23.06.2023, 14:41 Uhr | Lesezeit: 7 Minuten
Kaum zu glauben: Selbst eine Temperatur von Minus 20 Grad enthält noch Wärme. Und damit lässt sich ein Haus heizen – mit einer Wärmepumpe. myHOMEBOOK hat bei einem Experten nachgefragt, wie die Technik genau funktioniert und welche verschiedenen Typen es dabei gibt.
Wärmepumpen sind aktuell in wichtiges Thema, das auch in der Politik heiß diskutiert wird. Doch wie funktioniert die Heiztechnologie eigentlich konkret? Wie lässt sich damit Wärme fürs Eigenheim produzieren? Die Fragen nach der Funktionsweise beantwortet der Experte Dr.-Ing. Matthias Wagnitz, Referent für Energie- und Wärmetechnik im Zentralverband Sanitär Heizung Klima bei myHOMEBOOK.
Welche Wärmepumpensysteme gibt es?
Unterschieden wird zwischen folgenden Systemen:
- Luft-Wasser-Pumpe
- Sole-Wasser-Pumpe
- Wasser-Wasser-Pumpe
„Und das ist auch die Reihenfolge bei den Verkaufszahlen“, erklärt Matthias Wagnitz. Es handelt sich hierbei um drei verschiedene natürliche Quellen, denen Wärme entzogen wird. Neue Erfindungen sind Wärmepumpen übrigens nicht – denn auch Kühlschränke arbeiten nach dem Prinzip. Im Kühlschrank wird den Lebensmitteln Wärme entzogen und an die Umwelt abgegeben. Bei der Wärmepumpe ist es umgekehrt. Doch dazu später mehr.
Wie wird aus Wärme in der Luft Wärme für das Eigenheim?
Das Funktionsprinzip der drei Systeme ist ähnlich: Die Wärmepumpe nimmt über ein Kältemittel die Wärme einer Quelle auf und bringt sie in einem geschlossenen Kreislaufbetrieb auf eine höhere Temperatur, um ein Haus zu beheizen oder Warmwasser zu erzeugen.
So sieht das dann bei einer Luft-Wasser-Pumpe aus: Das Gerät zieht sich die benötigte Wärme für das Kältemittel über einen Ventilator außerhalb des Hauses aus der Außenluft. In einem Verdampfer wird das Kältemittel in Dampf umgewandelt. Danach wird der Dampf in einem elektrisch betriebenen Kompressor verdichtet. Der Druck dort lässt die Temperatur des Dampfes kräftig ansteigen.
Die nächste Station ist der Verflüssiger, bei dem die Wärme auf das Wasser des Heizsystems übertragen wird. Das Kältemittel wird flüssig, kühlt sich unter die Temperatur der Außenluft ab – und der Kreislauf beginnt aufs Neue.
Wichtig zu wissen: „Die Außenluft selbst gelangt nicht in den Wärmekreislauf, andernfalls würde etwas schieflaufen“, betont Heizungsprofi Wagnitz. Sie gelangt vielmehr über ein Gitter am Ventilator auf die Rohrschlange des Kreislaufsystems. Die Wärme der Luft fließt vielmehr über die Rohrwandung ins Kältemittel. „Es ist ein kontinuierlicher Prozess der Zuführung der warmen Außenluft“, sagt der promovierte Ingenieur Wagnitz.
Stimmt es, dass selbst kalte Luft noch Wärme enthält?
„Das ist richtig“, erläutert Wagnitz. „Alles, was wärmer ist als der absolute Nullpunkt bei minus 273,15 Grad Celsius, erzeugt Wärme.“ Daher können Wärmepumpen auch bei einer in Deutschland vorkommenden Kälte von minus 20 Grad Wärme produzieren.
„Wir müssen unterscheiden zwischen Wärme und Temperatur“, betont Experte Wagnitz. Die Temperatur beschreibt die Bewegung der Moleküle. Je wärmer etwas ist, desto schneller bewegen sich diese. Das sieht man natürlich nicht. Man spürt es nur, zum Beispiel am Körper.
Wärme ist ein anderes Wort für Energie. Je mehr Wärme in einen Raum gegeben wird, desto mehr kann man heizen. Weil ein Heizkörper mit Außentemperatur natürlich keine Wärme abgibt, muss man das Heizungswasser mit der Wärmepumpe auf höhere Temperatur bringen.
Verursacht der Ventilator Lärm?
Wenn das Gerät heizt, läuft auch der Ventilator. Und dieser verursacht Geräusche, wenn auch geringfügig. „Läuft eine Wärmepumpe im Teillastbetrieb, dann hören Sie vom Ventilator schon nichts mehr, wenn Sie zwei Meter entfernt stehen.“ Bei Volllastbetrieb ist der Geräuschpegel allerdings etwas höher. „Zwei Meter Abstand reichen dann nicht mehr.“ Aber bei einer nicht so engen Bebauung sollte sich daran niemand stören.
Hinweis: Wärmepumpen benötigen für den Betrieb auch Energie. Der Bedarf fällt beim Ventilator und beim Kompressor an, zumindest bei einer elektrisch betriebenen Wärmepumpe. Hier erfahren Sie, wie sich die Lautstärke von Wärmepumpen verringern lässt.
Was ist, wenn der Ventilator ausfällt? Kühlt dann das Haus sofort ab?
Nein. Betreiber von Wärmepumpen haben ohnehin Sperrzeiten, dafür bekommen sie für den Betrieb billigeren Strom, müssen sich aber einen zweiten Zähler anschaffen. Das heißt, ihnen wird zweimal am Tag für etwa anderthalb Stunden der Strom für das Pumpensystem abgeschaltet – mittags und abends, zu den Spitzenzeiten. „Großverbraucher wie Wärmepumpenbetreiber werden zu dieser Zeit vom Netz genommen, damit dieses nicht überlastet wird“, erläutert Wagnitz. Wichtig: Der Haushaltsstrom ist davon nicht betroffen.
Wer einen gut gedämmten Neubau hat, der muss trotzdem nicht frieren, denn in den neunzig Minuten kühlt das Gebäude nicht aus. In älteren Gebäuden lohnen sich sogenannte Pufferspeicher, in denen die bereits erzeugte Wärme für die Heizung gespeichert wird. „In meinem Haus habe ich einen Pufferspeicher mit einem Fassungsvermögen von nur 200 Litern. Deswegen spüre ich die anderthalbstündige Stromsperre auch nicht“, betont Matthias Wagnitz.
Hinweis: Je älter, schlechter und größer die Gebäude sind, desto größer müssen allerdings die Pufferspeicher sein. Dieser Speicher mit seiner Heizkreispumpe hängt wiederum am Haushaltsstrom. Es kommt weiterhin Wärme in die Heizung.
Mehr dazu: 5 häufige Fragen rund um Wärmepumpen
Welche Wärme schafft eine Wärmepumpe?
Die alten Modelle kommen auf 50 Grad Celsius. Die effizientesten sind heute zum Beispiel mit dem Kältemittel Propan und schaffen noch 60 Grad Celsius mit relativ hoher Effizienz.
Wo ist der Einsatz von Wärmepumpen optimal?
Bei Flächenheizungen, wie Fußbodenheizungen. Auch deshalb, weil man sie im Sommer auch zur Kühlung einsetzen kann. Dann wird der gesamte Prozess umgekehrt. Wie dieser funktioniert, wer klärt Heizungskenner Wagnitz: „Die Wärme aus dem Fußboden wird nach Draußen abgegeben.“ Damit lässt sich die Raumtemperatur um 3 Grad senken, „und das merkt man schon“.
Passend dazu: Braucht man für eine Wärmepumpe wirklich eine Fußbodenheizung?
Lohnt sich eine Wärmepumpe auch für ein Haus mit klassischen Heizkörpern?
Das ist in der Regel kein Problem, mit einer Einschränkung: „Alte Heizkörpersystem haben eine Maximaltemperatur von 70 Grad“, sagt Profi Wagnitz. „Doch um diese zu mit der Wärmepumpe zu erzeugen, würde man dafür sehr viel Strom benötigen.“ Mit ein paar technischen Kniffen kann man die Temperatur senken, ohne, dass der Raum auskühlt. Einer der Kniffe: Austausch einzelner Heizkörper zugunsten von größeren und leistungsfähigen Modellen.
Wie ist das Verhältnis von Stromverbrauch und Wärmegewinnung bei einer Wärmepumpe?
Hervorragend. Mit einer Kilowattstunde Strom kann der Nutzer 2 bis 5 Kilowatt Wärme erzeugen. „Ich habe meine Anlage auf 58 Grad Temperatur eingestellt. Dafür habe ich im Schnitt eine Kilowattstunde Strom eingekauft und dafür 3,69 Kilowattstunden Wärme geliefert bekommen“, berichtet der Experte Wagnitz über seine private Anlage.
Was sind die besten Kältemittel für die Wärmepumpe?
Propan beispielsweise ist effizient und klimaschonend. Es ist auch in Wäschetrocknern enthalten. Es gibt klare Vorgabe von der EU, wonach für die Umwelt problematische Kältemittel reduziert werden sollen.
Bis zuletzt wurde häufig das Mittel R410A verwendet. Träte es im Falle einer Havarie in die Atmosphäre, entspräche die verwendete Kältemittelmenge in einer Wärmepumpe im Einfamilienhaus ungefähr 10 Tonnen CO2. „Das ist wie ein bis zwei Jahre mit Öl und Gas heizen“, sagt Profi Wagnitz. „Bei Propan liegt man im Vergleich bei ca. 10 Kilogramm.“ Der Zwischenschritt zu klimaschonenden Kältemitteln ist aktuell das Mittel R32.
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Wie viel Fläche beansprucht eine Wärmepumpe im Haus?
Das ist abhängig von der Leistung und der Bauform. Bei Bestandsgebäuden mit 10kw Heizleistung ist das Außengerät mit dem Ventilator 1,50 Meter hoch, 1 Meter lang und 40 Zentimeter tief. Zudem braucht man um das Gerät Bewegungsfläche. Pufferspeicher und der Innenteil der Pumpe benanspruchen beide jeweils nicht mehr als einen Quadratmeter.
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Wie teuer ist eine Wärmepumpe?
Das ist logischerweise vom Gerät abhängig, zudem schwanken derzeit die Preise enorm. Ein mittlerer fünfstelliger Betrag sollte einkalkuliert werden. Allerdings gibt es bis zu 40 Prozent Zuschuss vom Staat.