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.
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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.
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