Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?

Um einen Überblick über die Vielzahl verschiedener Wärmepumpen zu erlangen, müssen immer die beiden zentralen Fragen beantwortet werden:

  • Was ist bzw. welche Bedingungen bietet die Wärmequelle?
  • Was ist bzw. welche Bedingungen bietet die Wärmeabgabe?

Daher werden Wärmepumpen immer durch ein Wortpaar und Zahlenpaar definiert:

z.B. Luft/Wasser Wärmepumpe mit L2/W35°C bedeutet Wärmequelle Luft mit +2°C und Wärmeabgabe Wasser mit +35°C

Dabei ist zu beachten, dass die Effizienz bzw. Leistungsfähigkeit der Wärmepumpe umso besser wird, je geringer der Unterschied zwischen Wärmequelle und Wärmeabgabe ist.

Sie wird umso schlechter, je größer der Unterschied zwischen Wärmequelle und Wärmeabgabe ist.

Es sind je nach Bedingungen Leistungszahlen von z.B. 1,7 bis 6,0 möglich (d.h. 170 % bis 600 %).

Hinzu kommt, dass bei einer zu schwachen Wärmequelle und/oder zu schwachen Wärmepumpe auch bei guter Temperatur der Wärmequelle oftmals zusätzlich eine Heizpatrone zugeschaltet werden muss, welche Strom 1:1 (d.h. 100 %) verheizt. (bessere Lösung hierzu vgl. Wärmepumpen bivalent)

Die Gesamtbilanz, d.h. die tatsächliche Wirtschaftlichkeit ergibt sich dann als Kombination von Wärmepumpe und Heizpatrone.

Zudem kann zwischen einer Vielzahl von Stromtarifen ausgewählt werden.

Durch diese unterschiedlichen Bedingungen, gibt es höchst unterschiedliche Ergebnisse in der Wirtschaftlichkeit und Zufriedenheit der Kunden. Von sehr günstig bis sehr schlecht ist alles möglich.

Dies ist u.a. auch einer der Gründe, warum Wärmepumpen teilweise einen sehr guten Ruf genießen, teilweise aber auch verteufelt werden.

Daher sollte größten Wert auf eine gute Beratung und Planung gelegt werden.

Luft/Luft-Wärmepumpen

Luft als Wärmequelle hat folgende Vorteile bzw. Nachteile:

Luft als Wärmequelle ist einfach zu erschließen, d.h. günstige Investitionskosten und Fertigstellungstermin ist einfach zu realisieren.

Bei Wärmequelle Außenluft kann sehr viel Luftmenge umgewälzt werden, d.h. es kann sehr viel Masse Wärmequelle genutzt werden.

Je mehr Luft umgewälzt wird, desto höher werden die Strömungs- und Ventilatorgeräusche.

Etwa 3/4 des Jahres ist Luft eine der besten Wärmequellen, aber in den kalten Wintermonaten, d.h. gerade dann, wenn viel Wärmebedarf benötigt wird, ist die Leistungszahl infolge der kalten Lufttemperaturen nicht optimal.

 

Luft als Wärmeabgabe hat folgende Nachteile:

Luft kann spezifisch nur wenig Energiemenge transportieren, d.h. es sind zur Beheizung eines ganzen Hauses sehr große Luftmengen notwendig. Diese zu hohen Luftmengen haben bzgl. der Behaglichkeit große Nachteile. Eine zu hohe Außenluftrate im Winter trocknet die Wohnräume extrem stark aus (vgl. DIN 1946 Raumlufttechnische Anlagen).

Zusätzlich zu den großen Luftmengen sind hohe Lufttemperaturen erforderlich, was die Zuluft noch stärker austrocknen lässt.

Dabei ist es ein fundamentaler Widerspruch, dass zur kältesten Witterung die Lüftungsheizung auf höchstmögliche Luftmenge und Lufttemperatur arbeiten muss, um das Haus warm zu bekommen, dies aber gleichzeitig gerade dann das Haus am stärksten austrocknet, wenn man dies am wenigsten haben möchte.

Ebenso verhält es sich in jedem einzelnen Raum. Da die Lüftungsheizung die primäre Aufgabe hat, den Raum zu beheizen, kann man die Luftmenge eben nicht unabhängig davon einstellen wie es lüftungstechnisch richtig wäre.

Infolge dessen, dass ein Medium (Luft) zwei gegeneinander konträr verlaufende Aufgaben (heizen und lüften) erfüllen soll, ist das Ergebnis im Winter immer nur ein mehr oder weniger unbefriedigender Widerspruch.

Wenn zur Reduzierung der Außenluftrate teilweise Umluftbetrieb gefahren wird, kann diese Umluft aus Gründen der Hygiene und Geruchsbelästigung nicht vermischt zentral über die Wärmepumpe geführt werden. Die Umluft muss daher dezentral über einzelne Elektroheizelemente nachgewärmt werden, was eine Elektrodirektheizung (=Leistungszahl 1,0) darstellt.

Luftheizung erreicht keine Thermische Behaglichkeit (vgl. Menüpunkt "Thermische Behaglichkeit").

Luft/Wasser-Wärmepumpen

Luft als Wärmequelle hat folgende Vorteile bzw. Nachteile:


Luft als Wärmequelle ist einfach zu erschließen, d.h. günstige Investitionskosten und Fertigstellungstermin ist einfach zu realisieren.

Bei Wärmequelle Außenluft kann sehr viel Luftmenge umgewälzt werden, d.h. es kann sehr viel Masse Wärmequelle genutzt werden.

Je mehr Luft umgewälzt wird, desto höher werden die Strömungs- und Ventilatorgeräusche.

Etwa 3/4 des Jahres ist Luft eine der besten Wärmequellen, aber in den kalten Wintermonaten, d.h. gerade dann, wenn viel Wärmebedarf benötigt wird, ist die Leistungszahl infolge der kalten Lufttemperaturen nicht optimal.

 

Wasser als Wärmeabgabe hat folgende Vorteile:


Wasser kann viel Energiemenge transportieren, d.h. die Wärmeabgabe erfolgt kostengünstig.

Es sind alle denkbaren Wasser-Heizungssysteme möglich (Fußbodenheizung, Heizkörper, Wandflächenheizung, usw.), weshalb Thermische Behaglichkeit (vgl. Menüpunkt "Thermische Behaglichkeit") erreicht werden kann.

Dabei ist die Wärmeabgabe so zu dimensionieren, dass eine möglichst niedrige Wassertemperatur ausreicht, damit die Wärmepumpe eine gute Leistungszahl erreicht.

Wenn zusätzlich zur Wasserheizung eine Lüftungsanlage installiert wird, können beide Systeme unabhängig voneinander eingestellt werden, so dass jeder einzelne Raum jeweils die optimale Wassermenge und davon unabhängig jeweils die optimale Luftmenge erhalten kann.

Dabei kann auf Umluftbetrieb verzichtet werden, da die Luft nicht die Aufgabe der Beheizung erfüllen muss.

Wasser/Wasser-Wärmepumpen

Mit Wasser/Wasser bezeichnet man diejenigen Wärmepumpen, bei denen die Wärmequelle Wasser direkt genutzt wird, z.B. Grundwasser oder ein nicht zufrierender Bachlauf oder See. Diese Arten von Wärmepumpen greifen direkt in die Umwelt ein und sind daher immer genehmigungspflichtig. Daher sollte grundsätzlich genügend Zeitvorlauf für das Bauvorhaben einkalkuliert werden.

Man kann die Wärmequelle Wasser auch indirekt nutzen. Dann ist es eine Sole/Wasser-Wärmepumpe (vgl. Menüpunkt "Sole/Wasser-Wärmepumpen"), welche je nach Ausführung häufig nur anzeigepflichtig bzw. sogar genehmigungsfrei sind.

Vorteile: Grundwasser kann, wenn bestimmte Bedingungen erfüllt sind, eine sehr gute und sehr ergiebige Wärmequelle sein. Man kann damit eine äußerst gute Wirtschaftlichkeit erreichen.

Je größer das zu beheizende Haus, desto bedeutender wirken sich die Vorteile einer Grundwasserwärmepumpe aus.

Nachteile: Damit sichergestellt ist, dass diese Bedingungen erfüllt sind, wird von den Landratsämtern in der Regel ein Gutachten verlangt. Das Kostenrisiko, ob dieses Gutachten positiv oder negativ abschließt, trägt i.d.R. die Bauherrschaft.

Die Brunnenanlage ist i.d.R. preislich ungefähr vergleichbar (je nach erforderlicher Tiefe) als eine durchschnittliche Erdsonde, d.h. teurer als ein Erdkollektor bzw. als Kompaktabsorbermatten.

Die Landratsämter benötigen mindestens 4 Wochen zur Genehmigung, man kann an einen unsicheren Sachbearbeiter kommen, dann kann es evtl. länger dauern bzw. werden Auflagen gefordert.

Es sind nur zugelassene Brunnenbaufirmen erlaubt, daher können in manchen Regionen Deutschlands je nach Witterung und Auftragslage der Brunnenbauer evtl. Lieferzeiten Zeitverzögerung bedeuten.

Um Probleme in einigen Jahren bzw. Jahrzehnten zu vermeiden bzw. zu verringern, sollte zum Schutz des Verdampferwärmetauschers der Wärmepumpe ein Wasser/Wasser-Trennwärmetauscher vorgeschaltet werden.

Die Förderpumpe aus dem Entnahmebrunnen verbraucht mehr Strom als die Umwälzpumpe einer Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Erdkollektor. Da die Grundwasserwärmepumpe jedoch infolge der besseren Wärmequelle Grundwasser effektiver arbeitet, verbraucht sie insgesamt trotzdem weniger Strom.

Bzgl. der Vorteile einer Wärmeabgabe an eine Wasserheizung vgl. Menüpunkt "Luft/Wasser-Wärmepumpe".

Sole/Wasser-Wärmepumpen

Mit Sole-Wärmepumpen bezeichnet man alle Wärmepumpen, welche eine Wärmequelle indirekt mittels eines Solekreislaufes (Sole=WasserGlykolGemisch) nutzen.

Hierzu gibt es mehrere Möglichkeiten:

  1. Von Hand mit einzelnen Rohren ausgelegter Erdkollektor:
    Vorteile: preiswert, nahtlose Rohre, einfach zu verlegen, in der Regel genehmigungsfrei, wenn für größere Häuser eine große Gartenfläche vorhanden ist, steigt der Preis langsamer als bei Kompaktabsorbermatten oder gar bei Erdsonde(n).
    Nachteile: benötigt eine große Gartenfläche (bei normaler Erdfeuchte ca. 1,5-1,75 mal beheizte Nutzfläche des Hauses bei Niedrigenergiehäuser). Es gibt jedoch die Möglichkeit, den Wärmeentzug bei zu kleiner Gartenfläche durch zweilagige Verlegung und größere Menge an Rohren etwas zu erhöhen (geschätzt ca. 25 %, hängt ab von der Feuchtigkeit).

  2. Kompaktabsorbermatte:
    Vorteile: benötigen eine kleinere Fläche (wenn das Erdreich nicht zu trocken ist), in der Regel genehmigungsfrei.
    Nachteile: sind teurer als herkömmlicher Erdkollektor, je größer das Haus, desto mehr Matten => Preis für größere Häuser steigt schneller an als bei herkömmlichem Erdkollektor, keine nahtlosen Rohre, sondern eine Vielzahl von Schweißverbindungen im Erdreich, erfordert Fachkenntnisse zum Verlegen.

    Erdsonde(n):
    Vorteile: auch auf kleinsten Grundstücken möglich, gleichmäßigere Wärmeentzugsleistung, kann auch sehr gut zum Kühlen eingesetzt werden.
    Nachteile: teurer als 1. und. 2, immer mindestens anzeigepflichtig, manchmal genehmigungspflichtig, teilweise mit Auflagen, ab 100 Tiefe grundsätzlich genehmigungspflichtig, Landratsamt benötigt mindestens 4 Wochen, es dürfen nur zugelassene Bohrfirmen bohren, daher in manchen Regionen Deutschlands je nach Witterung und Auftragslage der Bohrfirmen Lieferzeiten für die Bohrung.

  3. Massivabsorber mit darin einbetonierten Rohren (über/unter der Erde):
    Vorteile: gleicht Spitzenlastzustände und Teillastzustände aus, schützt die Rohre im Beton.
    Nachteile: Wenn irgendetwas an den Rohren repariert werden sollte, müsste man den Betonblock aufstemmen, daher müssen diese unbedingt hochwertig und nahtlos sein, sollten keinesfalls UV-strahlung ausgesetzt werden. Durch den Betonblock kann kein Regenwasser durchsickern, d.h. die Oberfläche zum Wärmeaustausch ist kleiner als bei einem Erdkollektor im Garten.

  4. Latentwärmespeicher, kombiniert mit einem darüberliegenden Erdkollektor.
    siehe Kapitel "Latentspeichersysteme".

Ein Erdkollektor sollte nicht überbaut werden, da Sonne und Regenwasser die hauptsächliche Energiequelle des Erdkollektors sind.

Wenn das Fundament oder die Bodenplatte als Erdkollektor verwendet werden, ist dies nicht nur energetisch sinnlos, sondern zudem gefährlich. Es könnte ein so großer Eisblock gebildet werden, dass das Fundament bzw. die Bodenplatte brechen oder angehoben werden könnte. Dies würde einen großen finanziellen Schaden am Bauwerk bedeuten.

Ein Garten über dem Erdkollektor ist unbedenklich, wenn der Kollektor mindestens 1,20 m tief liegt und keine tiefwurzelnden Bäume gepflanzt werden.

Bzgl. der Vorteile einer Wärmeabgabe an eine Wasserheizung vgl. Menüpunkt "Luft/Wasser-Wärmepumpe".