Wärmepumpen

Was sind Wärmepumpen?

Grundsätzlich sind Wärmepumpen für die Umwandlung regenerierbarer und natürlicher Energieressourcen in den für den Menschen nutzbringende Energiearten konzipiert. Wärmepumpen sind in der Lage, in die Gewinnung fast aller erneuerbaren Energien eingebunden zu werden. Lediglich die Biomasseenergie, die Energie der Gezeiten sowie der Sonnenstrahlen können mit Wärmepumpen direkt nicht umgesetzt werden. Da sich jedoch eine Vielzahl anderer erneuerbarer Energiequellen durch die effizienten und vielfach einsetzbaren Wärmepumpen nutzen lässt, gehören diese Einrichtungen zu den gegenwärtig recht bedeutenden Alternativen.
Wärmepumpen werden insbesondere dann betrieben, wenn es sich um die Förderung von Energie aus Wasser, Luft oder im Rahmen der Geothermie handelt. Spezielle Wärmepumpenheizungen sind außerdem in der Lage, die in der Umgebungswärme gespeicherte Energie der Sonne zu absorbieren und an Inneräume zu übertragen.
Gerade die erneuerbaren Energien sind es, über die zu allen Zeiten und kostenfrei verfügt werden kann. Dies ist mit den entsprechend konzipierten Wärmepumpen realisierbar. In Zukunft sollen Wärmepumpen nicht mehr nur die im Grundwasser und im Erdreich enthaltene Wärmeenergie fördern, sondern gleichsam so entwickelt werden, dass diese in Flüssen, Seen und Meeren enthaltene Wärme zu Heizzwecken konvertiert werden kann.

Arten von Wärmepumpen

Moderne Wärmepumpen werden in Abhängigkeit von deren technischem Aufbau und deren Funktionsweise in unterschiedliche Arten unterteilt. Bei der Klassifizierung der Wärmepumpen spielen gleichsam die ausgebeuteten erneuerbaren Energieressourcen eine wichtige Rolle. Neben den gegenwärtig im Einsatz befindlichen Luft-Wasser Wärmepumpen werden gleichsam die sogenannten Erdwärme oder Sole-Wasser und Warmwasser Wärmepumpen genutzt. Darüber hinaus kommen gleichsam die Wärmepumpen mit Energiezaun, die Luft-Luft Wärmepumpen und Wasser-Wasser Wärmepumpen in Frage.

Erdwärmepumpen

Auf der Grundlage der sogenannten Geothermie, das bedeutet unter Ausnutzung der Erdwärme, arbeiten die Erdwärmepumpen. Diese entnehmen dem Erdreich die in den tieferen Erdschichten befindliche Wärmeenergie, verdichten diese, heizen diese nochmals auf und befördern diese in die Beheizungen der Innenräume. Im Gegensatz zu normalen Heizsystemen, die noch auf fossilen und kostspieligen Energieträgern beruhen, kommt für die Erdwärmepumpen eine kostenlose und regenerative Energiequelle in Frage. Zu etwa 75 Prozent kommt die Energie bei der Erdwärmepumpe unmittelbar aus den Erdschichten. Natürlich handelt es sich unter Berücksichtigung dieser Tatsache um eine Energiebereitstellung, die perspektivisch immer wichtiger wird. Dies betrifft insbesondere den Aspekt, dass bei der Erdwärmepumpe die Energieausbeute so hoch ist, dass diese Variante beinahe wirtschaftlicher ist als die bislang bekannten Systeme, die auf anderen erneuerbaren Energien beruhen. Die Erdwärmeheizungen zeichnen sich in Bezug auf die Ausbeutung erneuerbarer Energieressourcen durch einen sehr sparsamen Einsatz von elektrischem Strom aus.

Luftwärmepumpen

Luft ist in unbegrenztem Umfang überall und immer zu haben. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf das Gewinnen von Heizenergie durch Luftwärmepumpen aus. Der regenerative Energieträger Luft wird durch die erneuerbare Energiequelle Sonnenstrahlen aufgeheizt und ist reich an Wärmeenergie. Dies geschieht zu allen Jahreszeiten. Darüber hinaus ist Luft immer verfügbar. Durch die technische Ausrüstung der Luftwärmepumpen, die vorrangig auf diese Energieform abgestimmt ist, wird ein für ökologisches Heizen und ein gesundes Innenklima in Gebäuden gesorgt.
Die Luftwärmepumpe wird aufgrund der in der Praxis umgesetzten Technologien der Energiebereitstellung in unterschiedliche Kategorien unterteilt. Neben der sogenannten Luft-Wärmepumpe befindet sich gleichsam die Luft-Luft Wärmepumpe im Einsatz. Grundsätzlich funktionieren beide Heizvarianten ohne die Geothermie, das bedeutet, dass keine Bohrungen ins Erdreich vorgenommen werden müssen.
Eine Luft-Wasser Wärmepumpe wird wie eine Solar- oder Photovoltaikanlage in gleichem Umfang zur Bereitstellung von warmem Brauchwasser verwendet und kann ebenso durch einen sogenannten Wärmeträger Heizwärme bereit stellen. Die Luft-Luft Wärmepumpe nutzt in einem noch größeren Umfang den erneuerbaren Energieträger Luft, indem nicht nur aus der Außenluft, sondern gleichsam aus der Umgebungsluft im Raum wiederum Wärmeenergie absorbiert werden kann. Kaum ein anderes System, welches mit regenerativen Energien arbeitet, ist in dieser Hinsicht so wirtschaftlich wie die Luft-Luft Wärmepumpe.

Gegenwärtige Bedeutung von Wärmepumpen

Wärmepumpen sind von enormer zeitgemäßer und nachhaltiger Bedeutung für die zukünftige Versorgung der Menschen mit Energie sowohl im kleinen als auch im großen Stil. Noch längst sind die Möglichkeiten der Wärmepumpen nicht ausgeschöpft. Neue Ideen gehen dahin, dass Wärmepumpen entwickelt werden, die mit einem jahreszeitlichen Speicherelement für Wärmeenergie gekoppelt sind und eine noch bedarfsgerechtere und wirtschaftlichere Nutzung der erneuerbaren Energien gewährleisten. Dies trägt dazu bei, dass die gesamte Wirtschaftlichkeit von Heizsystemen mit Wärmepumpen stark erhöht werden kann und eine noch bessere Nutzbarkeit der regenerativen Energieressourcen möglich ist.

Wärmepumpen für das Eigenheim

Ohne großen Aufwand können Heizsysteme mittels Wärmepumpentechnik in das Eigenheim integriert werden. Die Funktionsweise ist denkbar einfach, aber dennoch innovativ.

Eine Wärmepumpe nutzt die Energie unserer Erde aus, die kostenlos und überall zur Verfügung steht. Bereits in 10 Metern Tiefe beträgt die Temperatur rund 10°C. Bei einer Wärmepumpe wird ein Rohr im Boden versenkt, welches mit einem speziellen Fluid befüllt ist. Dieses Fluid nimmt im Erdinneren Wärme auf und kondensiert bei der Rückkehr zur Erdoberfläche. Diese Wärmeenergie wird dem Heizsystem zu geführt. Die Pumpe an sich sorgt dafür, dass das Fluid ständig in Bewegung bleibt. Der Antrieb dieser Pumpe wird je nach Ausführung mit Strom oder als Verbrennungsmotor realisiert. Die Pumpe benötigt umso weniger Energie, desto geringer die Differenz zwischen Wohnraum und der Erdtemperatur ist. Die Pumpe besitzt des Weiteren einen Verdichter, der die Flüssigkeit komprimiert und damit die Energiedichte erhöht.

Allerdings haben Wärmepumpen auch einen Nachteil: die Kosten. Sie kosten rund das Fünffache eines normalen Gas- oder Ölbrenners. Über die Jahre kann sich so eine Anlage jedoch amortisieren, denn neben dem Verzicht auf immer teureres Erdgas oder Erdöl, fallen im Normalfall auch keine Wartungskosten an. Schließlich verursacht eine Wärmepumpe keinerlei schädliche Russpartikel und muss deshalb nicht von einem Schornsteinfeger turnusmäßig geprüft werden. Der Kostenpunkt der Schornsteinfegerwartung sollte nicht außer Acht gelassen werden.

Bei neuen oder grundsanierten Immobilien macht ein Umstieg auf eine Heizung per Wärmepumpe trotz der hohen Anschaffungskosten Sinn. Jedoch sollte man einen längeren Nutzungshorizont sowie eine ausreichende Wärmedämmung des Objektes vor Augen haben, damit sich eine solche Anlage tatsächlich rentiert. Gerade in Sachen Dämmung kann man noch einiges für sich herausholen. Jedoch sollten auch hier immer die baulichen Bedingungen beachtet werden, was gerade bei Fachwerk wichtig ist.

Strom durch Wärmepumpen

Seit der Mitte des letzten Jahrhunderts ist bei uns die Wärmepumpentechnik im Einsatz. Damit war es möglich, Wärme aus dem Untergrund, hauptsächlich aus dem Grundwasser zu entnehmen und mittels verschiedener Techniken zum Beheizen von Häusern wieder abzugeben. Die Technik ist im Prinzip relativ einfach, aber es sind gewisse Vorkehrungen zum Schutz der Umwelt notwendig.

Erst die steigenden Energiepreise machen Wärmepumpen interessant

Zwar werden Wärmepumpen schon seit vielen Jahrzehnten betrieben, aber erst mit den stark angestiegenen Energiepreisen insbesondere für das Erdöl, erlangten sie zu einer größeren Bedeutung. Die anfallenden Kosten für die Apparaturen und die Sicherungsvorkehrungen sind bei hohen Energiepreisen schnell wieder zu erwirtschaften. Deshalb verlohnen sich Wärmepumpen nicht nur in großtechnischem Maßstab, sondern auch für kleinere Einfamilienhäuser.

Verschiedene Wärmequellen sind anzapfbar

Die Technik der Wärmepumpe ermöglicht es, verschiedene Wärmequellen zu nutzen. Das kann die Außenluft oder auch Abluft eines Betriebes sein, das Grundwasser in jeglicher Tiefe, der Erdboden auch ohne Wasservorkommen sowie die Rückgewinnung von Wärme aus Abwässern.

Wie funktioniert die Technik

Nun Wärmepumpen arbeiten wie folgt. Aus der Umwelt, also den oben beschriebenen Wärmequellen wird mittels flach verlegter Rohre oder in die Tiefe gebohrter Rohre die Wärme durch Flüssigkeiten aufgenommen. Je höher die Umgebungswärme ist, desto größer ist auch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Die gewonnene Energie ist größer und die Kosten für die Anlage amortisieren sich schneller. Die Flüssigkeit, die in den Rohren fließt, ist dabei ein Wasser-Sohle-Gemisch. Dieses Wasser wird nach Aufwärmung in einem Kondensator verdichtet und gibt die Wärme über einen Wärmetauscher mit einem Kältemittel ab. Diese Wärmetauscher sind Metallplatten oder Spiralen und kommen mit dem internen Wasserkreislauf nicht direkt in Berührung. Dabei kühlt das Wasser-Sohle-Gemisch ab und wird wieder im Kreislauf gefahren und kann erneut Energie aus der Wärmequelle aufnehmen. Der interne Wasserkreislauf gibt dann die Wärme direkt an den gewünschten Stellen an die Umgebungsluft ab.

Kältemittel sind für die Umgebung schädlich

Früher verwendete man als Kältemittel verdichtete, also sehr kalte Gase wie Fluoride, die sowohl in der Luft als auch im Grundwasser Schäden anrichten konnten. In das Grundwasser dürfen also Kältemittel nicht gelangen, da sie das Trinkwasser gefährden können. Deshalb wurden die Kältemittel in Wassergefährdungsklassen eingeteilt und bestimmte Mittel nicht mehr zugelassen. Da die Kältemittel auch zum bekannten Ozonloch beitragen können, wurden nur noch relativ ungefährliche Kältemittel zugelassen. Ein guter Vergleich sind die Kühlschränke, die im Prinzip genauso arbeiten wie Wärmepumpen. Sie erzeugen nur Kälte, indem der Innenluft des Kühlschrankes Wärme entzogen wird. Auch hier wird diese Kältemitteltechnik benötigt, eben nur in der Umkehrung der Technik.

Welche Wärmepumpen sind heute gefragt

Nun das kommt auf die Möglichkeiten an. Wenn genügend warmes Grundwasser vorliegt, verlohnt heutzutage eine Wärmepumpe, die sich des Grundwassers bedient, also erdgekoppelt. Tiefe Bohrungen kosten viel Geld und der Erfolg von Tiefbohrungen ist immer mit einem Risiko verbunden, dass die Grundwasserschicht nicht mächtig genug ist. Da Wärmepumpen auch staatlich gefördert werden, ist auch die Gewinnung der Wärme aus Luft mittlerweile interessant geworden. Es entfallen die aufwendigen Erdarbeiten, damit kann auch eine kleinere Energieausbeute in Kauf genommen werden.

Kostenvergleich mit herkömmlichen Heizungsanlagen

Die Erstellung von erdgekoppelten Wärmepumpen ist teurer als bei herkömmlichen Heizungsanlagen mit fossilen Brennstoffen. Aber durch den Wegfall von Schornsteinen bei Neubauten und Lagerräumen für die fossilen Brennstoffe, also Erdöltanks beispielsweise günstiger. Wärmepumpen mit dem Medium Luft sind hier noch etwas günstig. Da die Preise für Öl und Gas bei herkömmlichen Heizungen stetig steigen und wohl auch nicht wieder fallen werden, sind die Wärmepumpen durchaus eine Alternative, zumal die Abhängigkeit vom Ausland für die Brennstoffe Öl und Gas hier entfällt. Neuste Techniken, die die Wärmepumpentechnologie noch effizienter machen, haben zu einer höheren Wirtschaftlichkeit verholfen und die Technik wird sich sicher noch weiter günstig entwickeln.