Wärmepumpen: Luft, Wasser oder Erde?
Welche Energiequelle bietet welche Vorteile?
Ob Neubau oder Sanierung, Ein- oder Mehrfamilienhaus, Geschosswohnungsbau oder Objektbau: Die Wärmepumpe ist ein idealer Wärmeerzeuger, mit dem die Wärmeenergie aus der Umwelt kostengünstig und sinnvoll für die Heizung und Warmwasserbereitung genutzt werden kann. Das CO2-Einsparpotenzial ist dabei enorm: Rund 2,5 Tonnen können in einem Einfamilienhaus jährlich mit einer Wärmepumpe eingespart werden. Welche Wärmequelle dabei die sinnvollste ist, hängt vom Einzelfall ab.
Gallerie
Wärmepumpen benötigen für den Betrieb zwar Strom, erzeugen jedoch aus einer Kilowattstunde Strom durch die Nutzung der Umweltenergie bis zu sechs Kilowattstunden Wärmeenergie für ein Gebäude. Dabei funktionieren sie – vereinfacht gesagt – ähnlich wie ein Kühlschrank: Der Kühlschrank entzieht dem Schrankinnenraum Wärmeenergie, kühlt ihn also, und gibt diese an seine Umgebung ab. Die Wärmepumpe entzieht der Umwelt Wärmeenergie und heizt damit den Innenraum eines Gebäudes. Je nach eingesetztem System kann die Wärmepumpenanlage sogar auch kühlen und so im Sommer für ein angenehmes Innenraumklima sorgen. Ein klarer Vorteil gegenüber Öl- und Gasheizungen.
Die Umweltenergie, die Wärmepumpen nutzen, kann aus drei verschiedenen Quellen stammen: Luft, Erde oder Wasser.
Luft
Sogenannte Luft-Wasser-Wärmepumpen gewinnen die Umweltenergie aus der Außenluft. Das funktioniert auch noch bei Minusgraden. Denn theoretisch befindet sich noch bis zum absoluten Nullpunkt von rund minus 273 Grad Celsius Wärmeenergie in der Umwelt, praktisch können gute Wärmepumpen bis etwa minus zwanzig Grad Celsius Energie aus der Außenluft gewinnen. Ausschlaggebend für die Effizienz ist dabei die Differenz zwischen der Quellentemperatur und der Nutztemperatur, also der Heizungsvorlauftemperatur. Angegeben wird die Effizienz einer Wärmepumpe durch die Jahresarbeitszahl (JAZ). Je höher die Quellentemperatur und je niedriger die Vorlauftemperatur, desto besser. Deshalb sind Luft-Wärmepumpen in der Regel auch etwas weniger effizient als Geräte, die die Umweltenergie aus Quellen mit einer ganzjährig relativ konstanten Temperatur beziehen. Luft-Wasser-Wärmepumpen können sowohl im Innen- als auch im Außenbereich aufgestellt werden. Werden sie innen aufgestellt, müssen sie über eine Zuluft- und eine Abluftverbindung verfügen, die in der Außenwand des Gebäudes eingebracht ist. Das Aufstellen draußen ist recht unkompliziert. Deshalb sind Wärmepumpen auch gut bei Sanierungen einsetzbar.
Erde
Ein besonders guter Wärmelieferant ist die Erdwärme, da das Erdreich viel thermische Energie speichert und ab einer Tiefe von ungefähr zehn Metern ganzjährig konstante Temperaturen von etwa zehn Grad Celsius bietet. Das führt zu einer hohen Effizienz des Systems. Das Erdreich kann in zwei Varianten erschlossen werden: mit Erdsonden oder Erdkollektoren. Erdsonden werden vertikal in die Erde gebohrt, in der Regel bis hundert Meter Tiefe. Tiefere Bohrungen bedürfen zusätzlicher Genehmigungen. Ausschlaggebend für die Bohrtiefe und die Anzahl der Bohrungen ist die Wärmeabgabefähigkeit des Erdreichs. Sandiger Boden mit einem hohen Anteil an Feuchtigkeit etwa liefert deutlich mehr Energie als felsiges, trockenes Gestein. Erdkollektoren werden horizontal in einer Tiefe von 1,50 bis 2,50 Meter eingebracht. Abhängig von der nutzbaren Fläche wird die eine oder andere Variante eingesetzt. Wichtig bei beiden Lösungen ist, dem Erdreich nur so viel Wärmeenergie zu entziehen, wie nachströmen kann. Die Quelle muss sich regenerieren können. Als Faustformel gilt, dass die Kollektorenfläche etwa das Doppelte der zu beheizenden Gebäudefläche umfassen sollte. Bei Erdsondenbohrungen gilt als Faustformel 50 Watt pro Bohrmeter. Die Wärmepumpe selbst wird üblicherweise im Innenbereich aufgestellt.
Wasser
Wasser als Wärmequelle bietet sich vor allem in Gebieten mit hohem Grundwasserspiegel an. Zu beachten ist dabei, dass für die Installation eine Genehmigung durch das Wasserwirtschaftsamt nötig ist, da auf das Grundwasser zugegriffen wird. Die Grundwasserqualität ist außerdem ausschlaggebend für die Lebensdauer dieses Wärmepumpentyps. Der Installationsaufwand im Vergleich zu Luft- oder Erdreich-Wärmepumpen ist höher, da sowohl ein Saug- als auch Schluckbrunnen gebohrt werden müssen. Da Grundwasser in der Regel im Mittel eine noch höhere Temperatur aufweist als das Erdreich, müssten Wasser-Wasser-Wärmepumpen genau genommen eine etwas höhere Effizienz besitzen. In der Praxis aber wird dieser Vorteil oft von den Pumpen, die das Grundwasser aus der Erde zur Wärmepumpe bzw. von der Wärmepumpe wieder zurück ins Erdreich pumpen, verringert.
Fazit
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe eignet sich vor allem dann, wenn die Installation möglichst unkompliziert und ohne Genehmigungsverfahren erfolgen soll. Die Investitionskosten für eine Erdreich-Wärmepumpen- wie auch für eine Grundwasser-Wärmepumpen-Anlage liegen höher: Das Gerät selbst ist in der Regel zwar etwas günstiger, es muss jedoch die Quellenerschließung in die Investitionskosten eingerechnet werden. Dafür sind diese Wärmepumpen nahezu wartungsfrei und erreichen bessere Effizienzen.
