Wärmepumpen: Heizen mit Umweltenergie

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    Bild mit vier Häusern und verschiedenen Wärmepumpen

    Wärmepumpen: Effiziente Energiewandler

    Die Preise für fossile Energieträger wie Erdöl und Erdgas sind hoch. Zudem ist ungewiss, wie lange sie noch zur Verfügung stehen. Daher lohnt es sich, alternative Energiequellen zu nutzen. Das Heizen ermöglichen beispielsweise Wärmepumpen. Diese verschieben Wärme entgegen dem Temperaturgefälle vom Kalten ins Wärmere. Drei Verfahren lassen sich unterscheiden:

    1. Sole/Wasser-Pumpen: Ziehen die Energie mittels Erdkollektoren oder Erdsonden aus dem Boden.
    2. Wasser/Wasser-Pumpen: Werden durch das weitgehend temperaturbeständige Grundwasser gespeist.
    3. Wasser/Luft-Pumpen: Nutzen die Wärmeenergie der Außenluft.
     

    So funktionieren Wärmepumpen

    Zeichnung, die die Funktion von Wärmepumpen verdeutlicht

    Die Wirkungsweise von Wärmepumpen gleicht der von Kühlschränken. Doch während die der Luft in ihrem Inneren Wärme entziehen und nach außen abführen, entzieht die Wärmepumpe der Umgebung Wärme und leitet sie als Heizenergie in das Haus. Dabei machen sie sich ein physikalisches Prinzip zunutze: den Joule-Thomson-Effekt: Gas verändert durch Druckänderung seine Temperatur, ohne dass zusätzlich Wärmeenergie zugeführt werden muss. Bei einer Druckminderung sinkt die Temperatur und bei einer Druckererhöhung steigt sie. Wärmepumpen nutzen diesen Effekt, indem sie über einen Verdichter die Temperatur des gasförmigen Arbeitsmittels erhöhen. Dazu werden drei Komponenten benötigt:

    1. Wärmequellanlage: Sie entzieht der Umgebung die benötigte Energie.
    2. Wärmepumpe: Sie macht gewonnene Umweltwärme nutzbar.
    3. Wärmeverteil- und Speichersystem: Es verteilt die Wärmeenergie im Haus und speichert sie zwischen.

    Der technische Prozess der Wärmegewinnung über Wärmepumpen läuft in drei Schritten ab: die Gewinnung, die Nutzbarmachung und die Beheizung.

     

    Gewinnung

    In der Wärmequellanlage zirkuliert eine Flüssigkeit. Dabei handelt es sich um Wasser, das mit Frostschutzmittel versetzt ist und auch als Sole bezeichnet wird. Die Sole nimmt Umgebungswärme auf – z. B. aus dem Boden oder dem Grundwasser – und transportiert diese zu der Wärmepumpe. Luftwärmepumpen stellen dabei eine Ausnahme dar. Sie saugen Außenluft über einen Ventilator an und leiten die darin enthaltene Umgebungswärme an die Wärmepumpe weiter.

     

    Nutzbarmachung

    Im Inneren von Wärmepumpen befindet sich ein weiterer Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. In einem Wärmetauscher (Verdampfer) wird die aus der Umwelt aufgenommene Energie von dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel des zweiten Kreislaufs übertragen, das dadurch verdampft. Der entstandene Kältemitteldampf wird zu einem Kompressor weitergeleitet. Durch die daraus resultierende Druckerhöhung steigt das Temperaturniveau des gasförmigen Kältemittels an. In einem weiteren Wärmetauscher (dem Verflüssiger) wird das unter hohem Druck stehende, heiße Gas kondensiert. Bei diesem Vorgang gibt es seine Wärme ab, die dann zur weiteren Nutzung zur Verfügung steht. Um das Kältemittel verwenden zu können, wird es zu einer Drossel geleitet, in der der Druck verringert wird. Im Anschluss wird das wieder flüssige Kältemittel zurück zum Verdampfer geführt.

     

    Beheizung

    Das Wärmeverteil- und Speichersystem befindet sich in dem zu beheizenden Gebäude. Es wird von einem Heizmedium durchflossen, meist Wasser. Das Heizmedium nimmt die im Verflüssiger abgegebene Wärme auf und leitet diese zu einem Heizungspuffer, Warmwasserspeicher oder zu einem Verteilersystem. Letzteres kann eine Flächenheizung wie eine Fußboden- oder Wandheizung oder ein herkömmlicher Heizkörper sein.

    Möchten Sie mit erneuerbaren Energien heizen und eine Wärmepumpe kaufen, dann werden Sie auf dem Online-Marktplatz von Allyouneed fündig. Dasselbe gilt, wenn Sie auf der Suche nach Ersatzteilen für Ihre Wärmepumpe sind. Wir bieten Ihnen ein umfangreiches Sortiment, von der Kühlmittelpumpe bis zum Schlauchadapter.

     

    Vor- und Nachteile von Wärmepumpen

    Wärmepumpe in Keller
     

    Vorteile:

    • Niedrige Emissionswerte: Wärmepumpen nutzen regenerative Energien und schonen auf diese Weise die Umwelt. Die in Erde, Wasser oder Luft gespeicherte Wärmeenergie wird mithilfe einer strombetriebenen Wärmepumpe auf ein Temperaturniveau gebracht, um diese zum Heizen zu nutzen. Zwar wird elektrische Energie benötigt, damit die Wärmepumpe betrieben werden kann, doch der Verbrauch ist vergleichsweise gering. Sie selbst verursacht im Betrieb keinerlei Emissionen, da sie nicht auf einen Verbrennungsvorgang angewiesen ist. Bei voranschreitender Nutzung erneuerbarer Energien könnte die momentan noch durch Stromkraftwerke verursachten CO2-Emission zudem verringert werden.
    • Niedrige Heizkosten: Durch ihren vergleichsweise geringen Strombedarf sind Wärmepumpen durch eine besonders geringe Verlustrate gekennzeichnet. Während bei dem Verbrennungsverfahren von Öl- und Gasheizungen ein großer Teil der Energie verlorengeht, vervielfacht eine Wärmepumpe sogar den Input: Aus einem Teil Strom werden vier Teile Wärme.
    • Kühloption: Im Sommer lassen sich Wärmepumpen auch zum Kühlen der Wohnräume nutzen. Dafür müssen Sie keinen großen Aufwand betreiben. Lassen Sie die Wärmepumpe einfach ohne Kompressor laufen oder kehren Sie die Förderrichtung um. Im letztgenannten Fall arbeitet sie wie ein Kühlschrank und die warme Raumluft wird an den Wärmeträger zurückgeführt.
    • Kein Schornstein: Da der Betrieb von Wärmepumpen nicht auf dem Verbrennungsprinzip beruht, wird kein Schornstein benötigt. Dadurch werden auch das jährliche Kehren des Schornsteins und die Abgaskontrolle überflüssig.
    • Geringer Verschleiß und Wirkungsgradverlust: Durch den geringen Verschleiß der Gebrauchsteile ist eine Wärmepumpe günstig im Betrieb. Zudem ist ein Wirkungsgradverlust, wie er bei Solaranlagen vorkommt, ausgeschlossen. Auch nach mehreren Jahrzehnten arbeitet eine Wärmepumpe noch mit der ursprünglichen Effizienz.
     

    Nachteile:

    • Örtliche Gegebenheiten und Genehmigung: Die Installation von Wärmepumpen ist stark abhängig von den örtlichen Gegebenheiten. So muss bei Wasser/Wasser-Pumpen z. B. ein ausreichend hoher Grundwasserspiegel in guter Qualität vorhanden sein, um den fehlerfreien Betrieb zu gewährleisten. Bei Sole/Wasser-Pumpen muss die Bodenbeschaffenheit gewisse Voraussetzungen erfüllen. Außerdem erfordern beide Arten von Wärmepumpen Genehmigungen, die unter Umständen bei der Wasserbehörde bzw. Bergbehörde eingeholt werden müssen. Wasser/Luft-Pumpen benötigen keine Genehmigung, stellen aber hohe Anforderungen an das Gebäude – so ist beispielsweise ein luftdichter Abschluss der Gebäudehülle erforderlich.
    • Schwankende Betriebskosten: Wärmepumpen sind auf eine externe Stromquelle angewiesen. Da die Temperatur der Wärmequelle Schwankungen unterliegt, kommt es ab und an zu einem höheren Stromverbrauch. Monatlich kann sich dies durch schwankende Betriebskosten bemerkbar machen.
    • Wirkungsgrad: Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe muss hoch sein, damit sie wirtschaftlich arbeitet. Entscheidend ist hierbei die Jahresarbeitszahl. Diese beschreibt das Verhältnis von eingesetzter Strommenge zu bereitgestellter Wärmemenge unter Berücksichtigung aller Faktoren. Erst ab einer Jahresarbeitszahl von 4 kann man von einer effizienten Arbeit sprechen. In der Praxis wird das nicht immer erreicht.
    • Heizsystem: Das an die Wärmepumpe angeschlossene Heizsystem muss ebenfalls gewisse Anforderungen erfüllen, z. B. bezüglich der Vorlauftemperatur. Veraltete Heizsysteme benötigen oft eine hohe Vorlauftemperatur. Da Wärmepumpen bei einer Temperatur von lediglich 35 °C ihren optimalen Wirkungsgrad erreichen, eignen sich alte Heizsysteme nur bedingt. Zu Heizsystemen mit niedriger Vorlaufzeit gehören Wand- und Fußbodenheizungen sowie Niedrigtemperaturheizkörper.
    • Anschaffungskosten: Während die Betriebskosten bei einer Wärmepumpe relativ günstig sind – in Abhängigkeit von dem Stromtarif und dem Wirkungsgrad – schlagen die Anschaffungskosten stärker zu Buche. Sie variieren jedoch je nach Art der Energiegewinnung. Erdbohrarbeiten für die Verlegung von Erdsonden und der Bau einer Brunnenanlage sind mit höheren Kosten verbunden.
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