Die Wärmepumpe ist eine thermodynamische Heizung. Mit ihr kann Umweltenergie in Wärme für das Haus umgewandelt werden. Dazu wird die Wärme, die aus Wasser, Erdreich, Aussenluft oder Abluft gewonnen wurde, zunächst über einen Verdampfer entzogen und dann über den Verflüssiger dem Heizsystem zugeführt. Ca. fünf Anteile Umweltenergie und ein Anteil elektrische Energie werden als Heizenergie bereitgestellt. Die elektrische Energie ist erforderlich, die bei niedriger Temperatur vorliegende Umweltenergie von -20 °C bis +35 °C (Luft) auf ein für die Heizung (Warmwasser) nutzbares Temperaturniveau zu „pumpen“.

Die Funktionsweise einer Wärmepumpe ist im Prinzip genau umgekehrt zu jener des Kühlschranks: Dieser entzieht seinem Innenraum die Wärme und gibt sie nach draussen wieder ab. Dadurch bleiben die Nahrungsmittel schön kühl, auch wenn in der Küche sommerliche Temperaturen herrschen. Bei der Wärmepumpe ist es genau umgekehrt: Diese entzieht dem Aussenbereich Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Heizsystem des Hauses ab.

Detailliertes Prinzip einer Wärmepumpe

Den wichtigsten Beitrag für die Funktion einer Wärmepumpe leistet das Arbeitsmedium (Kältemittel). Das Arbeitsmedium hat die Eigenschaft, bei niedrigsten Temperaturen zu verdampfen. Wird Außenluft oder Wasser über einen Wärmeübertrager in dem das Arbeitsmedium zirkuliert geführt, entzieht dieses der Wärmequelle Wärme. Bei diesem Prozess geht das Arbeitsmedium vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über. Die Wärmequelle kühlt sich dabei um einige Grad ab.

Ein Verdichter saugt das gasförmige Arbeitsmedium an und verdichtet es. Durch die Druckerhöhung steigt auch die Temperatur – das Arbeitsmedium wird auf ein höheres  Temperaturniveau „gepumpt“. Hierzu ist elektrische Energie notwendig. Bei sauggasgekühlten Verdichtern geht die Motorwärme nicht verloren. Die Motorwärme wird mit dem verdichteten Arbeitsmedium in den nachgeschalteten Verflüssiger geleitet. Hier gibt das Arbeitsmedium seine gewonnene Wärme an das Umlaufsystem der Warmwasser-Heizung ab, indem es sich verflüssigt. Der vorhandene Druck des Arbeitsmediums wird mit einem Expansionsventil abgebaut und der Kreisprozess beginnt erneut.

Die Leistung einer Wärmepumpe kann durch den sogenannten Coefficient Of Performance COP oder auch Leistungszahl bewertet werden. Er ist der Quotient aus der Wärme Q, die an den Heizkreis abgegeben wird und der eingesetzten Energie E, also COP = Q/E. Die eigesetzte Energie ist bei einer Wärmepumpe oft elektrisch.

Der Gütegrad η_WP einer Wärmepumpe ist die tatsächliche Leistungszahl bezogen auf die ideale Leistungszahl einer Wärmepumpe. Die ideale Leistung hängt dabei von den verwendeten Temperaturniveaus ab. Es ergibt sich, dass COP = COP_{ideal *} η_WP. Praktisch werden Gütegrade von 0.45 bis 0.55 erreicht.

Je nachdem, ob Sie Aussenluft, Erdreich (Erdkollektor- oder Erdsondenanlage) oder Wasser (Grund- oder Oberflächenwasser) als Wärmequelle nutzen möchten, stehen Ihnen verschiedene Arten von Wärmepumpen zur Verfügung. In manchen Fällen kann auch die Abluft von Wohnungslüftungs-Anlagen mit einer Wärmepumpe (Abluftwärmepumpe) genutzt werden. Geeignet ist das aber nur für Wohnhäuser mit guter Wärmedämmung.

Wärmequelle Luft

Von der Sonne erwärmte Luft ist überall vorhanden. Wärmepumpen können selbst bei -20 °C der Außenluft noch genügend Energie für den Heizbetrieb entziehen. Die Wärmequelle Luft ist am kältesten, wenn die meiste Heizwärme benötigt wird. Eine Wärmepumpe kann der Wärmequelle Luft bis zu ca. -20 °C Wärme. entziehen. Ein besonderer Vorteil ist die einfache Installation einer Luft-Wasser-Wärmepumpe, denn umfangreiche Erdreicharbeiten oder Brunnenbohrungen entfallen.

Wärmequelle Wasser

Grundwasser ist ein guter Speicher für Sonnenwärme. Selbst an kältesten Wintertagen hält es eine konstante Temperatur von +7 °C bis +12 °C. Durch das konstante Temperaturniveau der Wärmequelle ist die Leistungszahl der Wärmepumpe über das ganze Jahr nahezu gleich. Grundwasser steht nicht überall in ausreichender und in geeigneter Qualität zur Verfügung. Wenn die Nutzung von Grundwasser möglich ist, lohnt sich der Einsatz. Die Grundwassernutzung muss von den lokalen Behörden genehmigt werden.

Eine effiziente Wärmepumpe nutzt umweltfreundlich die Wärme aus ihrer Umgebung. Es gibt drei Dinge, die man beachten muss, um zu testen, wie klimaverträglich eine Wärmepumpe ist. Ein erstes Mass ist die Jahresarbeitszahl, also das Verhältnis aus der jährlich bereitgestellten Wärmemenge und der jährlich eingesetzten Energiemenge. Ausserdem muss beachtet werden, woher der benötigte Strom kommt und daher eventuell CO2 - Emissionen verursachen kann. Zu guter Letzt kann das Kühlmittel die Umwelt negativ beeinflussen, falls es in die Atmosphäre gelangt. Moderne Wärmepumpen verwenden jedoch Kühlmittel, die umweltfreundlich sind, selbst wenn sie in die Luft gelangen.

80 % der benötigten Heizenergie können dank einer Wärmepumpe einfach aus der Luft oder dem Erdreich gewonnen werden - also aus umweltfreundlichen und zu 100 % erneuerbaren Energieträgern. Die restlichen 20 % der Heizenergie sind Strom; eine Wärmepumpe wird mit elektrischer Energie betrieben. Im Idealfall stammt der Strom sogar aus der hauseigenen Photovoltaik-Anlage! Zum Vergleich: bei einer Öl- oder Gasheizung stammen 100 % der benötigten Heizenergie aus fossilen, nicht erneuerbaren Energieträgern.

Wärmepumpen eignen sich für alle Gebäudetypen, vom Ferienchalet bis zum grossen Gewerbebau. Egal ob Neubau oder Sanierung, das nachhaltige Konzept der Wärmepumpe bietet ideale Voraussetzungen für eine zukunftsorientierte Wärmeversorgung.

Neubau

Vom Minergie-Haus über Passivhäuser bis hin zu Niedrigenergiehäusern – wer heute neu baut, hat die Chance, energetisch in der ersten Liga zu spielen. Eine hocheffiziente Wärmepumpe gehört fast selbstverständlich dazu. Exzellenten Komfort bieten hier Komplettsysteme mit integrierter Lüftung, aber auch eine separate Lüftungsanlage oder Wärmepumpe kann sinnvoll sein.

Kühlen mit Wärmepumpen

Gerade im Hochsommer denkt man nicht selten an die Anschaffung einer Klimaanlage. Dank der Kühlfunktion von STIEBEL ELTORN Wärmepumpen ist das jedoch gar nicht notwendig. Aber wie funktioniert das Kühlen mit einer Wärmepumpe? Bitte beachten Sie, dass Kühlen nur über eine Fussbodenheizung oder Gebälsekonvektoren möglich ist.

Die Wahl der geeigneten Variante sowie Aufstellung sind entscheidend für die Effizienz der Wärmepumpe. Eine sorgfältige Planung inklusive persönlicher Beratung ist daher von zentraler Bedeutung.

Aussenaufstellung

Die Aussenaufstellung ist lediglich bei Luft | Wasser-Wärmepumpen möglich. In diesem Fall wird die Wärmepumpe in einem wetterfesten Gehäuse im Freien aufgestellt. Das bietet eine enorm platzsparende Lösung, weil so im Keller nur wenig Raum benötigt wird. Oftmals werden aussen aufgestellte Wärmepumpen bei Sanierungen eingesetzt. Der Anschluss an die Heizung im Haus wird mit wärmeisolierten Rohren hergestellt, welche im Boden verlegt werden.

Je nach Vorlauf- und Aussentemperatur arbeitet die Wärmepumpe anders. Für die Art, eine Wärmepumpe zu betreiben, sind folgende Bezeichnungen etabliert.

Monovalent
Hier ist die Wärmepumpe alleiniger Heizwärmeerzeuger im Gebäude. Diese Betriebsart ist geeignet für alle Niedertemperaturheizungen bis maximal 60 °C Vorlauftemperaturen.

Monoenergetisch
Bei dieser Betriebsart wird die Elektrowärmepumpe durch eine elektrische Zusatzheizung unterstützt. Dies ist vor allem bei Luft | Wasser-Wärmepumpen notwendig, um bei tieferen Aussentemperaturen genügend Heizleistung zur Verfügung zu stellen.

Bivalent-alternativ
Die Wärmepumpe liefert bis zu einer festgelegten Aussentemperatur (z. B. 0 °C) die gesamte Heizwärme. Sinkt die Temperatur unter diesen Wert, schaltet sich die Wärmepumpe ab und der zweite Wärmeerzeuger übernimmt die Heizung.

Bivalent-parallel
Bis zu einer bestimmten Aussentemperatur erzeugt allein die Wärmepumpe die notwendige Wärme. Bei niedrigeren Temperaturen schaltet sich der zweite Wärmeerzeuger zu. Fällt die Aussentemperatur unter die zweite Grenztemperatur, schaltet sich die Wärmepumpe aus und der zweite Wärmeerzeuger übernimmt die gesamte Wärmeversorgung. Im Gegensatz zum bivalent-alternativen Betrieb ist der Anteil der Wärmepumpe an der Jahresleistung deutlich grösser.

Die Kosten für eine Wärmepumpe gestalten sich individuell und variieren von Objekt zu Objekt.  Grundsätzlich kann gesagt werden, dass eine Wärmepumpe leicht höhere Investitionskosten mit sich bringt als eine konventionelle Heizung, welche auf fossilen Brennstoffen basiert. Auf den andern Seite liegen dann jedoch die Betriebskosten einer Wärmepumpe deutlich tiefer, so dass sich die Investition über die Jahre klar rechnet.  Auch bei den Wärmepumpen-Typen gibt es kostentechnisch Unterschiede. So ist eine Luft | Wasser-Wärmepumpe punkto Investitionskosten am attraktivsten; eine Sole | Wasser-Wärmepumpe (Erdwärme) hingegen trumpft mit hohen Effizienzwerten auf.