Bauphysik / EnEV

Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe nutzt die in der Umwelt enthaltene thermische Energie, um ein Gebäude zu beheizen und warmes Wasser zu erzeugen. Mit ihrer Hilfe kann aber auch an warmen Tagen ein Gebäude gekühlt werden. Anstelle eines Verbrennungsprozesses, wie er bei Gas-, Öl- oder Holzheizungen stattfindet, tritt hier ein technischer Prozess. Im Grunde handelt es sich dabei um die umgekehrte Funktionsweise eines Kühlschranks. Während ein Kühlschrank seinem Innenraum die Wärme entzieht und sie nach außen ableitet, entzieht eine Wärmepumpe ihrer äußeren Umgebung Wärme und gibt sie als Heizenergie in den Innenraum ab. Wärmepumpen, die sowohl heizen als auch kühlen können, nutzen ihre Umgebung im Sommer als Kälte- und im Winter als Wärmequelle.

So funktionieren die unterschiedlichen Wärmepumpen

Der Wärmetauscher ist eines der wichtigsten Bauteile einer Wärmepumpe. In seinem Inneren befindet sich ein Übertragungsmedium, üblicherweise ein Gas oder eine Flüssigkeit, das für die optimale Übertragung der Wärme vom Heizkessel an das Wasser im Heizkreislauf sorgt. Das Besondere an diesem Übertragungsmedium ist, dass es bereits bei geringen Temperaturen verdampft und nicht erst bei 100° C wie Wasser. Es wechselt seinen Aggregatzustand und wird von einem Verdichter komprimiert. Mit zunehmendem Druck steigt auch die Temperatur. Sobald die benötigte Temperatur erreicht ist, wird der Kältemitteldampf über einen zweiten Wärmetauscher geleitet. Die Wärme wird in das Heizsystem abgegeben, das Kältemittel kühlt sich ab und mit dem nachlassenden Druck verflüssigt sich das Übertragungsmedium. Zum Schluss des Kreislaufs wird das verflüssigte Kältemittel durch ein Entspannungsventil geleitet, wodurch sowohl der Druck als auch die Temperatur auf ihre Ausgangswerte absinken. Danach beginnt das Verfahren von vorn.
Übersicht: verschiedene Wärmepumpen und deren Funktionsweise
Übersicht: verschiedene Wärmepumpen und deren Funktionsweise
Bild: © f:data GmbH
Es wird zwischen diesen Varianten unterschieden:
  • Luft-Wasser-Wärmepumpen beziehen die Wärme aus der Umgebungsluft. Dabei leitet ein Ventilator die Luft über einen Wärmetauscher.
    Luft-Wärme-Pumpen arbeiten dann am effizientesten, wenn die Differenz zwischen der Luft- und der Vorlauftemperatur gering ist. Dann verbraucht die Wärmepumpe nur wenig Strom, weil der Verdichter nicht viel leisten muss. Deshalb lässt sich diese Technik am besten in energetisch effizienten Häusern einsetzen. Doch auch in Bestandsbauten kommen Luft-Wärme-Pumpen zum Einsatz: Als Bestandteil einer Hybridheizung werden sie durch eine Öl- oder Gas-Brennwertheizung ergänzt, die nur dann arbeitet, wenn die Wärmepumpe aufgrund der zu niedrigen Außentemperatur nicht mehr in der Lage ist, das Haus mit Wärme zu versorgen.
    Luft-Wärme-Pumpen haben den Vorteil, nicht behördlich genehmigt werden zu müssen. Sie benötigen wenig Platz und können problemlos installiert werden. Da viele Modelle jedoch sehr laut sind, muss bei der Wahl des Montageortes darauf Rücksicht genommen werden.
    Gute Geräte tragen das Gütesiegel der European Heat Pump Association (EHPA) und erreichen eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von 2,5.
  • Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe bezieht die Wärme aus dem Erdreich. Sie profitiert davon, dass die tieferen Bereiche des Erdreichs auch in kalten Wintern nie unter 7° C abkühlen. Sole-Wärme-Wasserpumpen arbeiten entweder mit Erdsonden oder Erdkollektoren.
    • Erdsonden haben den Vorteil, nur wenig Platz zu benötigen, da sie senkrecht zwischen 40 und 100 Meter tief in den Boden eingebracht werden. Sie dürfen jedoch nur dann installiert werden, wenn die nötige Bohrung nicht das Grundwasser beeinträchtigt. Bohrungen, deren Tiefe 100 Meter nicht überschreiten, müssen im Regelfall nur der zuständigen Behörde angezeigt werden; das Bundesberggesetz sieht eine Anzeigepflicht zwar nur vor, wenn dieser Wert darüber liegt, einige Länder haben hier jedoch eigene Regelungen getroffen, sodass vor einer Bohrung unbedingt die nötigen Informationen eingeholt werden sollten.
      Nach der Bohrung muss deren Ergebnis beim Geologischen Dienst des Bundeslandes angezeigt werden. Hausbesitzer sollten sich darüber im Klaren sein, dass sie grundsätzlich auch dann für eine ordnungsgemäße Beantragung verantwortlich sind, wenn die Arbeiten durch eine Fachfirma durchgeführt werden. Um das zu vermeiden, sollten Kunden darauf achten, dass auch diese Verwaltungsleistung im Angebot enthalten ist. Bauherren sollten sich außerdem davon überzeugen, dass die Firma über einen ausreichenden Versicherungsschutz verfügt, der für Schäden aufkommt, die während der Bohrarbeiten entstehenden. Fehlt dieser, liegt die Schadensbegleichung beim Bauherrn.
    • Erdkollektoren werden in einer Tiefe zwischen 0,8 und 1,5 Metern waagerecht und schlangenförmig ausgelegt. In diesem Bodenbereich können sie ganzjährig frostfrei arbeiten. Diese Variante einer Erdwärmepumpe hat den Vorteil, anzeige- und genehmigungsfrei zu sein, sie benötigt jedoch sehr viel Platz: Die Verlegefläche sollte etwa doppelt so groß sein, wie die zu beheizende Fläche.
      Dieses Problem lässt sich umgehen, wenn man sich für Grabenkollektoren entscheidet: Die Kunststoffleitungen werden dann in Gräben verlegt, die bis zu 1,5 Meter tief und ein bis zwei Meter breit sind. Handelt es sich um einen gut gedämmten Neubau, sind Grabenlängen von 40 bis 80 Metern ausreichend.
  • Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen das Grundwasser, das durchgehend eine Temperatur zwischen 7 und 12° C hat. Deshalb kann eine solche Wärmepumpe ein Gebäude ganzjährig mit Heizwärme und warmem Wasser versorgen. Die Installation ist jedoch sehr aufwendig. Mithilfe von mehreren Erdbohrungen werden ein Förder- und ein Sickerbrunnen erstellt. Das Grundwasser wird durch den Förderbrunnen nach oben gepumpt und über den Schluckbrunnen dem Grundwasserbestand wieder zugeführt. Die beiden Brunnen sollten eine Tiefe von vier bis höchstens 15 Metern haben; wenn tiefer gebohrt wird, steigt der Strombedarf für das Heraufpumpen zu stark an.
    Die Bohrung ist genehmigungspflichtig und muss bei der Unteren Wasserbehörde des Landkreises eingeholt werden. Die Erteilung einer wasserrechtlichen Genehmigung hängt im Wesentlichen davon ab, dass:
    • das Grundwasserreservoir ausreichend groß ist,
    • das Grundwasser das ganze Jahr eine etwa gleichbleibende Temperatur hat,
    • sich das Gelände nicht in einem Heilquellen- oder Wasserschutzgebiet befindet und
    • das Grundwasser festgelegte chemische Grenzwerte einhält.
    Sehr begrenzt ist auch der Betrieb einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe an einem See oder Fluss möglich. Hier muss jedoch mit Temperaturschwankungen, Verschmutzungen durch Algen oder einer zu hohen Fließgeschwindigkeit gerechnet werden.
Die Stromkosten schlagen bei allen Anlagen noch einmal deutlich zu Buche. Deshalb ist es sinnvoll, sich nach speziellen Wärmepumpentarifen der Stromversorger umzusehen. Sie sind mit den Nachtstromtarifen vergleichbar, bieten den reduzierten Preis allerdings zu allen Tageszeiten und nicht nur nachts an.

So fördert der Staat den Einbau von Wärmepumpen

Der Staat bietet Förderungen, die die Anschaffungskosten einer Wärmepumpe mildern. Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) zahlt einen Zuschuss für:
  • Luft-Wärme-Pumpen, wenn eine elektrisch betriebene Wärmepumpe eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von mindestens 3,5 erreicht; für gasbetriebene Geräte ist eine Jahresarbeitszahl von über 1,25 vorgesehen, um die Förderung zu erhalten.
  • Wasser-Wasser-Wärmepumpen mit einer JAZ von mindestens 3,8, sofern sie elektrisch betrieben werden, und einer JAZ von mindestens 1,3, wenn es sich um gasbetriebene Geräte handelt.
  • elektrisch betriebene Erdwärmepumpen mit einer JAZ von 4,0 und für gasbetriebene Modelle mit einer JAZ von 1,3.
Der Fördersatz für Bestandsgebäude und Neubauten beträgt bis zu 35 % der förderfähigen Kosten. Wird die Wärmepumpe in einem Bestandsgebäude anstelle einer Ölheizung betrieben, steigt die Förderung auf 45 %. Der Förderantrag muss dem BAFA vorliegen, bevor der Lieferungs- und Leistungsvertrag abgeschlossen wurde. Ausschließlich Planungsleistungen dürfen vor der Antragstellung erbracht worden sein.
Elektrisch betriebene Wärmepumpen müssen von einem akkreditierten Prüflabor gem. ISO 17025 zertifiziert worden sein. Das BAFA führt eine Liste der geprüften Anlagen, die ständig aktualisiert wird und abrufbar ist.
In der Regel muss außerdem ein hydraulischer Abgleich durch einen Fachbetrieb vorgenommen werden. Darauf kann nur verzichtet werden, wenn es sich um Wärmepumpen handelt, deren Kältemittel unmittelbar in der Flächenheizung eines Hauses kondensiert.
Autor:
Frank Hartung
unabhängiger Bauberater, Baumediator und Inhaber von hausbauberater.de.
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Aktuelle Normen und Richtlinien zu "Wärmepumpe"

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Diese Norm legt Mindestbetriebsanforderungen fest, durch die sichergestellt ist, dass Luftkonditionierer, Wärmepumpen und Flüssigkeitskühlsätze, die Luft, Wasser oder Sole als Wärmeträger nutzen und mit elektrisch angetriebenen Verdichtern betrieben ...
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Diese Norm legt die Anforderungen an die Sicherheit von Personen und Eigentum fest, liefert eine Anleitung in Hinblick auf den Schutz der Umwelt und enthält Vorgehensweisen für Betrieb, Instandhaltung und Instandsetzung von Kälteanlagen und die Rückg...
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DIN-Norm
Ausgabe 2019-12
Diese Norm legt die Anforderungen an die Sicherheit von Personen und Eigentum fest, liefert eine Anleitung in Hinblick auf den Schutz der Umwelt und enthält Vorgehensweisen für Betrieb, Instandhaltung und Instandsetzung von Kälteanlagen und die Rückg...
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Ausgabe 2011-05
Diese Norm legt die Anforderungen an Werkstoffe, Konstruktion, Herstellung, Prüfung und Dokumentation für ortsfeste Rohrleitungen für Kälteanlagen, Wärmepumpen und indirekte Kühl- und Heizsysteme fest.Diese Norm wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 1...
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Ausgabe 2018-07
Diese Norm legt Anforderungen für die Planung, den Bau und die Abnahmeprüfung von Pumpsystemen in Entwässerungssystemen außerhalb von Gebäuden, zu deren Entwässerung sie dienen, fest.Diese Norm wurde vom Technischen Komitee CEN/TC 165 „Abwassertechni...
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Ausgabe 2016-10
In dieser Vornorm wird der Energiebedarf des Trinkwarmwassersystems mit seinen verschiedenen Prozessbereichen (Übergabe, Verteilung, Speicherung und Erzeugung) beschrieben.Diese Vornorm wurde vom zuständigen Gemeinschaftsarbeitsausschuss NA 005-12-01...
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DIN-Norm
Ausgabe 2018-09
Diese Vornorm liefert ein Verfahren zur Berechnung von Lüftungsanlagen, Luftheizungsanlagen und Kühlsystemen für Wohngebäude.Diese Vornorm wurde vom zuständigen Gemeinschaftsarbeitsausschuss NA 005-12-01 GA „Gemeinschaftsarbeitsausschuss NABau/FNL/NH...
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DIN-Norm
Ausgabe 2016-10
Diese Vornorm gilt für Raumlufttechnische Anlagen in Nichtwohngebäuden und verwendet den berechneten Nutzenergiebedarf für die Raumkühlung aus DIN V 18599-2 und den Nutzenergiebedarf für die Luftaufbereitung aus DIN V 18599-3. Die beschriebenen Verfa...
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Diese Norm legt Anforderungen fest und gibt Empfehlungen für die Planung, den Einbau und die Instandhaltung von ortsfesten Sprinkleranlagen in Gebäuden und Industrieanlagen. Sie legt Anforderungen an besondere Sprinkleranlagen fest, die für Maßnahmen...
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