Eine Wärmepumpe nutzt die vorhandene Wärme aus der Umgebung, um Häuser zu heizen – das ist nicht nur clever, sondern auch effizient und klimafreundlich. Damit gehört sie heute zu den fortschrittlichsten Heizsystemen überhaupt. Anders als klassische Heizungen, die Energie durch Verbrennung erzeugen, setzt die Wärmepumpe auf ein Prinzip, das sich auch schon in anderen Geräten bewährt hat, zum Beispiel im Kühlschrank. Doch was steckt dahinter?
Immer mehr Hausbesitzerinnen und Hausbesitzer entscheiden sich für Wärmepumpen, nicht nur wegen der steigenden Energiepreise, sondern auch, weil sie langfristig unabhängig von fossilen Brennstoffen sein möchten. Eine Wärmepumpe arbeitet automatisch, erfordert kaum Wartung und lässt sich ideal mit einer Photovoltaikanlage kombinieren. Doch wie genau funktioniert das eigentlich?
Nach welchem Prinzip funktioniert eine Wärmepumpe?
Die Funktion einer Wärmepumpe ist eigentlich einfach erklärt: Die schlaue Anlage entzieht ihrer Umwelt Wärme und macht sie nutzbar, um damit das Haus zu heizen. Die Wärmepumpe überträgt die Energie über einen speziellen Kreislauf ins Haus. Im Prinzip funktioniert sie dabei wie ein umgekehrter Kühlschrank. Die Wärmepumpe leitet Wärme von außen nach innen. Ein Kühlschrank arbeitet nach demselben Prinzip, nur dass er dem Innenraum Wärme entzieht. Sehen wir uns den Kreislauf der Wärmepumpe einmal im Detail an.
Herzstück jeder Wärmepumpe ist der sogenannte Kältemittelkreislauf. Er besteht aus vier Komponenten:
#1: Der Verdampfer
Zunächst wird von der Wärmepumpe die Umweltwärme aufgenommen. Ein flüssiges Kältemittel strömt dazu durch die Anlage und nimmt die Umgebungswärme auf. Schon geringe Temperaturen reichen aus, um das Kältemittel dann verdampfen zu lassen, denn es besitzt einen sehr niedrigen Siedepunkt und verdampft sogar, wenn draußen Minusgrade herschen.
#2: Der Kompressor
Nun, da das Kältemittel also verdampft ist, geht es weiter zum Kompressor. Hier wird das gasförmige Kältemittel angesaugt und verdichtet. Durch die Verdichtung steigt die Temperatur des Gases deutlich an. Und genau diese Wärme ist es, die später zum Heizen genutzt wird. Übrigens: Der Kompressor wird mit Strom betrieben – Strom ist also die einzige externe Energiequelle, die eine Wärmepumpe benötigt.
#3: Der Kondensator
Die Wärmepumpe hat Hitze erzeugt, diese muss jetzt nur noch in unseren Haushalt gelangen. Dazu geht es im Verflüssiger weiter. Hier gibt das heiße Kältemittelgas seine Wärme an das Heizsystem des Hauses ab – zum Beispiel an einen Warmwasserspeicher oder an die Fußbodenheizung. Dabei kühlt das Kältemittel ab und kondensiert, es wird also wieder flüssig.
#4: Das Expansionsventil
Bevor der Kreislauf in der Wärmepumpe erneut beginnt, wird das flüssige Kältemittel über ein Expansionsventil entspannt. Der Druck sinkt und das Mittel kühlt immer weiter ab. Schließlich ist es bereit, im Verdampfer wieder Umweltwärme aufzunehmen und der Kreislauf in der Wärmepumpe dreht die nächste Runde.
Wärmepumpen laufen im Grunde kontinuierlich und nahezu wartungsfrei. Je nach gewähltem Wärmepumpentyp kann die Installation der Anlage entweder im Innenbereich oder außen am Gebäude passieren.
Wie effizient ist eine Wärmepumpe?
Wärmepumpen gehören wohl zu den effizientesten Heiztechnologien auf dem Markt. Ihr größter Vorteil: Sie liefern mehr Energie, als sie selbst verbrauchen. Möglich wird das, weil sie Umweltwärme nutzen, die kostenlos zur Verfügung steht. Damit eine Wärmepumpe funktioniert, braucht sie lediglich Strom. Wie gut eine Wärmepumpe diese Antriebsenergie in nutzbare Heizwärme umwandelt, erkennen wir an der sogenannten Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie gibt an, wie viele Kilowattstunden Wärme im Verhältnis zu einer Kilowattstunde Strom erzeugt werden. Moderne Wärmepumpen erreichen je nach System, Gebäude und Nutzung JAZ-Werte zwischen 3 und 5. Das heißt: Aus einer Kilowattstunde Strom entstehen drei bis fünf Kilowattstunden Wärme. Damit sind sie nicht nur besonders effizient, sondern auch ein wichtiger Baustein für die Energiewende – vor allem in Kombination mit Ökostrom oder natürlich einer eigenen Photovoltaikanlage.
Welche Wärmequelle nutzt eine Wärmepumpe?
Wärmepumpen können verschiedene Wärmequellen nutzen. Am häufigsten kommen Außenluft, Erdreich und Grundwasser zum Einsatz. Die einfachste Lösung ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe, die der Umgebungsluft Wärme entzieht. Das funktioniert sogar bei Minustemperaturen. Diese Art der Wärmepumpe ist unkompliziert zu installieren, da sie für ihre Wärmequelle keinen Zugang zum Erdreich oder Wasser benötigt.
Wer hingegen eine besonders effiziente Lösung sucht, sollte die Erdwärmepumpe, bzw. Sole-Wasser-Wärmepumpe in Betracht ziehen. Hier wird über Erdsonden oder Erdkollektoren Wärme aus dem Erdreich gewonnen. Der Vorteil bei dieser Art von Wärmepumpe: Im Boden herrscht das ganze Jahr über eine relativ konstante Temperatur. Dadurch läuft der Betrieb besonders effizient und gleichmäßig. Jedoch sind dafür meist recht aufwendige Bohrungen nötig und in den meisten Fällen eine behördliche Genehmigung erforderlich.
Eine weitere Alternative ist die Wasser-Wasser-Wärmepumpe, die thermische Energie aus dem Grundwasser nutzt. Diese Wärmepumpen sind besonders leistungsstark, setzen allerdings ebenfalls eine behördliche Genehmigung und einen geeigneten Standort mit ausreichend Grundwasser voraus.
Welche Wärmequelle sich wo eignet, hängt stark von den örtlichen Gegebenheiten, der Gebäude-Situation und den individuellen Anforderungen ab. Alle drei Varianten haben gemeinsam, dass sie auf eine kostenlose, nachhaltige und ständig verfügbare Energiequelle zugreifen.
Noch eine praktische Funktion: Wärmepumpen können auch kühlen
Im Winter schön warm, im Sommer schön kühl. Kein Problem. Denn viele Wärmepumpen können nicht nur heizen, sondern auch kühlen. Dafür nutzen sie im Grunde dasselbe technische System wie zum Heizen – nur eben in umgekehrter Richtung. Statt Wärme von außen ins Haus zu holen, entzieht die Anlage dem Gebäudeinneren die Wärme und leitet sie nach draußen. Je nach System spricht man von passiver oder aktiver Kühlung.
Erd- oder Grundwasser-Wärmepumpen bieten meist eine passive Kühlung. Dabei wird das kalte Grundwasser oder die natürliche Kühle des Erdreichs direkt ins Haus übertragen. Das funktioniert besonders energiesparend, da der Verdichter kaum arbeiten muss und entsprechend wenig Strom verlangt.
Die aktive Kühlung dagegen ähnelt eher dem Betrieb einer Klimaanlage: Die Wärmepumpe kehrt ihren Kreislauf dabei um. Das bedeutet natürlich auch, dass der Verdichter mehr arbeiten muss, um die entstehende Wärme dann gezielt nach außen zu transportieren. Diese Variante ist auch bei Luft-Wasser-Wärmepumpen üblich. Sie liefert eine stärkere Kühlleistung, benötigt aber entsprechend mehr Strom. In beiden Fällen gilt: Die Kühlfunktion muss bei der Planung berücksichtigt werden, denn nicht alle Wärmepumpen können beides. Am besten funktioniert sie in Kombination mit großen Flächen wie bei einer Fußboden- oder Wandheizung. Wer auf eine Klimaanlage verzichten möchte, findet in der Wärmepumpe also eine komfortable und umweltfreundliche Alternative zur Temperatursenkung im Sommer. Sie hätten es gerne noch schlauer? Kein Problem: Wir kombinieren zur Wärmepumpe auch noch eine Photovoltaikanlage.
Photovoltaik und Wärmepumpe: Eine effiziente Kombination
Wir haben gelernt: Die Funktionsweise Wärmepumpe braucht nur Strom als externe Energiequelle. Stammt dieser Strom nicht aus dem öffentlichen Netz, sondern aus der eigenen PV-Produktion, wird das gesamte System nicht nur besonders nachhaltig, sondern auch kosteneffizient.
Der große Vorteil: Der Strombedarf der Wärmepumpe, der vor allem beim Betrieb des Verdichters entsteht, kann zu einem erheblichen Teil durch die Photovoltaikanlage gedeckt werden. Auf diese Weise senkt die Kombination die laufenden Energiekosten deutlich und erhöht den Eigenverbrauch des Solarstroms. So wird die Wirtschaftlichkeit der gesamten Anlage spürbar verbessert. Überschüssiger Strom muss nicht eingespeist werden, sondern kann sinnvoll im eigenen Haushalt genutzt werden. Damit steigt der Eigenverbrauch und so auch die Wirtschaftlichkeit der Solaranlage. Eine Win-Win-Situation für Ihren Haushalt. Lassen Sie sich jetzt beraten. Bei Energieversum bieten wir Photovoltaik und Wärmepumpe aus einer Hand – perfekt aufeinander abgestimmt, zum Heizen und Kühlen, für eine zuverlässige sowie effiziente Energieversorgung in Ihrem Haushalt.
