Wärmepumpen nutzen in der Umwelt vorhandene regenerative Wärmeenergie aus der Luft, dem Erdreich und dem Grundwasser. Doch egal, auf welche Wärmequelle eine Wärmepumpe zugreift, das physikalische Funktionsprinzip ist bei allen Wärmepumpen das gleiche. Mit Hilfe eines Kältemittels, das die Eigenschaft besitzt, bereits bei geringem Temperaturplus zu verdampfen, wird der Umluft die vorhandene Wärmeenergie entzogen. Sie kennen das vom  Kühlschrank. Hier wird die Wärme der Luft im Innenraum nach außen abgeleitet, was den Kühleffekt erzeugt. Wärmepumpen bewirken das Gegenteil. Sie bringen Wärme ins Haus. Das durch die Wärmeaufnahme in den Gaszustand übergehende Kältemittel gelangt zunächst in einen Verdichter (Kompressor) und wird verdichtet. Eine  Druckerhöhung führt bei Gasen naturgemäß zu einem Temperaturanstieg. In einem Wärmeübertrager, der an das Rohrsystem der Heizungsanlage im Haus angeschlossen ist, gibt das komprimierte Gas die gespeicherte Wärmenergie an das Wasser in der Heizungsanlage ab.  Die Temperatur des Kältemittels sinkt, es verflüssigt sich wieder, der Wärmepumpen-Kreislauf beginnt von vorn. Die Grafik veranschaulicht den gesamten Prozess auf einen Blick.

Wärmepumpen werden aufgrund der verschiedenen nutzbaren regenerativen Wärmeenergiequellen in zwei Hauptgruppen unterteilt - in LUFTWÄRMEPUMPEN und ERDWÄRMEPUMPEN. Um Ihnen die Entscheidung zu erleichtern, welche Art von Wärmepumpe für Ihr individuelles Heizungsprojekt und Ihren Heizungsbedarf am geeignetsten ist, erklären wir Ihnen die Details:  

Luftwärmepumpe - das sollten Sie wissen

Die Luftwärmepumpe nutzt wie alle anderen Arten und Modifizierungen von Wärmepumpen die physikalischen Eigenschaften gasförmiger und flüssiger Stoffe zur Aufnahme und Abgabe von Wärme. Regenerative Wärmequelle ist die Umgebungsluft. Sowohl außenhalb als auch innenhalb eines Gebäudes. Je nach Einsatzort, ob in einem älteren Haus oder in einem Neubau, und entsprechend dem Heizbedarf unterscheiden sich die Luftwärmepumpen in der Geräteausführung, im Platzbedarf und im Anschaffungspreis.

Artenvielfalt bei Luftwärmepumpen

Luftwärmepumpen nutzen auf vielfältige Weise die natürliche Ressource Luftwärme. Die gängigsten Luftwärmepumpen unterscheiden sich vor allem danach, welcher Art von Luft sie Wärme entziehen. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe greift auf die natürliche Außenluft zu. Das Gerät kann in einem Kellerraum oder im Außenbereich aufgestellt werden. Bei der sogenannten Split-Luft/Wasser-Wärmepumpe hingegen ist das Gerät in eine technische Außeneinheit und eine technische Inneneinheit geteilt.  Dies hat vor allem projekttechnisch den Vorteil, dass keine Warmwasserleitungen außerhalb des Gebäudes installiert und aufwändig wärmegedämmt werden müssen. Die Abluftwärmepumpe wird vor allem in Niedrigenergiehäusern oder auch in Tiefgaragen verwendet, wo die Temperatur der Innenluft durch Abwärme von Personen, technischen Geräten oder eben Fahrzeugen ansteigt. Dieses Temperaturplus wird genutzt, um die  Heizungsanlage bzw. Warmwasser-Aufbereitung mit Wärmeenergie zu versorgen. Auf ähnliche Weise wird mit einer Brauchwasser-Luft/Wasser-Wärmepumpe erwärmte Innenluft genutzt, jedoch nur zur Warmwasser-Aufbereitung. Anders als bei allen anderen Luftwärmepumpen erfolgt bei der Luft/Luft-Wärmepumpe die Wärmeübertragung direkt zwischen der erwärmten Abluft und frischer Zuluft über einen Plattenwärmetauscher. Die Frischluft wird zusätzlich über einen Zuluft-Nacherhitzer auf die erwünschte Raumtemperatur gebracht und über das innere Lüftungssystem in die zu beheizenden Räume abgegeben. Eingesetzt werden Luft/Luft-Wärmepumpen aus wirtschaftlichen Gründen vor allem in luftdichten Niedrigenergie- und Passivhäusern.

Aufwand, Kosten, Preise bei Luftwärmepumpen

Luftwärmepumpen besitzen generell den Vorteil, dass sie bei der Installation einen geringen bautechnischen Aufwand verursachen. Zum Beispiel entfällt die Erschließung von Erdwärmekollektoren bzw. Erdwärmesonden, wie sie bei Erdwärmepumpen erforderlich ist. Der Platzbedarf für Luftwärmepumpen gestaltet sich außen wie innen als relativ gering. Je nach Art der Luftwärmepumpen sind diese in Alt- und Neubauten einsetzbar. Der konkrete Anwendungsfall spiegelt sich auch im Anschaffungspreis wieder. Die Spanne reicht von wenigen Tausend Euro bis zu mehr als 12.000 Euro. Nachteilig schlagen hohe Betriebskosten zu Buche. Luftwärmepumpen bedürfen zusätzlicher Elektroenergie, um Verdichter und Pumpen zu betreiben. Schwankende Außentemperaturen führen außerdem dazu, dass es hierbei zu erheblichen Mehrkosten kommen kann. Generell werden Luftwärmepumpen vom Staat einmalig bezuschusst, wenn sie dem Heizen und der Warmwasser-Erzeugung dienen. Für Hausneubauten gibt es keine Förderung.

Fazit: Luftwärmepumpen lohnen nur unter streng begrenzten Kriterien

Erdwärmepumpe - das sollten Sie wissen

Die Erdwärmepumpe nutzt wie alle anderen Arten und Modifizierungen von Wärmepumpen die physikalischen Eigenschaften gasförmiger und flüssiger Stoffe zur Aufnahme und Abgabe von Wärme. Regenerative Wärmequelle ist die Wärmeenergie im Erdreich. Diese weist ganzjährig eine konstante Temperatur von 8 bis 12 Grad Celsius auf. Je nach Einsatzort, ob in einem älteren Haus oder in einem Neubau, und entsprechend dem Heizbedarf unterscheiden sich die Erdwärmepumpen in der Geräteausführung, im Platzbedarf und im Anschaffungspreis. Der grundsätzliche Unterschied besteht im Bezug der Erdwärme entweder über Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden:

Erdwärmekollektoren benötigen Fläche

Erdwärmepumpen sind nach der Arbeitsweise Sole-Wasser-Wärmepumpen. Damit die flüssige Sole (Wasser-Kältemittel-Gemisch) die Wärme aus dem Erdreich aufnehmen kann, gibt es die Variante, unterhalb der geologischen Frostgrenze, also in einer Bodentiefe zwischen 0,80 und 1,50 Meter, Erd-wärmekollektoren zu verlegen. Durch das Rohrsystem zirkuliert die Sole und nimmt die Erdwärme auf. Die flächenmäßige Ausdehnung der Erdkollektoren richtet sich nach der geplanten Leistung der Sole-Wasser-Wärmepumpe. Als Regel gilt, die Fläche für die Kollektoren sollte doppelt so groß sein wie die zu beheizende Wohnfläche. Somit wird relativ viel Fläche in der Umgebung des Gebäudes benötigt, was den Einsatz von Sole-Wasser-Wärmepumpen auf Basis von Erdkollektoren lokal einschränkt. Ein wesentlicher Faktor für die Leistungskapazität ist zudem die Bodenbeschaffenheit. Sandige Böden eignen sich weniger gut zum Speichern und zur Abgabe von Erdwärme. Bessere Eigenschaften als Wärmeenergiequelle weisen hingegen lehmige Böden auf, was sich reduzierend auf die benötigte Bodenfläche für die Erdwärmekollektoren und die Erschließungskosten auswirkt.

Erdwärmesonden gehen in die Tiefe

Um Sole-Wasser-Wärmepumpen die im Erdreich gespeicherte Wärmeenergie zuzuführen, gibt es neben der Variante der Erdwärmekollektoren eine zweite Möglichkeit: Erdwärmesonden. In diesen vertikal in den Boden eingebrachten Rohrsystemen zirkuliert die flüssige Sole und nimmt im Gegensatz zu den Erdwärmekollektoren in größerer Tiefe die Wärmeenergie aus dem Erdreich auf. Die genehmigungspflichtigen und fachgerecht zu setzenden Bohrungen erreichen Tiefen von 40 bis 100 Meter. In diesem Bereich herrscht ein gleich-bleibendes Temperaturniveau. Bohrtiefe und Anzahl der Sonden hängen von der Bodenbeschaffenheit und der zu erreichenden Heizleistung im Gebäude ab. Die Erdwärmesonden sind deutlich weniger flächenintensiv als Erdwärme-kollektoren. Bei Neubauprojekten können die Bohrungen und die Installation der Erdwärmesonden sogar direkt unter dem zu neu errichtenden Gebäude erfolgen. Alle notwendigen Bohr- und Installationsarbeiten werden vor dem Anfertigen der Bodenplatte ausgeführt und später mit dem Beton "versiegelt".

Aufwand, Kosten, Preise bei Erdwärmepumpen

Im Gegensatz zu Luftwärmepumpen erfordern Erdwärmepumpen deutlich mehr Platz und einen höheren Aufwand für die Erschließung, der in der technischen Ausführung dieser Art von Wärmepumpen begründet ist. Zusätzliche Kosten entstehen bei der geologischen Begutachtung der Bodenbeschaffenheit, die mit darüber entscheidet, in welchem Umfang und welcher Anzahl Erdwärmekollektoren bzw. Erdwärmesonden in das Erdreich eingebracht werden müssen. Die Anschaffungskosten für eine Erdwärmepumpen-Heizungsanlage mit Erdwärmekollektoren oder mit Erdwärme-sonden differieren. Für die Kollektor-Variante sind um die 18.000 Euro zu veranschlagen, für die Sonden-Variante um die 23.000 Euro.  Die Investitionskosten können durch Fördermittel abgefedert werden. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert den Einsatz von Erdwärmepumpen. Zu beachten ist dabei, dass seit dem 1. Januar 2018 ein Förderantrag zwingend vor der Beauftragung zum Einbau einer solchen Heizung gestellt werden muss. Auch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) vergibt Fördermittel.

Fazit: Erdwärmepumpen zahlen sich erst auf längere Sicht aus

Hybrid-Wärmepumpen - das sollten Sie wissen

Die Technologie der Hybrid-Betriebsweise basiert auf der Grundformel “Mit Zwei für Eins”. Um über das gesamte Jahr eine möglichst kontinuierliche, umweltschonende und effiziente Heizleistung zu gewährleisten, werden Luft- oder Erdwärmepumpen bevorzugt mit Gasheiztechnik zu Hybrid-Wärmepumpen kombiniert. Nach dem Heizbedarf richtet sich, wie stark der verfügbare Bezug von erneuerbarer Wärmeenergie aus der Luft oder aus dem Erdreich mit dem fossilen Energieträger Erdgas unterstützt werden muss. Alternativ zu dieser konventionellen Art von Hybrid-Wärme-pumpe gibt eine weitere, völlig neuartige Hybrid-Wärmepumpe, die gemäß der Hybrid-Grundformel “Mit Zwei für Eins” ausschließlich auf die beiden erneuerbaren Wärmeenergiequellen Luftwärme und Erdwärme zugreift, ohne zusätzliche Nutzung von fossiler Wärmenergie. Diese Wärmepumpe wird unter dem Markennamen ThermSelect® vertrieben und ist die weltweit einzige patentierte Wärmepumpe ihrer Art.

Mehr über die Hybrid-Wärmepumpe ThermSelect® erfahren Sie hier

Wärmepumpen-Heizungssysteme ergänzt durch Solaranlagen

Solaranlagen, gleich ob  Solarthermie oder Photovoltaik, eignen sich grundsätzlich dafür, ergänzend in einem Wärmepumpen-Heizungssystem integriert zu werden. Eine Solarthermie kann neben der Erwärmung von Trinkwasser auch die Gebäudeheizung wirksam unterstützen. Hierzu bedarf es einer größeren Solarthermie-Kollektorfläche und eines größeren Speichers. Die Nutzung der solaren Wärmeenergie in einem Wärmepumpen-Heizungssystem bleibt jedoch auf die Übergangszeiten im Frühjahr und Herbst beschränkt. Bei Photovoltaik-Anlagen kann der aus solarer Energie gewonnene Elektrostrom genutzt werden, um die in einem Wärmepumpen-Heizungssystems notwendigen elektrischen Antriebe von Pumpen und Verdichtern mit umweltfreundlich erzeugtem Strom zu versorgen.

Mehr Infos zu Solaranlagen hier

Der ultimative Wärmepumpen-Vergleich

Sie haben sich entschieden, Ihre Heizungsanlage mit erneuerbarer Wärmeenergie zu betreiben und möchten daher eine Wärmepumpen-Heizung installieren. Daraus folgt die Frage, welche Art der möglichen Wärmepumpen für Ihren Heizungsbedarf am besten geeignet  ist und sich wirtschaftlich auszahlt. Unsere Vergleichstabelle gibt Ihnen einen Überblick, mit welchen Investitionskosten Sie rechnen müssen bei einer Wärmepumpen-Heizung mit einer installierten Heizleistung von 41 kW, ausgelegt für Mehrfamilienhäuser bzw. adäquat Gewerberäume.

Kostenvergleichsbasis: 1000 Euro pro kW zu erschließender Wärmeenergie aus der Wärmequelle Erdreich (Beispiel Erdwärmesonden, ca. Kosten)

                                      Wärmequelle          Heiztechnik          Investition          Fördermöglichkeit                        

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Luftwärme-Pumpe                0 Euro           50.000 Euro        50.000 Euro      ja, abhängig vom Einsatz 

Erdwärme-Pumpe        41.000 Euro           20.000 Euro        61.000 Euro       ja, abhängig von Leistung

ThermSelect                 20.500 Euro           30.000 Euro        50.500 Euro       ja, abhängig von Leistung

Die Übersicht zeigt, dass sich die Gesamtinvestition bei allen drei Wärmepumpen-Arten in einer Kostenspanne von 50.000 Euro bis 61.000 Euro für eine installierte Heizleistung von 41 kW bewegen. Der wesentliche Unterschied in der Frage der Wirtschaftlichkeit ergibt sich aus der Betriebsweise der jeweiligen Wärmepumpe.

Luftwärmepumpe:

Um in der kalten Jahreszeit mit einer Luftwärmepumpe auf die Heizleistung von 41 kW zu kommen, muss das gasförmige Kältemittel, das von der Luft nur wenig erwärmt wird, stark verdichtet werden. Dementsprechend muss die Luftwärmepumpe sehr groß ausgelegt werden, um an sehr kalten Tagen die erforderliche Heizleistung zur Verfügung stellen zu können. Nur so kann das gewünschte Temperaturniveau für die Heizung erreicht werden. Das führt zu einem Mehrverbrauch an Elektrostrom für den Betrieb des Kompressors (Verdichters) und so zu zusätzlichen Kosten.

Erdwärmepumpe:

Beim Einsatz der Erdwärmepumpe kommt es im Jahresverlauf zu weniger großen Temperaturschwankungen im Bereich der Wärmequelle Erdreich. Der Wirkungsgrad der Erdwärmepumpe ist im Vergleich zur Luftwärmepumpe deutlich höher, jedoch kühlt die Wärmequelle Erdreich im Jahresverlauf durch den Wärmeentzug nach und nach weiter ab. Ist zu Beginn der Heizperiode Anfang Oktober im Erdreich von einer durchschnittlichen Wärme von plus zehn Grad Celsius auszugehen, sinkt durch den Wärmeentzug über die Erdwärmekollektoren bzw. Erdwärmesonden die Umgebungstemperatur in deren Bereich kontinuierlich auf bis zu null Grad Celsius zum Ende der Heizperiode ab.

ThermSelect-Wärmepumpe:

Die Hybrid-Wärmepumpe ThermSelect® nutzt in einem Gerät sowohl die Luft- als auch die Erdwärme, parallel oder alternativ. Der Rückgang der Temperatur der Erdwärmequelle im Vergleich zu einer reinen Sole-Anlage lässt sich mit der Hybrid-Technologie der Wärmepumpe ThermSelect® ausgleichen. Diese ermöglicht es, parallel auf die Wärme-energiequellen Erdwärme und Luftwärme zu zugreifen. So kann einerseits durch die zusätzliche Nutzung von Luftwärme die Auskühlung des Erdreichs im direkten Umfeld der Erdwärmekollektoren bzw. Erdwärmesonden verzögert werden und andererseits über eine intelligente Steuerung der jeweils effizienteste und wirtschaftlichste Energiemix aus Erd- und Luftwärmeenergie für die Heizungsanlage zur Verfügung gestellt werden. Zudem sind die Investitionskosten von ThermSelect® gegenüber einer Sole-Wärmepumpe geringer, da die Wärmequelle Erdreich um 50 Prozent geringer ausgelegt werden kann als bei einer reinen Erdwärmepumpen-Heizungsanlage. Die geringere Größe der Wärmeenergiequelle Erdreich wird durch die an warmen Wintertagen genutzte Wärmequelle Luft sowie den Parallelbetrieb zwischen Luft- und Erdwärme überkompensiert. In Summa resultieren aus dieser Arbeitsweise ein geringerer Anschaffungspreis und eine große Heizkostenersparnis gegenüber einer reinen Sole-Anlage!

Wärmepumpe ThermSelect® national und international preisgekrönt

Das Hybrid-Verfahren der Wärmepumpe ThermSelect®-Anlage wurde im Jahr 2013 mit dem HVR-Award der britischen Heizungstechnik-Branche ausgezeichnet und im Jahr 2014 zum Sieger beim Deutschen TGA-Award gekürt.

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