Wärmepumpenheizung: Gebäudeheizung mit Heizwärmepumpe

1. Was sind die Vorteile einer Wärmepumpenheizung?

Eine (Heiz-)Wärmepumpe ist ein Klima- und Heizgerät, mit dessen Hilfe ein Gebäude beheizt und gekühlt werden kann. Dazu gewinnt die Wärmepumpe thermische Energie aus der Luft, dem Boden oder dem Grundwasser und überträgt sie anschließend ins Gebäudeinnere.

1.1 Die Wärmepumpenheizung ermöglicht hohe Heizkostenersparnisse

Ein bedeutender Vorteil der Wärmepumpenheizung liegt darin, dass etwa 75 % der für die Gebäudeheizung benötigten Energie aus erneuerbaren Quellen gewonnen wird, was zu erheblichen Kosteneinsparungen führt. Darüber hinaus arbeitet die Heizwärmepumpe in Verbindung mit einer Flächenheizung mit niedrigen Vorlauftemperaturen. Diese beiden Faktoren führen zu einer Reduzierung der Heizkosten um mehr als 50 % im Vergleich zu anderen Heizsystemen. Die Wärmepumpenheizung ist auch wesentlich effizienter und umweltfreundlicher, da der CO₂-Ausstoß gering ist, im Gegensatz zu Heizsystemen, die fossile Brennstoffe verwenden. Daher wird die Umrüstung auf Wärmepumpenheizungen seit Jahren gefördert. Es ist klar ersichtlich, dass die Wärmepumpenheizung ein zukunftsweisendes Heizsystem ist.

2. Wie funktioniert eine Wärmepumpenheizung?

2.1 Die Heizwärmepumpe kann sowohl heizen als auch kühlen

Der natürliche Wärmestrom folgt den physikalischen Gesetzen und fließt von einem Ort hoher Temperatur zu einem Ort niedrigerer Temperatur. Das Besondere an einer Wärmepumpe ist, dass sie mit vergleichsweise wenig Energieaufwand die Richtung dieses Wärmeflusses umkehren kann. Dadurch kann die Wärmepumpe Wärmeenergie aus natürlichen oder künstlichen Wärmequellen in der Umgebung auf ein Wärmeträgermedium übertragen. Wärmepumpen werden nicht nur zum Heizen, sondern auch zum Kühlen genutzt. Dabei wird die Wärmeenergie aus dem Gebäude an die wärmere Umgebung abgegeben.

2.2 Wärmequellen für Heizwärmepumpen

Die Wärmepumpe überträgt Wärmeenergie von einer Quelle in ihrer Umgebung auf das Wärmeträgermedium des Heizkreises (Heizwasser). Hierbei muss der Bereich, aus dem die Wärmeenergie entnommen wird, wärmer sein als der Bereich, in den die Wärme transportiert wird. Wärmepumpen können je nach Bauweise thermische Energie aus der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser gewinnen. In einem Wärmetauscher, der sich in der Inneneinheit der Wärmepumpe befindet (mit Ausnahme von Monoblock-Wärmepumpen), wird die Wärmeenergie auf das Wärmeträgermedium übertragen.

2.3 Leistung der Heizwärmepumpe

Die Leistungsfähigkeit einer Heizwärmepumpe zählt zu den entscheidenden Faktoren beim Kauf. Ist die Wärmepumpe zu schwach dimensioniert, kann sie im Winter nicht ausreichend Wärme bereitstellen und im Sommer den Wohnraum nicht effektiv kühlen. Ist sie hingegen überdimensioniert, schaltet sie häufig ein und aus, was einerseits zu einer ineffizienten Nutzung führt und andererseits den Verschleiß der mechanischen Komponenten erhöht, was die Lebensdauer der Wärmepumpe verkürzen kann.

3. Arten von Heizwärmepumpen

Heizwärmepumpen lassen sich je nach Wärmequelle in drei Arten unterteilen: Luft-Wasser-Wärmepumpe, Sole-Wasser-Wärmepumpe und Wasser-Wasser-Wärmepumpe. Im Folgenden werden alle drei Typen näher erläutert und ihre Vor- und Nachteile aufgelistet.

4. Luft-Wasser-Wärmepumpe (Luftwärmepumpe)

4.1 Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die gängigste Wärmepumpenart

Luft-Wasser-Wärmepumpen funktionieren nach dem Prinzip der Nutzung der in der Umgebungsluft gespeicherten Wärmeenergie zur Beheizung oder Kühlung eines Gebäudes. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe, oft auch als Luftwärmepumpe bezeichnet, ist bekanntlich die kostengünstigste Variante unter den Wärmepumpen. Luft ist eine unerschöpfliche Ressource, die nahezu überall verfügbar ist. Die Technologie der Wärmepumpen hat inzwischen ein Niveau erreicht, bei dem selbst bei Außentemperaturen von -20 °C eine ausreichende Beheizung gewährleistet ist. Diese Wärmepumpe kann nicht nur Außenluft, sondern auch Innenluft als Wärmequelle nutzen. Für die Installation im Inneren des Gebäudes eignen sich vor allem der Keller oder der Hauswirtschaftsraum, wo auch im Winter eine konstante und relativ hohe Temperatur herrscht (normalerweise fällt die Temperatur im Keller nicht unter 3 °C). 

Der Dachboden ist ebenfalls zur Aufstellung der Luft-Wasser-Wärmepumpe geeignet, da die Temperatur dort in der Regel nicht unter 0 °C sinkt.

4.2 Hohe Energieeffizienz

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist in der Lage, den Wärmeverlust des Gebäudes bis zu einer Außentemperatur von -5 °C vollständig auszugleichen. Unterschreitet die Außentemperatur diese Grenze, muss eine andere, selbstständig arbeitende Zusatzheizung eingeschaltet werden. Die Wärmepumpenheizung kann bei Außentemperaturen unter -5 °C mehr als 90 % des Wärmebedarfs des Gebäudes decken. Unverzichtbarer Bestandteil der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist der Pufferspeicher, in dem die überschüssige Wärme gespeichert und bei Bedarf an das Heizsystem abgegeben wird. Auf diese Weise wird zu häufiges Ein- und Ausschalten der Heizwärmepumpe vermieden. Als Zusatzheizung wird in Neubauten üblicherweise eine Elektroheizung eingebaut.

4.3 Brauchwassererwärmung mit der Wärmepumpe

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe kann auch zur Erwärmung von Brauchwasser genutzt werden, indem sie mit einem Warmwasserspeicher verbunden wird. Dabei kann die Wärmepumpe bis zu 1400 Liter Wasser pro Tag erwärmen und verbraucht dabei nur ein Drittel der Strommenge im Vergleich zur Brauchwassererwärmung mit einer herkömmlichen Elektroheizung.

4.4 Wie viel kostet eine Luft-Wasser-Wärmepumpe?

Luft-Wasser-Wärmepumpen sind im Vergleich zu anderen Arten von Wärmepumpen günstiger und kosten je nach Leistung zwischen 14.000 und 23.000 Euro. Obwohl die anfänglichen Kosten hoch erscheinen mögen, werden sie durch Fördermittel von Bund und Ländern reduziert. Zusätzlich amortisieren sich die Betriebskosten der Wärmepumpenheizung langfristig.

Anmerkung: Bei den angegebenen Preisen handelt es sich lediglich um Richtpreise, berechnet nach den Preisen bei verschiedenen Herstellern und Anbietern von Wärmepumpen.

5. Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdwärmepumpe)

5.1 Die Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt Erdwärme zur Gebäudeheizung

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe, auch als Erdwärmepumpe bekannt, nutzt die im Erdreich gespeicherte Wärme zur Beheizung und Kühlung von Gebäuden. Im Erdinneren wird eine beträchtliche Menge an Sonnenenergie gespeichert, die effizient genutzt werden kann. Durch die Verwendung einer Sole, einem Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, wird die Wärmeenergie aus dem Boden entzogen und über einen Wärmetauscher auf das Heizwasser übertragen.

Die Erdwärmepumpe arbeitet nach dem gleichen Prinzip wie ein Warmwasserbereiter bzw. Boiler, mit dem Unterschied, dass die Wärmepumpe Erdwärme zum Heizen verwendet, während Warmwasserbereiter Strom oder andere Brennstoffe zur Wärmeerzeugung nutzen.

Die Entnahme von Wärme aus dem Erdreich kann entweder durch Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden erfolgen. Horizontale Erdwärmekollektoren werden weniger als zwei Meter tief in den Boden eingelassen, benötigen jedoch eine größere Fläche. Erdwärmesonden hingegen werden vertikal in den Boden bis zu einer Tiefe von 30 bis 150 Metern (manchmal sogar bis zu 300 Metern) eingebracht und benötigen weniger Platz. Sowohl horizontale als auch vertikale Kollektoren verwenden Rohre, durch die eine Sole in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert. Da kein Außengerät vorhanden ist, ist der Betrieb der Erdwärmepumpe äußerst geräuscharm.

5.2 Platzbedarf für Erdwärmekollektoren

Flächenkollektoren erhalten im Durchschnitt etwa 25 Watt Energie pro Quadratmeter. Für eine typische Wärmepumpenheizung in einem Einfamilienhaus mit einer Leistung von mindestens 6 kW ist eine Fläche von etwa 300 Quadratmetern erforderlich. Es muss auch ausreichend Abstand zu benachbarten Wasserleitungen und tiefwurzelnden Bäumen eingehalten werden (Sträucher und flachwurzelnde Bäume stellen jedoch kein Problem dar). Daher ist nicht auf jedem Grundstück ausreichend Platz für die Installation von Erdwärmekollektoren vorhanden.

5.3 Erschließungs- und Betriebskosten

Der Aufwand, um der Wärmepumpe Zugang zur gewählten Energiequelle zu verschaffen, wird als Erschließung der Wärmequelle bezeichnet. Bei der Entscheidung für eine Erdwärmesonde fallen eine Erdbohrung und zusätzliche Arbeiten an, möglicherweise kommen auch Probleme aufgrund der Erdbeschaffenheit auf. Deshalb ist die Verlegung einer Erdwärmesonde aufwändiger und teurer als die Verlegung von Erdwärmekollektoren. Andererseits sind bei Erdwärmekollektoren die Temperaturen niedriger, sodass für die Nutzung auch mehr Strom erforderlich ist. Dadurch sind die laufenden Kosten höher als bei der Verwendung einer Erdwärmesonde. Die Erschließungs- und Betriebskosten hängen also von der verwendeten Technologie ab: Sie haben also die Wahl zwischen einer hohen einmaligen Investition (Tiefensonde) und etwas höheren laufenden Kosten (Flächenkollektoren).

5.4 Wie viel kostet eine Sole-Wasser-Wärmepumpe?

Die Installation einer Sole-Wasser-Wärmepumpe ist wesentlich teurer als die einer Luft-Wasser-Wärmepumpe, weil die Erschließungskosten höher sind. Dafür sind die jährlichen Betriebskosten um rund ein Drittel niedriger. Eine Erdwärmepumpe mit Erdwärmesonden oder Erdwärmekollektoren für ein typisches Einfamilienhaus kostet inklusive Erschließung und Bohrung in der Regel zwischen 25.000 und 30.000 Euro. Das Verlegen von Flächenkollektoren ist meistens etwas günstiger als das Einbringen einer Tiefensonde.

6. Wasser-Wasser-Wärmepumpe (Grundwasserwärmepumpe)

6.1 Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Wärme des Grundwassers

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe, auch bekannt als Grundwasserwärmepumpe, nutzt die natürliche Wärme des Grundwassers für Heiz- und Kühlzwecke. Das Grundwasser bleibt das ganze Jahr über relativ konstant, mit Temperaturen zwischen 8 und 12 °C und minimalen jährlichen Schwankungen von etwa 1 °C. Dies gewährleistet eine zuverlässige Leistung der Wärmepumpe auch während der Wintermonate. Zur Nutzung des Grundwassers benötigt die Wärmepumpe zwei Brunnen: einen Saugbrunnen zur Entnahme des Grundwassers und einen Schluckbrunnen zur Rückführung des Wassers in den natürlichen Kreislauf.

Für die Installation einer Grundwasserwärmepumpe muss Grundwasser in ausreichender Menge, günstiger Tiefe und hoher Qualität verfügbar sein.

6.2 Die Grundwasserwärmepumpe ist bewilligungspflichtig

Die Nutzung des Grundwassers für private Zwecke ist in der Regel genehmigungsfrei, solange sie im angemessenen Verhältnis zum eigenen Grundstück steht. Hausbrunnen sind daher oft ohne Genehmigung möglich. Bei Wärmepumpen gelten jedoch andere Regeln. Die Genehmigungspflicht hängt hauptsächlich davon ab, ob die Wärmepumpe direkt auf das Gewässer einwirkt. Wasser-Wasser-Wärmepumpen unterliegen daher immer einer Genehmigungspflicht. Vor der Installation muss eine chemische Analyse des Wassers durchgeführt werden.

Ob eine Erdwärmepumpe bewilligungspflichtig ist, hängt von der Art der Anlage und der Umgebungssituation ab (Flächenkollektoren sind oftmals bewilligungsfrei). Die genauen Vorschriften für die Genehmigung können je nach Bundesland variieren.

Sehr wichtig ist es, mit der Ausführung der Wärmepumpenanlage einen Fachbetrieb mit dem nötigen Know-how und viel Erfahrung zu beauftragen. Bei der Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind nämlich viele Faktoren zu berücksichtigen: Die erforderliche Leistung der Wärmepumpe muss richtig berechnet werden, der Schluckbrunnen muss 15 bis 20 m in Richtung des Grundwasserstroms und 15 bis 20 m vom Saugbrunnen entfernt liegen usw.

6.3 Wie viel kostet eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe?

Die Kosten für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe für ein Einfamilienhaus liegen in der Regel zwischen 20.000 und 30.000 €. Neben dem Kaufpreis der Wärmepumpe sind auch die Erschließungs-, Bohrungs- und Installationskosten im Preis enthalten. Die jährlichen Betriebskosten sind bei der Grundwasserwärmepumpe etwas niedriger als bei anderen Typen von Wärmepumpen.