zuständigen Bergbehörde gemeldet werden. Die Tiefenbohrung für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe erfordert außerdem einen hydrogeologisch einwandfreien Standort. Das bedeutet, dass er den Vorgaben nach dem Wasserhaushaltsgesetz genügen muss. Eine Genehmigung für die Wärmepumpe durch die untere Wasserbehörde wird nicht erteilt, wenn durch die Bohrarbeiten das Grundwasser gefährdet wird.

Im Gegensatz zu Erdsonden sind Erdkollektoren horizontal und großflächig angeordnet. Sie werden in einer Tiefe von mindestens 0,8 bis 1,5 Metern schlangenförmig im Erdboden verlegt, also unterhalb der Frostgrenze, um ein Einfrieren in der kalten Jahreszeit zu vermeiden. Der Abstand zwischen den einzelnen Rohren beträgt 0,6 bis 0,8 Meter. Diese großflächige Variante der Sole-Wasser-Wärmepumpe hat einen Platzbedarf, der sich an der Größe der zu beheizenden Fläche orientiert. Als Faustformel für die Berechnung der Fläche für Erdkollektoren wird die zu beheizende Quadratmeterfläche verdoppelt. Platzsparender sind Grabenkollektoren. Diese lassen sich bei Bedarf auch senkrecht verlegen und nehmen dadurch nur wenig Platz in Anspruch.

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. Allein der Name verrät ihre Energiequelle, das Grundwasser. Dieses ist der ideale Energieträger für die Wärmepumpe, da es ganzjährig eine Temperatur zwischen acht und zwölf Grad Celsius aufweist. Saisonale Schwankungen gibt es bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe kaum.

Aus dem Förderbrunnen, dessen Tiefe sich am Stand des Grundwasserspiegels orientiert, wird Grundwasser nach oben gepumpt und zur eigentlichen Wärmepumpe weitergeleitet. Auch bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe gibt es ebenso wie bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe einen Kältemittelkreislauf. Das Kältemittel nimmt die Wärme aus dem Grundwasser auf. Ein mit Strom betriebener Scrollverdichter komprimiert das Kältemittel, sodass der Druck ansteigt und sich die Temperatur weiter erhöht.

Über einen Wärmetauscher wird die Wärme des nun gasförmigen Kältemittels an das Heizungswasser im Haus abgegeben. Dabei kühlt sich das Kältemittel ab und verflüssigt sich wieder. Dieser Vorgang wird durch ein Expansionsventil unterstützt, das gleichzeitig den Druck kontrolliert. Das um durchschnittlich fünf Grad kältere Grundwasser wird über Rohre in den Schluckbrunnen geleitet. Nun startet der Kreislauf erneut mit der Folge, dass das Kältemittel wieder Wärme aus dem Förderbrunnen aufnimmt. Das folgende Video stellt die Funktionsweise von Wärmepumpen anschaulich dar.

Der Bau einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist nicht empfehlenswert, wenn das Grundwasser am geplanten Standort einen zu hohen Gehalt an Mangan oder Eisen aufweist. Es könnten sich Oxide anlagern, die die Funktionsfähigkeit des Wärmetauschers beeinträchtigen. Deshalb ist eine Analyse des Grundwassers vor dem Bau ratsam.

Eine Wärmepumpe für Wasser-Wasser-Anwendungen bietet einige Vorteile. Dazu gehört der geringe Platz, den sie benötigt. Unter der Voraussetzung, dass die Temperatur des Grundwassers relativ hoch ist, erweist sich das Heizsystem als sehr wirtschaftlich.

Ein weiterer Vorteil gegenüber anderen Wärmepumpen besteht in der konstanten Temperatur des Grundwassers durch alle Jahreszeiten, sodass die Anforderungen an die Anlage sehr genau berechnet und individuell angepasst werden können. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe kann nicht nur zum Aufwärmen von Brauchwasser, sondern auch zur Erwärmung von Heizwasser sowie im Sommer zum Kühlen verwendet werden.

Wärmepumpenanlagen, die aus Grundwasser gespeist werden, eignen sich hervorragend für den monovalenten Betrieb. Das heißt, dass als Heizenergie allein die Nutzung der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ausreicht und die Inbetriebnahme einer weiteren Heizanlage entbehrlich ist.

Ein Nachteil ist, dass der Aufwand für die Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe aufgrund der beiden Brunnenbohrungen vergleichsweise hoch ist. Das gilt nicht nur für den Planungs- und Arbeitsaufwand, sondern auch für die damit verbundenen Kosten. Je nach Energieaufwand für den Pumpvorgang und den damit verbundenen Stromverbrauch kann sich die Effizienz der Anlage verschlechtern. Ein weiterer Nachteil sind die engmaschigen gesetzlichen Vorgaben, die den Betrieb einer Wärmepumpe für Wasser-Wasser-Anwendungen deutlich erschweren. Den Kreislauf sollte ein Fachmann regelmäßig kontrollieren. Bei einer geringen Gefährdung des Trinkwassers kann es passieren, dass die Anlage stillgelegt werden muss. Außerdem ist die zuständige Verwaltungsbehörde über bauliche Veränderungen an der Anlage oder ihre Stilllegung umgehend zu informieren.

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.