Wärmepumpe – behagliche Wärme ohne Flamme

Seit Menschengedenken ist die Flamme ein Symbol für behagliche Wärme. Das Heizen mit Kohle, Öl und Erdgas war jahrzehntelang der Garant für angenehm temperierte Räume zu günstigen Preisen. Heute wissen wir, dass Wärme aus fossilen Brennstoffen wesentlicher Treiber des Klimawandel ist, und dass Wärme auch ohne Feuer und Flamme erzeugt werden kann – nämlich mit Wärmepumpen. Sie werden elektrisch betrieben, sind hocheffizient und werden in Kombination mit Photovoltaik als Wunderwaffe der Wärmewende gehandelt. Die Nachfrage nach Wärmepumpen geht gerade durch die Decke: Lieferzeiten von 12 und mehr Monaten sind bei europäischen Herstellern eher die Regel als die Ausnahme.

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die unter Aufwendung technischer Arbeit thermische Energie aus einem Umfeld mit niedrigerer Temperatur – z. B. Außenluft, Erdreich oder Wasser – aufnimmt und unter Druck als Nutzwärme auf ein höheres Temperaturniveau hebt. Die Funktion kann man sich ungefähr so vorstellen, wie die Wärme, die beim Aufpumpen eines Fahrradreifens in der Luftpumpe entsteht: Luft wird komprimiert – Wärme entsteht.

Seit wann gibt es Wärmepumpen?

Dem US-Amerikaner Jacob Perkins gelang 1834 als erstem der Bau einer Maschine, die durch Kompression thermische Differenzen erzeugen konnte. Damals wurde mit Dampf-Kompressionsmaschinen Kunsteis hergestellt. In der Schweiz wurden während des ersten und zweiten Weltkrieges Energieimporte schwierig, und man entwickelte hocheffiziente Wärmepumpensysteme, die zu den führenden in der Welt gehörten, weil sie aus wenig Energie sehr viel Wärme erzeugen konnten. Trotz ihres Erfolgs in der Schweiz bleibt die Wärmepumpe ein Exot unter den Wärmeerzeugern: Billiges Erdöl, Erdgas und Kohle – als auch der Prozess selbst, nämlich Wärme ohne Flamme zu erzeugen – verhindern einen Durchbruch der Technik als Wärmeerzeuger für die breite Masse. Erst die Erdölkrise 1975 und die zweite 1979 mit Preissteigerungen von bis zu 300 Prozent führen zur Weiterentwicklung der Wärmepumpentechnik. Seit ca. 1990 verbreitetet sich die Wärmepumpenheiztechnik kontinuierlich, denn nicht nur die Technik ist ausgereifter, sondern auch Planer und Installateure sind besser ausgebildet und sind gegenüber der Technik offener. Außerdem wurden Gütesiegel und Standards entwickelt, und auch der Preis für Wärmepumpen ist mit steigenden Stückzahlen gesunken.

Vorteile der Wärmepumpenheizung

Der herausragende Vorteil elektrisch angetriebener Wärmepumpen ist ihre Effizienz: Sie erzeugen aus der eingesetzten elektrischen Energie ein Vielfaches an Wärmeenergie und sind somit effizienter als vergleichbare Heizsysteme, die Wärme durch Verbrennung erzeugen. Werden Wärmepumpenheizsysteme außerdem mit Strom aus regenerativen Energien betrieben ist die Wärmeerzeugung auch CO2-neutral.

Nachteile von Wärmepumpen

Die niedrige Vorlauftemperatur von ca. 40° Celsius wirkt sich vor allem in Bestandsgebäuden aus, die bisher mit Öl- oder Gasheizung mit Vorlauftemperaturen von 60 bis 70 Grad beheizt werden. Vor einem Wechsel auf eine Wärmepumpenheizung sollte eine Heizlastberechnung im Gebäude durchgeführt werden. Gegebenenfalls müssen Heizkörper gegen solche mit größeren Heizflächen ausgetauscht werden, sodass mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur die gleiche Raumtemperatur wie mit dem alten System erreicht werden kann. Zusätzlich kann die Gebäudehülle gedämmt werden, um den Energiebedarf im Haus zu reduzieren. Werden diese Maßnahmen bei Bestandsgebäuden nicht im Vorfeld ausgeführt, kann eine Wärmepumpe zur Kostenfalle werden, weil sie eine für sie untypisch hohe Vorlauftemperatur liefern muss. Das kostet Energie und verkürzt die Lebensdauer des Geräts.

Wärmepumpe im Neubau

Ein Neubau hat den Vorteil, dass Gebäudehülle und Heizsystem optimal aufeinander abgestimmt werden können – aber Neubauten sind teuer, verbrauchen Fläche und Rohstoffressourcen.

Die Wärmequellen: Tiefenbohrung – Erdkollektor – Außenluft

Ob eine Wärmepumpe ihre Primärenergie aus einem senkrecht in die Erde getriebenen 100 Meter tiefen Bohrloch, einem großflächig angelegten Erdkollektor oder aus der Umgebungsluft bezieht, hängt unter anderem von der zur Verfügung stehenden Fläche und der Beschaffenheit des Erdreichs ab. Die Luft-Wärmepumpe, ist einfach zu installieren und erfordert geringe Vorarbeiten. Sie hat allerdings den Nachteil, dass vor allem im Winter das Temperaturdelta von Außenluft zu Vorlauftemperatur sehr groß sein kann und dessen Überbrückung viel Energie verbraucht. Bei Wärmepumpen, die ihre Energie aus Erdkollektoren beziehen, liegt das Temperaturniveau ab einem Meter Tiefe im Winterhalbjahr bei ca. 4,5° Celsius – ab zwei Metern Tiefe sogar bei 6° Celsius. Ab ca. acht Metern Tiefe bleibt die Bodentemperatur ganzjährig konstant bei ca. 10° Celsius. Tiefenbohrungen für Erdwärmesonden werde mit Tiefen von 50 bis 200 Meter angelegt und liefern ganzjährig konstante Temperaturen von um die 10° Celsius. Der Aufwand ist bei den erdgebundenen Kollektoren im Vergleich zur Luftwärmepumpe höher, dafür beziehen sie Energie aus Ressourcen mit gleichbleibenden Temperaturen, was wiederum die Effizienz steigert.

Wärmepumpe und Photovoltaik

Photovoltaik ist bei einer Wärmepumpe fast ein „Muss“, denn jedes selbst erzeugte Watt muss nicht teuer zugekauft werden - und ja - Photovoltaik produziert auch im Winter Strom – nicht so viel wie im Sommer, aber doch so viel, dass er sich in der Wirtschaftlichkeit positiv niederschlägt. Wer seine Wärmepumpe im Sommer zur Kühlung einsetzen möchte, ist mit Photovoltaik sowieso auf der Gewinnerseite und betreibt seine Wärmepumpe-Klimaanlage praktisch zum Nulltarif.

Dynamischer Wärmestromtarif mit Ökostrom

Eine weitere Option Wärmepumpenheizungen effizient zu betreiben, sind dynamische Wärmestromtarife wie die von Corrently: Sie bieten sauberen Ökostrom aus der eigenen Region zu günstigen Preisen, weil Netzbetreiber die Belieferung für die Netzsteuerung flexibel gestalten dürfen.
Fazit

Die Wärmepumpe boomt aufgrund ihrer Effizienz, ihrer klimaschützenden Arbeitsweise und der Unabhängigkeit, die sie in Verbindung mit Photovoltaik-Eigenstromerzeugung bei der Wärmeerzeugung verleiht. Ob es eine Luft-, Erdkollektor- oder Erdsonden-Wärmepumpe sein soll, ist neben den im Artikel genannten Faktoren auch vom persönlichen Geschmack abhängig. Gute Planung vorausgesetzt, ist eine Wärmepumpe ein Garant für eine wartungsarme, von fossilen Energien unabhängige und damit zukunftssichere Wärmerzeugung.