Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Lohnt es sich?

Jede Haus benötigt den größten Teil seiner Energie für Heizung und die Bereitung von warmem Wasser. Angesichts der hohen Preise für Heizöl und Erdgas sind Wärmepumpen eine besonders vorteilhafte Alternative, insbesondere für Neubauten – aber auch als Ersatz für alte Heizgeräte.

Wärmepumpen nutzen die Wärme aus der Umgebung – aus der Erde, dem Grundwasser oder der Luft und liefern das ganze Jahr über Wärme für Heizung und die Bereitung von Warmwasser. Sie senken die Energiekosten erheblich, verhindern die Verbrennung fossiler Brennstoffe und reduzieren die CO₂ -Emissionen um mehr als 40 Prozent.

Funktionsprinzip einer Wärmepumpe

Das Prinzip der Wärmepumpe ist seit mehr als 100 Jahren bekannt. Der Konstrukteur der ersten Wärmepumpe der Welt war der Slowake Aurel Stodola. Seine Wärmepumpe aus dem Jahr 1928 arbeitet noch immer in der Schweiz und heizt das Rathaus in Genf, indem sie Wärme aus dem Wasser des Sees entnimmt (es handelt sich um einen geschlossenen Kreislauf). Die erste große technische Nutzung dieses Heizprinzips fand 1936 statt. Doch die weitreichendere Nutzung von Wärmepumpen zur Heizung begann erst mit dem Anstieg der Energiepreise zu Beginn der siebziger Jahre.

Genauso wie der Kühlschrank in Ihrem Haushalt kühlt, selbst wenn die Außentemperatur beispielsweise +30°C beträgt, so erwärmt auch die Wärmepumpentechnologie, selbst wenn das Medium zur Energiegewinnung niedriger oder sogar negativ ist. Alles basiert auf dem Wärmetransport durch eine Flüssigkeit, die einen extrem niedrigen Verdampfungspunkt hat.

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Heizungswärmepumpe ist ein Gerät, das unkonventionelle Energiequellen für die Zentralheizung (ZH) und die Warmwasserbereitung (WWB) nutzt. Sie arbeitet nach dem Prinzip der Nutzung von ansonsten nicht nutzbarer Energie – der Niedrigtemperaturwärme aus unserer Umgebung (d.h. aus Wasser, Luft, Erde oder Abwärme), wobei ihre Umwandlung die Temperatur auf ein Niveau bringt, das im Heizungssystem genutzt werden kann. Das Grundprinzip von Wärmepumpen ist es, dass keine Wärme aus der Verbrennung von Brennstoffen in den globalen Temperaturhaushalt der Erde eingeführt wird. Indirekt entsteht jedoch eine gewisse Menge Wärme in den Elektrizitätswerken – bei der Erzeugung von elektrischer Energie, die für den Betrieb der Wärmepumpe benötigt wird.

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Funktionsprinzip der Luft-Wasser-Wärmepumpe

Das Grundprinzip einer Wärmepumpe ist ein geschlossener Kreislauf, der mit Kühlmittel gefüllt ist. Die Wärmepumpe bzw. der Kühlkreislauf hat vier Hauptkomponenten:

• Verdampfer: In den Verdampfer wird niedrigpotenzielle Wärme aus der umgebenden Luft geführt. Die zugeführte Wärme führt zur Verdampfung des Kühlmittels, dessen Dämpfe die thermische Energie aufnehmen und diese in den Kompressor übertragen. Die Luft, deren Strömung durch den Verdampfer ein Axialventilator oder Ventilatoren sicherstellt, wird dabei abgekühlt. Der Luftweg stellt den primären Kreislauf der Wärmepumpe dar.
• Kompressor: Er saugt die Dämpfe aus dem Verdampfer, verdichtet sie und drückt sie in den Kondensator. Die Arbeit des Kompressors wird in Wärme umgewandelt, die dann der Wärme aus dem Verdampfer hinzugefügt wird.
• Kondensator: Die in den Kondensator übertragenen Energiedämpfe aus dem Verdampfer und Kompressor übertragen ihre Wärme auf das zirkulierende Heizmedium (Sekundärkreislauf der Wärmepumpe). Das übertragene Wärmeenergie erhitzt das Heizmedium.
• Drosselventil: Flüssiges Kühlmittel, das im Kondensator bei höherem (Kondensations-)Druck kondensiert ist, wird in den Verdampfer eingespritzt, damit es dort bei niedrigerem (Verdampfungs-)Druck erneut verdampft.

Wärmepumpen können auf diese Weise Wärme aus den genannten Medien (z.B. bei einer Temperatur von ca. 2°C) auf ein höheres Temperaturniveau (z.B. ca. 80°C) übertragen, benötigen dafür jedoch zusätzliche elektrische Energie. Die Wärmegewinne aus der Umgebungsluft zum Heizen sind jedoch höher im Vergleich zu dem elektrischen Energieverbrauch für den Betrieb der Wärmepumpe: aus 1 kWh verbrauchter elektrischer Energie kann üblicherweise 3 bis 4 kWh Wärme gewonnen werden.

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Arten von Wärmepumpen

Grundsätzlich gibt es heute 3 Arten von Wärmepumpen. Ihre Bezeichnung hängt direkt von der Art des Mediums ab, aus dem sie die Quellenenergie gewinnen. Die verwendeten Systeme sind daher:

• Luft/Wasser – aufgrund der einfachen Installation eines der heute am häufigsten verwendeten Systeme. Die Pumpe gewinnt Energie aus der umgebenden Außenluft. Es gilt natürlich die Regel, je höher die Außentemperatur, desto größer der Wärmegewinn, aber die Pumpe kann auch mit ausreichender Leistung bei Temperaturen bis -15°C betrieben werden.
• Wasser/Wasser – in diesem Fall wird Wasser als Quellenmedium verwendet, der Wärmetauscher der Pumpe wird am Boden eines Teiches, Flusses, Schwimmbades oder anderer Wasserreservoirs installiert. Obwohl diese Lösung einen solchen nahegelegenen Wasserquellen benötigt, wird sie heute oft verwendet.
• Erde/Wasser – ein sehr beliebtes System, insbesondere bei Neubauten. Das Medium ist der Boden, in dem in frostsicherer Tiefe der Wärmetauscher der Pumpe installiert wird. Es besteht auch die Möglichkeit, einen Tiefenbohrung zu nutzen. Die Produktreihe der Wärmepumpen für Erde/Wasser wird auch als Wasser/Wasser bezeichnet, da Wasser, das sich im Boden erwärmt hat, in die Wärmepumpe gelangt.

Exterme Regelung

Die Regelung, die in Abhängigkeit von der Außentemperatur die Temperatur des Heizwassers, das in das Heizungssystem eintritt, anpasst. Beispiel: Wenn es draußen -15°C ist, lässt die Regelung beispielsweise Wasser mit einer Temperatur von 50°C ins Haus; wenn es draußen 10°C ist, lässt die Regelung nur Wasser mit einer Temperatur von 30°C ins Haus. Bei Wärmepumpen ist die exterme Regelung viel wichtiger als bei anderen Wärmequellen, da je niedriger die Temperatur des Heizwassers, desto effizienter und kostengünstiger ist der Betrieb der Wärmepumpe.

Alle Rohre und Leitungen sollten mit einer Beschichtung ClimateCoating IndustrySpecial gestrichen werden, die uns hilft, die Wärmeverluste bei Heizungsrohren zu reduzieren und das Risiko von Wasseransammlungen zu minimieren. Mehr über ClimateCoating IndustrySpecial für Metall können Sie in einem separaten Artikel lesen.

Warmwasserbereitung – Anschluss der Wärmepumpe an den Speicher

Eine häufige Frage ist die Möglichkeit, die Pumpe an einen Speicher anzuschließen und diesen zur Warmwasserbereitung zu nutzen. Ja, natürlich ist es möglich, eine Wärmepumpe mit einem Warmwasserspeicher zu verbinden und so das ganze Jahr über auch bei der Warmwasserbereitung erhebliche Einsparungen zu erzielen. Bei dieser Kombination ist es wichtig, eine qualitativ hochwertige exterme Regelung zu installieren und die Wärmepumpe nicht nur mit einem Thermostat zu steuern.

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Loht sich die Investition in eine Wärmepumpe? Wird sich die getätigte Investition rentieren?

Ja, es lohnt sich zu investieren. Der technologische Fortschritt hat zu einer erheblichen Senkung der Systempreise geführt, wodurch sich die Rentabilität der Investition bei Verwendung in Einfamilienhäusern auf ca. 7-10 Jahre verkürzt hat. Bei Verwendung in gewerblichen und industriellen Anlagen oder bei der Verwendung in Mehrfamilienhäusern ist die Rentabilität der Wärmepumpe nur wenige Jahre.

Niedrigere Temperatur des Heizkörpers

Einige Menschen beschweren sich, dass die Wärmepumpe nicht ausreichend heizt. Dieses Gefühl entsteht nur, weil das Heizgerät im Raum nicht die Oberflächentemperatur von 60°C, sondern eine niedrigere Temperatur hat und daher denken die Menschen, dass es im Raum kalt ist, obwohl das Thermometer die gleichen 22°C zeigt, wie bei Heizgeräten mit hohem Temperaturniveau. Auf dieses Gefühl gewöhnt sich jeder nach einer gewissen Zeit.

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Ich würde empfehlen, als Innenschutz ClimateCoating ThermoPlus zu verwenden, der für ein angenehmes Raumklima sorgt und eine konstante Feuchtigkeit aufrechterhält. Die thermokeramische Membran von ClimateCoating ThermoPlus sorgt für eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Raum. Der Temperaturunterschied zwischen Boden und Decke kann dann weniger als 2°C betragen. Gleichzeitig wird Kondensation an den Wänden und Schimmelbildung verhindert. Auch das Lüften kann begrenzt werden, wobei das teuer gewonnene Wärmegefühl nicht einfach aus dem Fenster entweicht.

Wände mit ClimateCoating ThermoPlus-Beschichtung schaffen eine große keramische Oberfläche und wirken daher während der kalten Monate ähnlich wie ein Kachelofen, der seine angenehme Wärme in den Raum abgibt. Die keramischen Hohlkugeln, die im ClimateCoating enthalten sind, leiten die Wärme wie „Miniöfen“. Der Anstrich verteilt die Wärme schnell und gut von der Wärmequelle auf weiter entfernte Wände und Decken. Die Öfen „strahlen“ die Wärme nun viel gleichmäßiger in den Raum. Gleichzeitig wird Überschussfeuchtigkeit aus den Wänden entfernt und an die Luft abgegeben. Das ist entscheidend für den Isolierungseffekt, denn trockene Wände isolieren viel besser als nasse.

Die Wärmepumpe hat ihre eigene Stromversorgung

Die Wärmepumpe wird in der Regel an die bestehende Stromversorgung angeschlossen (sofern diese ausreichend ist, andernfalls muss sie erhöht werden). Zudem bieten alle Stromversorger spezielle Tarife für Wärmepumpen an, bei denen der Preis für Elektrizität niedriger ist als bei Standardtarifen. Und für diese günstigere Energie ist das ganze Haus angeschlossen.

Die Wahl der richtigen Wärmepumpe ist wichtig

Die Installation einer Wärmepumpe in ein bestehendes System ist sehr einfach, aber die Auswahl der richtigen Wärmepumpe ist etwas schwieriger. Zunächst muss eine Bewertung des Heizsystems und eine Berechnung des Wärmeverlusts des Gebäudes vorgenommen werden. Auf dieser Grundlage wird entschieden, welche Größe die Wärmepumpe haben soll und mit welcher Temperatur das Heizwasser in das Haus eingespeist wird. In 80% der Fälle wird bei Renovierungen festgestellt, dass es nicht notwendig ist, eine Wärmepumpe mit hoher Wassertemperatur zu wählen, die im Preis deutlich höher ist.

Dämmung des Hauses wird noch mehr Einsparungen bei der Heizung mit einer Wärmepumpe bringen

Eine ausgezeichnete Lösung für die Dämmung eines Hauses ist die Verwendung von dampfdurchlässigen Dämmputzen in Kombination mit einer Schutzbeschichtung, die das gesamte Haus von außen vor Wasser schützt (es lässt weder Wasser noch Feuchtigkeit ins Mauerwerk eindringen), aber gleichzeitig dampfdurchlässig ist und innen überschüssige Feuchtigkeit aus dem Mauerwerk zieht. Dieser Anstrich basiert auf Nanotechnologie – er enthält Millionen von keramischen Kugeln, die dem Anstrich ClimateCoating einzigartige Eigenschaften verleihen.

ISOTEX-Dämmungssystem

Das ISOTEX-System wird direkt auf das Mauerwerk aufgetragen (Dämmputz ISOTEX) und beeinflusst so die physikalischen Prozesse im Mauerwerk erheblich. Der Dämmputz zusammen mit dem thermokeramischen Anstrich ClimateCoating kann effektiv überschüssige Feuchtigkeit abtransportieren und das Mauerwerk trocken halten. Es ist ein ähnliches Prinzip wie das bekannte GoreTex-Gewebe – eine Membran, die Regenwasser nicht in das Mauerwerk eindringen lässt, aber gleichzeitig dampfdurchlässig nach außen ist.

Vorteile des ISOTEX-Dämmungssystems

• Minimale Lebensdauer des ISOTEX-Dämmungssystems beträgt 30 Jahre
• Deutliche Energieeinsparungen bei Heizung und Klimaanlage (15-40%)
• Hoher Schutz des Mauerwerks vor Witterungseinflüssen (ohne Bildung von grünen Algen, Pilzen und Schimmel)
• Hohe Wirksamkeit bei der Feuchtigkeitsentfernung aus dem Mauerwerk nach Beseitigung der Ursache
• Anwendung ohne Beschädigung des Mauerwerks (keine Verankerung)
• Einfache Verarbeitung
• Geringes Gewicht des ISOTEX-Dämmungssystems: 8,0 kg/m2
• Umweltfreundliches Material
• Schnelle Anwendung
• Das ISOTEX / ClimateCoating Wärmeschutzsystem ist besser als herkömmliche Dämmungssysteme

Eine detaillierte Beschreibung der Vorteile des ISOTEX-Dämmungssystems können Sie in unserem nächsten Artikel lesen: Vorteile des ISOTEX-Dämmungssystems

Wenn Sie die Meinungen von Leuten interessiert, die dieses System an ihrem Haus angewendet haben, hier ist beispielsweise die Meinung eines von ihnen: Erfahrungen mit dem ISOTEX-Dämmungssystem

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