Heizen mit Wärmepumpen
Seit vielen Jahren gewinnt das Heizen mit Wärmepumpen an Attraktivität. Die Gründe hierfür sind vielfältig: Nachhaltigkeit, Kompatibilität z.B. mit Photovoltaikanlagen und staatliche Zuschüsse macht es Bauherren und -frauen einfach, sich für eine Wärmepumpe zu entscheiden.
Wie es zur Wämepumpe gekommen ist, welche Arten von Wärmepumpen es gibt, auf welche Vor- und Nachteile Sie achten müssen und welche Fördertöpfe Ihnen zur Verfügung stehen erfahren Sie im folgenden Beitrag.
Geschichte der Wärmepumpe – von Anfang bis heute
Die Entwicklungsgeschichte der Wärmepumpe verlief nicht linear. Viele Zufälle und glückliche Fügungen brachten Produkte hervor, die heute vielerorts im Einsatz sind und sich länderübergreifend großer Beliebtheit erfreuen.
Erste Experimente, die der Entwicklung der Wärmepumpe gedient haben, wurden bereits im 18. Jh. vorgenommen. Per Zufall stellte ein schottischer Wissenschaftler fest, dass dem Reaktionsgefäß Wärme entzogen wird, wenn Diethylether (Äther) mithilfe von Unterdruck zum Verdampfen gebracht wird. Diese Experimente hatten zwar nicht das Ziel eine Wärmepumpe hervorzubringen. Dennoch waren sie ein Baustein in der Entwicklungsgeschichte.
Später wurde Äther durch Ammoniak und Wasser ersetzt. Ziel war hier ganz konkret die Entwicklung einer Kältemaschine. Erste derartige Maschinen waren nach dem Ersten Weltkrieg in privaten Häusern in den USA im Einsatz.
Die Weiterentwicklung vom Kühlen zum Heizen hatte einen dringenden Grund: Ressourcenknappheit und enorme Brennstoffpreise als Folge sowohl des Ersten Weltkrieges als auch der Rezession in den 30er Jahren des 2. Jhs. machten Druck auf die Wissenschaft. Nicht nur in den USA, auch in der Schweiz, in Österreich und in Deutschland wurde mit Hochdruck an der Entwicklung einer Wärmepumpe gearbeitet.
1968 dann nahm Klemens Oskar Watterkotte die erste Niedertemperatur-Fußbodenheizung in Betrieb, die an eine Erdwärmepumpe gekoppelt wurde. Diverse Ereignisse wie z.B. die Ölkrise in den 1970er Jahren oder die Öko-Bewegung im Deutschland der 1980er Jahre schärften das Bewusstwerden für alternative Heizformen abseits von Öl. So wurden Wärmepumpen ab den 1990er Jahren konsequent vermarktet.
Waterkotte Wärmepumpe aus dem Jahr 1972
Arten von Wärmepumpen
Zu den bekanntesten Arten von Wärmepumpen gehören Luft-Wasser-Wärmepumpen, Sole-Wasser-Wärmepumpen, Wasser-Wasser-Wärmepumpen und, Warmwasser-Wärmepumpen und Großwärmepumpen.
Luft – Wasser – Wärmepumpen
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe funktioniert so: Der Außen- oder Raumluft wird Wasser entzogen und an einen Wärmeübertrage (Verdampfer) weitergeleitet. Dieser enthält ein Kältemittel, das bereits bei niedriger Temperatur beginnt, zu verdampfen. Die dabei freigesetzte Wärme ist zu gering für das Heizsystem, deshalb wird sie komprimiert. Der Verdichtungsprozess und die damit verbundene Erhöhung der Temperatur sind bei jeder Wärmepumpe gleich.
Sole-Wasser-Wärmepumpen
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Energie, die in der Erde ist. Es gibt zwei Methoden, um die Energie für die Wärmepumpe bereitzustellen:
- Erdkollektoren mit großen Flächen werden dicht unter der Erdoberfläche verlegt. Sie nehmen thermische Energie auf und leiten sie an die Wärmepumpe weiter.2.
- Erdsonden werden 40 bis 100 Meter tief vertikal in die Erde eingebracht. Im Vergleich zur erstgenannten Technik benötigen Erdsonden deutlich weniger Platz. Die Erschließungskosten sind bei den Erdsonden höher. Allerdings können diese von den guten Wirkungsgraden gut abgefedert werden.
Wasser-Wasser-Wärmepumpen
Während sowohl die Luft als auch die Energie aus dem Erdinneren zum Betrieb einer Wärmepumpe geeignet sind, gibt es eine weitere Möglichkeit: Das Grundwasser. Das Grundwasser ist ganzjährig etwa 10°C warm. Allerdings ist hier die Planung im Vorfeld sehr wichtig. Die Zusammensetzung des Grundwasser sowie dessen Menge muss ermittelt werden. Außerdem gilt ein besonderes Augenmerk dem Wasserschutz. Es kommt nämlich mitunter vor, dass die zuständigen Behörden die Genehmigung für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe verweigern. Entsprechend wichtig ist hier also die sorgfältige Planung im Vorfeld (vor dem Kauf!) und die enge Abstimmung mit den zuständigen Ämtern.
Warmwasser-Wärmepumpen
Das große Plus bei der Warmwasser-Wärmepumpe ist ihre mitunter positive Auswirkung auf die Raumluft. Sie verwendet entweder die Umluft als Wärmequelle. Dabei entfeuchtet sie den Raum und sorgt so Schimmelbildung vor. Sie kann aber auch an ein bestehendes Luftverteilsystem gekoppelt sein. Dann kann sie Räume kontrolliert be- und entlüften.
Zu beachten gilt: Die Kernaufgabe der Warmwasser-Wärmepumpe ist die Bereitung von warmem Wasser. In Kombination mit entsprechenden Komponenten kann sie den selbst erzeugten Solarstrom nutzen.
Funktionsweise von Wärmepumpen
Einfach gesprochen handelt es sich bei einer Wärmepumpe um einen Kühlschrank, nur umgekehrt.
Kühlschränke entziehen den Lebensmitteln im Innern Wärmeenergie und leiten diese nach außen. Wärmepumpen arbeiten gegenteilig. Sie entziehen der Umgebung des Gebäudes Wärmeenergie und machen diese für die Heizung im Innern nutzbar. Hierbei kann neben der Außenluft auch Wärmeenergie aus dem Grundwasser oder Erdreich gezogen werden.
Die Temperatur der gewonnen Wärme ist aber in der Regel nicht hoch genug, um Gebäude oder gar das Nutzwasser zu erwärmen. Um die benötigten Temperaturen zu erreichen, greifen Wärmepumpen auf einen thermischen Prozess, den sog. “Kältekreisprozess” zurück.
Bestandteile einer Wärmepumpe
Wärmepumpen bestehen aus drei Teilen:
- Wärmequellenanlage: Die Wärmequellenanlage entzieht der Umgebung die benötigte Wärmeenergie
- Wärmepumpe: Hier wird die der Umwelt entzogene Wärmeenergie nutzbar gemacht
- Wärmeverteil- und Speichersystem: Wie der Name schon verrät, wird hier die Wärmeenergie im Gebäude verteilt oder gespeichert.
Heizen mit Wärmepumpe
Aber wie genau funktioniert nun eine Wärmepumpe?
Die Wärmegewinnung erfolgt in drei Schritten:
Wärmegewinnung
Die Umweltwärme (aus dem Erdreich oder dem Grundwasser) wird in der Wärmequellenanlage von einer Sole aufgenommen. In der Regel handelt es sich hierbei um mit Frostschutz versetztes Wasser das dort zirkuliert. Diese Sole transportiert die Umweltwärme zur Wärmepumpe.
Bei Luft – Wärmepumpen wird die Außenluft übere einen Ventilator angesaugt und der Wärmepumpe zugeführt.
Nutzbarmachung
In der Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel in einem zweiten Heizkreis. Mit Hilfe eines Wärmetauschers wird die Umweltenergie aus dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel in dem zweiten Kreislauf übertragen. Dadurch verdampft das Kältemittel. Bei Luft – Wärmepumpen wird das Kältemittel durch die zugeführte Luft erhitzt. Im Anschluss wird der Kältemitteldampf in einen Kompressor/Verdichter weiter geleitet. Durch das Verdichten wird die Temperatur des gasförmigen Kältemittels weiter erhöht. Nun wird das gasförmige Kältemittel an einen weiteren Wärmetauscher, den sog. Verflüssiger, weiter geleitet. Hier wird das Kältemittelgas kondensiert. Dadurch wird die Wärme wieder abgegeben. In einer Drossel wird der Druck des Kältemittels wieder verringert. Danach wird das flüssige, entspannte, Kältemittel wieder an den Verdampfer zurückgeführt.
Heizen
In dem Wärmeverteil- und Speichersystem des Gebäudes zirkuliert das Heizmedium. Hierbei handelt es sich in der Regel um Wasser. Das Wasser nimmt nun die Wärme, die das Kältemittel im Verflüssiger abgeben hat, auf. Nun wird die Wärme entweder zum Verteilersystem, bspw. Flächenheizung, oder zum Heizungspuffer oder Warmwasserspeicher weiter geleitet.
Kühlen mit der Wärmepumpe
Die Wärmepumpe ist das einzige Heizgerät das auch kühlen kann. Wärmepumpen können also nicht nur an kalten, sondern auch an warmen Tagen für angenehme Temperaturen sorgen. Dabei wird zwischen einer aktiven und einer passiven Kühlung unterschieden.
Aktive Kühlung
Da die Außenluft im Sommer für eine passive Kühlung zu warm ist, wird diese Methode hauptsächlich bei Luft- Wasser- Wärmepumpen angewandt. Hierbei wird die Funktionsweise der Wärmepumpe umgekehrt. Anstatt dass der ursprünglichen Wärmequelle die Wärmeenergie entzogen wird, wird diese der Heizung entzogen und nach außen abgeführt. Der Verdichter bleibt weiter in Betrieb, es ändert sich lediglich die Zirkulation des Kältemittels. Mit Hilfe eines Vier – Wege – Ventils wird sichergestellt, dass Heizen und Kühlen unabhängig voneinander funktioniert. So kann auch während des Kühlprozesses das Wasser noch erwärmt werden.
Passive Kühlung
Bei der passiven Kühlung wird der Verdichter, und damit die gesamte Wärmeerzeugung, umgangen. Die Vorgehensweise kommt bei Erd- oder Grundwasserwärmepumpen zum Einsatz. Möglich macht dies das Prinzip des Temperaturgefälles. Thermische Energie fließt immer vom wärmeren ins kältere System. Da etwa im Erdreich oder Grundwasser auch immer Sommer Temperaturen von um die 10°C herrschen, wird die WÄrme des Heizsystems automatisch dorthin abgeleitet. Neben der geringen Intensität tritt der Kühleffekt nur sehr langsam ein.
Das gilt es zu beachten:
1. Passende Wärmepumpe
Nicht jeden Wärmepumpe verfügt über eine Kühlfunktion. Informieren Sie sich vor dem Kauf ob die gewünschte Anlage über eine Kühlfunktion verfügt. Bei manchen Geräten kann die Kühlfunktion auch nachgerüstet werden.
2. Passendes Heizsystem
Auch hier gibt es Unterschiede. Flächenheizungen sind generell besser für die Kühlung geeignet als bspw. Radiatoren. Am besten wird die Raumkühlung über die Decke realisiert. Mit Hilfe von Flächenheizungen an Wand oder Fußboden lassen sich auch gute Ergebnisse erzielen.
3. Kondenswasser vermeiden
Wenn die Temperatur einer Fußboden- oder Wandheizung unter den Taupunkt fällt, kann sich am Boden oder der Wand Kondenswasser bilden. Mit Kondenswasserfühlern lässt sich die Taupunkttemperatur überwachen. Sobald diese Temperatur im Kühlbetrieb erreicht wird, wird die Kühlleistung selbstständig heruntergefahren.
Vor- & Nachteile
Vorteile
+ geringe Heizkosten
+ Unabhängig von Preisentwicklungen fossiler Energieträger
+ Möglichkeit staatlicher Förderungen
+ wartungsarm
+ CO2 freier Betrieb möglich
+ Schonung fossiler Ressourcen
+ Kann auch zum kühlen genutzt werden
Nachteile
– vergleichsweise hohe Anschaffungskosten
– hohe Stromkosten bei falscher Planung
– höherer Aufwand durch Genehmigungen
– mehr Geräusche bei ungünstiger Außenaufstellung
Staatliche Förderung von Wärmepumpen
Warum fördert der Staat Wärmepumpen?
Wärmepumpen beziehen einen Großteil der Heizenergie aus der Umgebung. Und sie erzeugen wenig CO₂. Etwa drei Viertel der Heizleistung kommen dabei aus der Umgebung, nur etwa ein Viertel aus eingesetztem Strom. Wenn dieser Strom dann bspw. aus eigener Produktion kommt, dann arbeitet die Wärmepumpe sogar CO₂-neutral. All das sorgt dafür, dass die Wärmepumpen die Umwelt lange nicht so stark belasten wie herkömmliche Heizsysteme, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten.
Welche Maßnahmen fördert der Staat genau?
Der Staat fördert sowohl die Anschaffung, als auch die Installation der Wärmepumpe. Sole-Wasser-Pumpen, die eine aufwendige und teure Bohrung voraussetzen, werden auch gefördert.
Welche Förderungen gibt es für Wärmepumpen?
Seit dem 01.01.2021 gibt es die BEG, “Bundesförderung effiziente Gebäude”. Das sind zusammengefasste Maßnahmen der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) und des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA)
Förderanträge werden bei der KfW und dem BAFA gestellt. Das bedeutet:
- In Bestandsgebäuden können Einzelmaßnahmen über das Teilprogramm BEG EM (Bundesförderung für effiziente Gebäude Einzelmaßnahmen) gefördert werden. Das wäre z.B der Einbau einer förderfähigen Wärmepumpe mit einem Fördersatz von 35%. Lassen Sie dabei noch eine alte Ölheizung austauschen, so erhöht sich die Förderquote um 10% auf 45%.
- Weitere 5 % an zusätzlicher Förderung sind bei einer Sanierungsmaßnahme als Teil eines iSFP-Bonus vorgesehen (individueller Sanierungsfahrplan, Teil des Förderprogramms „Bundesförderung für Energieberatung für Wohngebäude“).
- Sanieren Sie ein Bestandsgebäude zu einem Effizienzhaus, so werden systemische Maßnahmen gefördert. Das ist im Teilprogramm BEG WG/NWG (Wohngebäude/Nichtwohngebäude) enthalten. Besonders interessant: Wird mit dem Einsatz einer Wärmepumpe ein Anteil von mind. 55% durch erneuerbare Energien (EE-Anteil) erreicht, so profitiert man von der EE-Klasse. D.h., es gibt zusätzlich 5%-Punkte bei max. 150.000€ förderfähigen Kosten.
- Das KfW-Programm “Energieeffizient bauen” fördert Neubauten. Auch hier lässt der Erwerb einer Wärmepumpe kräftig bezuschussen.
Es ist sinnvoll, sich rechtzeitig mit den Fördermöglichkeiten auseinanderzusetzen. Die Anschaffungs- und Installationskosten schlagen, je nach Gerät, gehörig zu Buche.
Zuschuss für Einzelmaßnahmen im Bestand
Energetische Einzelmaßnahmen an der Gebäudehülle werden gefördert. Ebenso Heizanlagen, die erneuerbare Energien nutzen. Doch nicht nur die Maßnahmen und Geräte werden bezuschusst, sondern auch alles, was dazugehört (wie z.B. Beratung und Installation).
Zuschuss für ganze Neubauten (Effizienzhausstandard)
Hier zeigen wir Ihnen, wie sich die BEG zu Neubauten verhält, die verschiedene Effizienhausstandards erreichen:
Wie hoch ist die BEG im Wohngebäude?
- Maximal förderfähige Kosten für die gesamten Sanierungsmaßnahmen: 120.000 Euro pro Wohneinheit.
- Maximal förderfähige Kosten bei der energetischen Sanierung hin zu einem der Effizienzhaus-Standards: 150.000 Euro pro Wohneinheit.
- Einzelmaßnahme im Bestand: Maximal 60.000€ förderfähige Kosten je Wohneinheit. Davon bis zu 50%. Heißt: Eine Fördersumme von bis zu 30.000€ je Wohneinheit.
Wann wird die Wärmepumpen-Förderung ausgezahlt?
Sowohl das Bafa als auch die KfW zahlen die Förderung nach Abschluss der Maßnahme aus. Bei einer Bafa-Förderung füllen Sie den Verwendungsnachweis aus und reichen diesen mit allen anderen relevanten Unterlagen ein. Nach deren Prüfung erfolgt die Auszahlung.
Bei einer KfW-Förderung arbeiten Sie mit dem zertifizierten Energieberater zusammen. Der erstellt unter Ihrer Mitwirkung die sog. „Bestätigung nach Durchführung” – kurz BnD. Diese reichen Sie ein. Üblicherweise zahlt die KfW am Monatsende des Folgemonats aus.
