2. INHALT
Seite
Einfü hrung 2
Typen von Wä rmepumpen und ihre Funktionsweisen 3 – 4
Kalkulationsgrundlagen 5 – 6
Kostenvergleich mit anderen Energiearten 7
Smart Grid – Die Wä rmepumpe im intelligenten Stromnetz 8
Tipps & Tricks 9
Statistiken & Trends 10
Vor- und Nachteile von Wä rmepumpen 11
Welche Wä rmepumpe passt zu mir? 12
Die 10 hä ufigsten Beratungsfehler in der Praxis 12
Hersteller und Lieferanten von Wä rmepumpen 13
Quellenangaben 14
Impressum 15
-1-
www.Energietalk.com
3. Viele Bauleute entscheiden sich
zunehmend für die Nutzung einer CO2-
neutralen Wärmepumpe als
Heizsystem. Wärmepumpen nutzen
jene Sonnenenergie, die in Erde,
Wasser und Luft gespeichert ist. Die
Umwelt-Vorteile vom Heizen mit der
Wärmepumpe sind gewaltig. Deshalb
setzen sich Wärmepumpen auch in
Deutschland immer mehr durch.
Je nach Wärmequelle spricht man von
Luft/Wasser-, Erde/Wasser- oder
Abb. 1: Darstellung verschiedener Wärmepumpentypen
Wasser/Wasser-Wärmepumpe.
Für das Nutzbarmachen der in der Umwelt vorhandenen Wärme benötigen Wärmepumpen
Energie, die von außen zugeführt wird. Bei Ein- und Zweifamilienhäusern ist das in der Regel
Strom. Als Medien zur Wärmeenergiegewinnung eignen sich Erde, Luft oder Wasser. Das System
arbeitet umso effizienter, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und
Wärmesenke ist. Daher werden vor allem Niedertemperaturheizungen wie Fuß- oder
Wandheizungen mit Vorlauftemperaturen von etwa 35 Grad Celsius bevorzugt.
Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe ist vergleichbar mit dem umgekehrten Prinzip des
Kühlschranks (siehe Abb. 2). Der Umwelt wird Wärme entzogen, die dann im Haus genutzt
werden kann. Möglich macht dies ein geschlossenes Kreislaufsystem, in dem eine
Trägerflüssigkeit zirkuliert. In einem strombetriebenen Kompressor wird die Trägerflüssigkeit
verdichtet und die aufgenommene Wärme auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Man
spricht dabei auch vom „Pumpen“ woraus sich der Name „Wärmepumpe“ ergibt. Die so
gewonnene Wärmeenergie wird dann in das Heiz- und Warmwassersystem des Hauses
eingespeist. Um 100 Prozent Wärme bereitzustellen kommen effiziente Wärmepumpen mit 25
Prozent elektrischer Energie aus.
Wer wirklich CO2-neutral heizen möchte
ist gut beraten, zu einem etwas teureren
Ökostromanbieter zu wechseln. Denn
normaler Strom besteht zu einem Drittel
aus Kohlestrom und zu 20 Prozent aus
Kernenergie. Trotzdem ist man mit einer
Wärmepumpe, abgesehen vom Strom,
relativ unabhängig. Keine Asche die
regelmäßig entsorgt werden muss
(Pellets) und Wartungsarbeiten entfallen.
Abb. 2: Darstellung Funktion eine Wärmepumpe
-2-
www.Energietalk.com
4. Typen von Wärmepumpen und Funktionsweisen
Wärmequelle Erde (Kollektor)
Erdwärmekollektoren werden üblicherweise etwa 20 Zentimeter
unterhalb der Frostgrenze horizontal im Boden verlegt. Die Frostgrenze
liegt in circa 1,2 bis 1,4 Metern. Das System besteht meist aus
ERDE (KO LLE KT OR) Polyethylenrohren. Diese werden im Abstand von etwa 80 Zentimeter
verlegt. Durch die Rohre zirkuliert dann Wasser mit einem
Frostschutzmittel.
Wer so ein System in Erwägung zieht, sollte große Boden-Flächen zur
Verfügung haben. Für ein Niedrigenergiehaus mit 150 Quadratmeter,
sollten 300 Quadratmeter für die Absorberschläuche eingeplant werden.
Die Verlegung der Absorber ist im Vergleich zur Erdwärmesonde zwar
billiger, doch ergeben sich aufwendige Erdbewegungen zur Verlegung
der Rohre sowie eine eingeschränkte Nutzung des Grundstücks. Die
überliegende Fläche darf weder bebaut noch asphaltiert werden.
Je nach Bodenverhältnis lässt sich mehr oder weniger Energie entziehen.
Völlig ungeeignet ist Schotter. Aus trockenem, sandigem Boden lassen
sich zwischen 10 und 15 Watt, aus feuchtem, lehmigen Boden zwischen
25 und 30 Watt und aus wassergesättigtem Boden zwischen 35 und 40
Watt pro Quadratmeter entziehen. Je nach Bundesland und
Bodenbeschaffenheit kann eine Genehmigung erforderlich sein. In
Wasserschutzgebieten sind Wärmepumpen mit Erdwärmesystemen
grundsätzlich tabu.
ERDE (SO NDE)
Wärmequelle Erde (Sonde)
Erdwärmesonden werden in ein Bohrloch senkrecht in den Boden
eingelassen. Dies kann bis in eine Tiefe von 99 Meter geschehen. Ab 100
Metern greift das deutsche Bergbaurecht und eine wasserrechtliche
Klärung durch ein geologisches Gutachten muss häufig vorgelegt werden.
Die Art des Untergrundes bestimmt die Wärmeleistung. Durchschnittlich
werden pro Meter 50 bis 60 Watt angesetzt.
Bei einem Niedrigenergiehaus mit 150 Quadratmetern und einer sechs
Kilowatt Heizleistung, wäre eine Tiefe von 120 Meter angebracht. Die
Kosten der Bohrung liegen bei circa 50 Euro pro Bohrmeter
einschließlich Sonde. Der Preis richtet sich aber auch nach der
Bodenbeschaffenheit und unterliegt somit Schwankungen.
-3-
www.Energietalk.com
5. Typen von Wärmepumpen und Funktionsweisen
LUFT INN EN
Wärmequelle Luft
Ob außen oder innen, die Luftwärmepumpe arbeitet mit der ständig
vorfügbaren Wärmeenergie der Umwelt. Sogar niedrige Temperaturen
lassen sich auf eine passable Heiztemperatur bringen. In Innenräumen
würde mit dieser Technik jedoch auskühlen, was in einem Kellerraum
oft nicht stört sofern die Kellerdecke gut gedämmt ist. Bei den
Luftwärmepumpen gibt es zweit Arten der Funktion. Entweder wird die
Außenluft angesaugt und direkt zur Wärmepumpe geleitet oder die
LUFT AU ßEN Temperatur von den Absorbern gleicht sich der Außenluft an und ein
Wärmeträgermedium bringt die Wärme dann zur Wärmepumpe. Die
Nutzung von Luftwärme ist unter allen Optionen die energetisch
ineffizienteste, weil die Lufttemperaturen in der Heizperiode deutlich
niedriger liegen können als Boden- oder Grundwassertemperaturen.
Sinkt die Außentemperatur unter minus 5 Grad, reicht die Heizleistung
der Wärmepumpe meist nicht mehr aus. Dann muss eine Zusatzheizung
anspringen (meist mittels Heizstab).
WASSER
Wärmequelle Grundwasser
Grundwasser ist aus Sicht der Effizienz die am besten geeignetste
Wärmequelle. Grundwassertemperaturen liegen im Jahresmittel meist
zwischen sieben und zwölf Grad. Aber der Erschließungsaufwand ist
nicht zu unterschätzen. Für den Betrieb einer Grundwasser-
Wärmepumpe werden zwei Brunnen benötigt: ein Förderbrunnen
und ein Schluckbrunnen. Grundwasser wird zur Wärmepumpe
geleitet und die Wärme entzogen.
Danach geht das auf etwa 5 Grad abgekühlte Grundwasser zum Schluckbrunnen. Dieser muss in der
Fließrichtung des Grundwassers stets hinter dem Entnahmebrunnen liegen. Der Abstand der beiden
Brunnen sollte mindestens 10 Meter betragen und der Grundwasserspiegel nicht tiefer als 15 Meter
unter der Erdoberfläche liegen. Zum Betrieb des Systems sind ausreichende Wassermenge, Qualität
und Temperatur maßgebend. Werden diese Werte nicht eingehalten, benötigt die Pumpe zu viel
Strom, um die Förderleistungen zu erbringen und arbeitet ineffizient. Die Wasserqualität muss durch
eine chemische Analyse bestimmt werden. Starke Verunreinigungen mit Eisen oder Mangan können
die Rohrsysteme schädigen und die Anlage zum Erliegen bringen. Feststoffe im Grundwasser
erhöhen den Verschleiß. Die Leitfähigkeit des Wassers, darf 450 Mikrosiemens pro Zentimeter nicht
übersteigen um Korrosionen zu vermeiden. Zudem muss sichergestellt werden, dass auch im Winter,
das Wasser jederzeit durch den Schluckbrunnen aufgenommen werden kann, damit das abgekühlte
Wasser versickern kann. Die Investitionskosten liegen bei durchschnittlich 6.000 Euro für zwei 15
Meter tiefe Brunnen. Außerdem ist eine Genehmigung der Anlage durch die Wasserbehörden
einzuholen.
-4-
www.Energietalk.com
6. Kalkulationsgrundlagen
Die Leistungszahl (ε) gibt das Verhältnis zwischen Wärmeleistung, die ans
Heiznetz abgegeben wird und der aufgenommenen elektrischen Leistung
der Wärmepumpe in kW an. Die Leistungszahl ändert sich ständig je nach
Quellen- und Heizungsvorlauftemperatur und gilt nur für einen
LE IST UNGS ZA HL bestimmten Betriebspunkt. Je nach Wärmequelle erzielen Elektro-
Pumpen Leistungszahlen zwischen 3,5 und 5,5. Das sind pro kWh Strom
also 3,5 bis 5,5 kWh Heizwärme.
Heizungsumwälzungspumpen und Grundwasser-Förderpumpen sowie
andere elektrisch betriebene Hilfsaggregate werden durch die
Leistungszahl allerdings nicht berücksichtigt.
Der COP-Wert dagegen gibt auch die Leistungen von Hilfsaggregaten
wider. Damit ist der COP-Wert ein Gütekriterium für Wärmepumpen.
COP-W ERT Leistungszahl und COP-Wert erlauben allein aber keine energetische
Bewertung der Gesamtanlage. Für eine solche Bewertung ist die
Jahresarbeitszahl ausschlaggebend.
Die wichtigere Wärmepumpen-Kennzahl für den Wirkungsgrad ist somit
die Jahresarbeitszahl ß. Sie bezeichnet über ein Jahr hinweg das
Verhältnis zwischen abgegebener Wärmemenge (Heizwärme) und
zugeführter Energie (Antriebsenergie).
JAHRES AR BEITS ZAH L Sie enthält wie der COP-Wert auch anteilig die Leistungen von
Heizungsumwälzpumpen und Grundwasser- bzw. Sole-Förderpumpen.
Die Jahresarbeitszahl gibt somit den Anlagennutzungsgrad an. Sie eignet
sich hervorragend zur energetischen Bewertung der Gesamtanlage. In der
Praxis erreichen Luft/Wasser-Wärmepumpen Werte von 2 bis 4,
moderne Luft/Wasser-Wärmepumpen sollten also die Jahresarbeitszahl
von 3,5 übertreffen.
Die wichtigste Wärmepumpen-Kennzahl ist der Nutzungsgrad. Er ist das
NUTZUNGS GRAD
Maß für die tatsächlich verwendete Menge an Energie in einer
Heizperiode, die in einem Energieträger gespeichert ist. Er wird über
einen längeren Zeitraum bestimmt.
Der Wirkungsgrad dagegen wird nur in einem Betriebspunkt gemessen.
Er ist üblicherweise höher als der Nutzungsgrad, da der Wirkungsgrad
aufgrund des optimalen Betriebszustandes bestimmt wird. Ein Ölkessel
W IRKUNGSSGR AD beispielsweise hat unter Volllast am Prüfstand einen Wirkungsgrad von
85 Prozent, erreicht aber unter realen Nutzungsbedingungen
möglicherweise lediglich einen Nutzungsgrad von 60 Prozent. Denn er
wird fast nie im optimalen Betriebspunkt betrieben, sondern immer nur
im Teillast- oder Taktbetrieb. Die Beurteilung einer Wärmepumpe sollte
also über die Betrachtung des gesamten Betriebsbereiches und aller
Wärmepumpen-Kennzahlen erfolgen.
-5-
www.Energietalk.com
7. Rund 50 Prozent Primärenergie lassen sich mit einer JAZ von 3,5
einsparen. Geht man von den prognostizierten einen Million
Wärmepumpen im Jahr 2030 aus (siehe Abb. unten), würde
Deutschland jährlich 9,49 Twh Primärenergie sparen. Auch die CO2-
Emissionen werden im Jahr 2030 um rund 2,3 Millionen Tonnen
zurückgehen.
-6-
www.Energietalk.com
9. Smart Grids gelten als die Stromnetze der Zukunft: Sie steigern die Energieeffizienz
indem sie Stromerzeugung und -verbrauch intelligent vernetzen. Damit können
Wärmepumpen, die je nach Bedarf ein- oder ausschaltbar sind, die schwankenden
Stromeinspeisung aus erneuerbaren Energiequellen wie Wind und Sonne besonders
effizient nutzen. Durch den hohen erneuerbaren Stromanteil wird auch die Ökobilanz
der Wärmepumpe immer besser. Die einzelnen Wärmepumpen können mit weiteren
Wärmepumpen oder anderen steuerbaren Geräten wie Kühlschränken und
Elektroautos zu größeren virtuellen Einheiten verbunden werden, die mehr
Speicherkapazität und -dauer bieten. Das Potenzial der Wärmepumpe zur
Netzintegration von erneuerbarem Strom ist somit enorm.
-8-
www.Energietalk.com
10. 10 Tipps & Tricks
1. Wärmepumpen arbeiten nur dann ökonomisch, wenn das Haus gut gedämmt
ist. Planen Sie beim Hausbau oder bei der Modernisierung eine gute
Wärmedämmung nach EnEV Vorgaben oder besser ein. In einem schlecht
gedämmten Haus oder mit alter Radiatorheizung wäre die Wärmepumpe ein
Klimakiller.
2. Stimmen Sie Heizung und Wärmepumpe aufeinander ab. Wählen Sie eine
Heizung mit geringer Vorlauftemperatur. Am besten eine Flächenheizung
(Fußboden- oder Wandheizung).
3. Nutzen Sie die Rabatte der Stromanbieter. Einige Konzerne bieten
Spezialtarife für die Betreiber von Wärmepumpen. Fragen Sie nach.
4. Kombinieren Sie die Wärmepumpe mit Sonnenkollektoren zur
Warmwasserbereitung. Dann brauchen Sie die Wärmepumpe nur im Winter.
Das spart Strom.
5. Bund und Länder fördern den Einbau von Wärmepumpen. Die Kreditanstalt
für Wiederaufbau KfW gewährt günstige Darlehen. Die BAFA fördert
effiziente Wärmepumpen in Bestandsgebäuden. Informieren Sie sich
rechtzeitig!
6. Betreiben Sie die Wärmepumpe mit ökologisch erzeugtem Strom.
7. Erdkollektoren und Erdsonden entziehen dem Boden Wärme. Tief
wurzelnde Pflanzen können unter dem Wärmeverlust leiden. Stimmen Sie
Ihren Garten auf Ihr Wärmefeld ab.
8. Prüfen Sie, ob Sie das Grundwasser als Wärmequelle anzapfen können. Das
ist besonders effizient.
9. Sie müssen die Wärmepumpe nicht im Keller verstecken. Zu beachten sind
auch die Unterschiede zwischen innen und außen aufgestellten
Wärmepumpen: So sollte bei innen aufgestellten Wärmepumpen eine
Schallübertragung an angrenzende Räume bei der Raumplanung
berücksichtigt werden. Schallharte Böden (z.B. Fliesen), oder leere Räume
können den Schallpegel erhöhen.
10. Wärmepumpen können auch kühlen. Wesentlich günstiger als eine
Klimaanlage. Die Wärmepumpe muss allerdings darauf ausgelegt sein.
Einige Modelle sind in Komfortausführung mit Kühlfunktion zu haben.
Wählen Sie eine Wärmepumpe mit aktiver oder passiver Kühlfunktion, wenn
Ihr Gerät auch kühlen soll. Bevorzugen Sie Erdsonden. Die sind für den
Kühlbetrieb besser geeignet als Erdkollektoren.
-9-
www.Energietalk.com
11. Statistiken & Trends
Die deutsche Erneuerbare-Energien-Branche ist eine der wichtigsten Wachstumsbranchen in
Deutschland. Sie beschäftigt rund 370.000 Menschen, der Beitrag der Erneuerbare Energien
am gesamten Energieverbrauch in Deutschland betrug 2010 etwa 11 Prozent und ca. 120 Mio.
Tonnen CO2 konnten eingespart werden.
Luft/Wasser-Wärmepumpen haben mit ca. 52 % den größten Absatzanteil der verschiedenen
Wärmepumpenarten. Neben dem günstigeren Anschaffungspreis entfällt hier die komplizierte
Genehmigungspraxis im Vergleich zu anderen Wärmepumpenarten. Von allen Heizsystemen
werden mit 37 Prozent Wärmepumpen in Deutschland am meisten nachgefragt.
Von Oktober 2005 bis September 2010 führte das Fraunhofer Institut einen realen Test von
112 Wärmepumpen durch. Im Test waren 56 Erdwärmepumpen, 18 Luftwärmepumpen und 3
Wasserwärmepumpen. Im Test waren Wärmepumpen von folgenden Anbietern Alpha Innotec,
Bosch Thermotechnik, Hautec, Nibe, Stiebel Eltron, Vaillant und Viessmann. Für den Zeitraum
von Juli 2007 bis Juni 2010 des Testes erreichten Erdwärmepumpen im Mittel eine
Jahresarbeitszahl von 3,9 und Luftwärmepumpen eine Jahresarbeitszahl von 2,9. Die
Ergebnisse zeigen, dass viele der untersuchten Wärmepumpenanlagen die im EEWärmeG
gefüllten Anforderungen im realen Betrieb erfüllen. Es gibt jedoch auch Anlagen, die diese
Kriterien verfehlen.
- 10 -
www.Energietalk.com
12. Vor- und Nachteile von Wärmepumpen
Vorteile
Generell ☺ Weitgehend wartungsfrei
☺ Kostenlose Wärmequelle
☺ Geringe jährliche Betriebskosten (Strom)
☺ Lassen sich auch zum Kühlen nutzen
☺ Lange Lebensdauer
☺ Keine CO2-Belastung vor Ort
☺ Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und Krisen
Erdwärme ☺ Geringer Platzbedarf, keine Brennstoffbevorratung
☺ Gefahrloser Betrieb
☺ Komplett automatisch, dadurch sehr komfortabel
☺ Niedrige Betriebskosten, wenn die Voraussetzungen stimmen
☺ Unkompliziert und preiswert herstellbar
Wasser ☺ Gute Arbeitszahl möglich = hohe Effizienz
Luft ☺ Günstig herstellbar
☺ Innen und außen aufstellbar
Nachteile
Generell Teils hohe Investitionskosten
Gute Wärmedämmung und Flächenheizung erforderlich
Zur Erzeugung von Warmwasser ist oft ein weiteres System erforderlich
Ökobilanz oft schlechter als bei Pelletheizungen
Planung und Auslegung sollte durch ein Fachunternehmen erfolgen
Erdwärme Investitionskosten höher als bei anderen WP-Systemen
Evtl. zusätzliche E-Heizstrahler erforderlich (Bad)
Für Warmwasserbereitung höheres Temperaturniveau nötig
= höhere Kosten
Großer Platzbedarf im Garten (Bei Flächenkollektoren)
Wasser Wasserrechtliche Bewilligung notwendig
Wasserqualität und Menge kann sich im Laufe der Zeit ändern
Mehr Wartungsaufwand als bei anderen WP-Energiequellen
Luft Arbeitszahlen niedriger als bei anderen WP-Energiequellen
Wärmeentzugsleistung relativ niedrig (zusätzlicher Elektroheizstab nötig)
Strömungsgeräusche der Luft
- 11 -
www.Energietalk.com
13. Welche Wärmepumpe passt zu mir?
Die richtige Wärmepumpe finden Sie am besten mit einem Energieberater. Er benötigt dazu
zunächst ein paar allgemeine Informationen. Ihre zukünftige Anlage wird dann genau auf Ihren
Bedarf abgestimmt. Welche Wärmepumpe zum Einsatz kommt, entscheiden die individuellen
Gegebenheiten und die Frage, ob die Anlage allein (monovalent) oder parallel zu einem zweiten
Wärmeerzeuger (bivalent; z.B. zusätzlicher Elektroheizstab) betrieben werden soll.
Voraussetzungen für Wärmepumpe / Faktoren
„Das beste Wärmepumpengerät nützt
nichts, wenn die Ausführung durch
den Installateur oder die Planung zu
• Winter-Klima der Region
wünschen übrig lassen.“
• Lage und Größe des Grundstücks
• Boden/Grundwasser-Qualität
• Wärmebedarf des Hauses
• Heizgewohnheiten der Bewohner
• Sperrzeiten des Stromversorgers
• Kennzahlen der vorhandenen
Heizungsanlage
Die zehn häufigsten Fehler in der Beratungspraxis
1. Überdimensionierte Sole-Umwälzpumpe (∆T von 1,5 – 2,5 K).
2. Zu kurze Erdwärmesonden, die mit zu tiefen Soletemperaturen laufen.
3. Falsch aufgestellte Luft/Wasser-Wärmepumpen, die zu Schallproblemen führen
4. Zu klein dimensionierte Luftöffnungen bei innen aufgestellten Luft/Wasser-Wärmepumpen
5. Wärmeverteilungen mit Einzelraumregulierungen und falsch eingestellte Überstromventile
6. Zu kleine Boiler-Wärmetauscher, die Hochdruckstörungen auslösen.
7. Überdimensionierte Wärmepumpenanlagen, die takten
8. Fehlende Dämmungen an den Heizleitungen im Heizraum und Keller
9. Zu kurze oder keine flexiblen Anschlussleitungen an die Wärmepumpe.
10. Zusatzheizungen (Elektroheizstab), die ungeregelt oder unkontrolliert in Betrieb sind.
- 12 -
www.Energietalk.com