27.09.2024 Lesedauer: min Manuel Berkel
Die verschiedenen Arten von Wärmepumpen zeigen im Vergleich deutliche Unterschiede bei Effizienz, Anwendungsbereichen und Kosten. Wir erklären übersichtlich, wie die unterschiedlichen Wärmepumpen funktionieren und welche Vorteile und Nachteile sie haben.
Wärmepumpen werden in verschiedene Typen eingeteilt – je nachdem, mit welchen Wärmeträgern sie arbeiten. Die vollständigen Bezeichnungen für die unterschiedlichen Typen von Wärmepumpen bestehen immer aus zwei Teilen, zum Beispiel Luft-Wasser-Wärmepumpe:
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe hat also Luft als Wärmequelle und nach dem Verdichten gibt sie ihre nutzbare Wärme an das Wasser im Heizkreislauf ab. Eine Beschreibung aller Typen von Wärmepumpen mit ihren Vor- und Nachteilen finden Sie in diesem Artikel.
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Luft als Wärmequelle ist einfach zu erschließen, denn sie ist überall vorhanden. Zudem haben Luft-Wärmepumpen vergleichsweise geringe Kosten bei der Anschaffung. Der Nachteil ist, dass Luft dann am kältesten ist, wenn der Wärmebedarf am höchsten ist – im Winter. Luft-Wärmepumpen können deshalb einen hohen Stromverbrauch haben.
Für besonders kalte Tage im Winter brauchen Luft-Wasser-Wärmepumpen einen zweiten Wärmeerzeuger, manchmal einen Gaskessel oder meist einen elektrischen Heizstab. Das liegt daran, dass die Luft im Winter kälter ist als der Erdboden oder das Grundwasser, aus denen andere Wärmepumpen Energie beziehen. Einen Teil des Heizbedarfs an kalten Wintertagen deckt deshalb bei Luft-Wasser-Wärmepumpen der zweite Wärmeerzeuger (bivalenter Betrieb).
Aufgestellt wird eine Luft-Wasser-Wärmepumpe außen, innen oder gesplittet:
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe läuft besonders im Winter mehrere Stunden pro Tag, weil die Ventilatoren große Mengen Luft bewegen. Eigentümer*innen sollten deshalb auf niedrige Lärmemissionen achten. Das Umweltbundesamt empfiehlt je nach Leistung der Wärmepumpe:
Außen aufgestellte Luft-Wasser-Wärmepumpen sollten sogar eine Schallleistung von weniger als 50 Dezibel haben.
Die Laufzeit von Wärmepumpen lässt sich besser steuern und in die Tagesstunden verlegen, wenn Sie einen Pufferspeicher für Wärmepumpen einbauen. Um speziell den Lärm einer Luft-Wärmepumpe zu reduzieren, kommt eine Reihe von Maßnahmen in Betracht – am wichtigsten ist immer die Wahl des Aufstellorts:
Eine nützliche Hilfe für das Aufstellen und das Anschließen einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist der interaktive Leitfaden des Landes Sachsen-Anhalt. Nutzer*innen können dort sehen, wie sich verschiedene Faktoren auf die Lärmemission von Luft-Wasser-Wärmepumpen auswirken, etwa die Entfernung zu Hauswänden.
Luft-Wasser-Wärmepumpen haben bei der Anschaffung die niedrigsten Kosten aller Wärmepumpen. Das liegt daran, dass die Wärmequelle Luft einfach zu erschließen ist und keine Erdarbeiten nötig sind. Für ein Einfamilienhaus liegen die Kosten bei 8.000 bis 16.000 Euro. Am Lärmschutz sollte aber nicht gespart werden. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe hat zudem verglichen mit anderen Wärmepumpen höhere Stromkosten pro Jahr.
Wegen der geringen Lufttemperatur im Winter haben Luft-Wasser-Wärmepumpen im Durchschnitt eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von 3,1. Das hat eine 2020 veröffentlichte Fraunhofer-Untersuchung zu Wärmepumpen in Bestandsgebäuden ergeben. Teilweise lag die JAZ sogar nur bei 2,5 und war damit zu niedrig, um effizient zu arbeiten.
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Luft-Luft-Wärmepumpen eignen sich für Passivhäuser oder ähnliche Gebäude mit sehr niedrigem Energiebedarf. Dank ihrer guten Dämmung können Passivhäuser komplett auf Heizkessel, Heizungsrohre und Heizkörper verzichten. Für die Wärmeverteilung genügt allein die Lüftungsanlage mit der eingebauten Luft-Luft-Wärmepumpe. Diese überträgt ihre Energie nicht in das Heizungswasser, sondern gibt sie direkt in die Lüftungsanlage ab.
Sole-Wasser-Wärmepumpe ist eine andere Bezeichnung für Erdwärmepumpe. Sole ist die frostgeschützte Flüssigkeit, die durch die Heizschlangen im Boden fließt. Diese entziehen dem Erdboden Wärme (oberflächennahe Geothermie). Sie werden entweder horizontal als Kollektoren verlegt oder vertikal in eine Bohrung als Sonden eingebracht.
Erdwärme-Kollektoren werden flächig unter der Frostgrenze im Boden in 1,5 Meter Tiefe verlegt – daher auch die Bezeichnung Flächenkollektoren. In dieser Tiefe stammt die Erdwärme hauptsächlich aus im Erdreich gespeicherter Sonnenenergie und Regenwasser. Die Fläche über den Kollektoren ist deshalb nicht zum Überbauen oder Versiegeln geeignet. Auch tiefwurzelnde Pflanzen sollten nicht darüber gepflanzt werden. Einmal verlegt, ist von den Kollektoren an der Oberfläche aber nichts mehr zu sehen.
Flächenkollektoren erfordern häufig umfangreiche Grabungen. Einem Quadratmeter Boden können sie etwa 25 Watt Wärme entziehen.
Bei einer Heizleistung von 10 Kilowatt sind 300 Quadratmeter Kollektoren nötig, wenn die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe bei 4 liegt. Weniger Platz brauchen die Rohre, wenn sie als Körbe oder als übereinander geschichtete Grabenkollektoren verlegt werden.
Zu klein sollten Erdwärme-Kollektoren nicht ausgelegt werden. An kalten Tagen muss sonst ein Heizstab einspringen, der die Stromrechnung in die Höhe treibt. Bei richtiger Planung müssen Kollektoren aber nicht durch den Heizstab unterstützt werden.
Erdwärme-Sonden sind platzsparend, sodass für sie nicht das gesamte Grundstück umgegraben werden muss wie oft bei Kollektoren. Für die Sonden wird meist 30 bis 200 Meter tief gebohrt – im Durchschnitt 100 Meter. Möglich sind auch mehrere kurze Bohrungen, allerdings sollten Erdwärmesonden einen Abstand von mindestens 6 bis 10 Metern untereinander haben. Andernfalls können sie sich gegenseitig negativ beeinflussen.
Erdwärme-Sonden heizen besonders effizient, sodass sie fast nie vom Heizstab unterstützt werden müssen. Der Grund ist das hohe Temperaturniveau der Wärmequelle, denn ab einer Tiefe von 10 Metern liegt die Temperatur ganzjährig bei etwa 10 Grad Celsius.
Zur Orientierung: Bei 10 Kilowatt (kW) Heizleistung muss die Bohrung 150 Meter tief reichen. Bei einer kürzeren, preiswerten Bohrung ist es auch möglich, den Boden im Sommer wieder mit Wärme zu „beladen“. Dazu wird die Wärme aus einer Solarthermie-Anlage ins Erdreich geleitet.
Erdwärmepumpen verursachen hohe Kosten für Erdarbeiten. Dafür ist aber der Wirkungsgrad höher, sodass die laufenden Stromkosten niedrig liegen.
Laut Fraunhofer-Institut ISE kommen Erdwärmepumpen in Bestandsgebäuden durchschnittlich auf eine Jahresarbeitszahl von 4,1. Bei einem Einfamilienhaus mit einem Heizwärmebedarf von 17.000 Kilowattstunden pro Jahr schlägt sich das in einer geringeren Stromrechnung nieder: Die Stromkosten sind bei einer Erdwärmepumpe pro Jahr rund 400 Euro geringer als bei einer Luftwärmepumpe. Wegen ihres geringen Stromverbrauchs eignen sich Erdwärmepumpen besonders für Altbauten mit höherem Wärmebedarf.
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Eine Grundwasser-Wärmepumpe hat mindestens einen so hohen Wirkungsgrad wie Erdwärmepumpen, denn Grundwasser hat auch im Winter eine Temperatur von 8 bis 10 Grad.
Für eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe werden zwei Brunnen gebohrt:
Die Bohrtiefe für Förder- und Schluckbrunnen kann bis zu 50 Meter betragen. Mit zunehmender Tiefe steigen auch die Betriebskosten für die Wasserpumpen, ideal sind deshalb Fördertiefen zwischen 10 und 20 Metern.
Allerdings muss die Wassermenge ausreichen: Die Förderrate beziehungsweise der Wasserbedarf für eine Grundwasser-Wärmepumpe liegt bei etwa 1 Liter pro Sekunde für eine Heizleistung von 15 Kilowatt. Bei der Einschätzung helfen die örtliche Wasser- oder Umweltbehörde und Ingenieurbüros.
Damit der Brunnen nicht verstopft oder die Anlage korrodiert, ist außerdem die Zusammensetzung des Wassers zu analysieren. Daher müssen Bauherr*innen für Grundwasser-Wärmepumpen eine Genehmigung von der Wasserbehörde einholen. Für fachkundige Bohr- und Brunnenbauunternehmen gibt es eine Zertifizierung vom Deutschen Verein des Gas- und Wasserfaches (DVGW W 120).
Die Kosten einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind vergleichbar mit denen für Erdwärmesonden:
Grundwasser-Wärmepumpen können nach Erfahrung der Verbraucherzentralen eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von bis zu 5 erreichen und sind damit besonders wirtschaftlich. Gründe für den hohen Wirkungsgrad: Grundwasser hat eine konstante Temperatur und im Gegensatz zu Erdwärmepumpen gibt es weniger Wärmetauscher-Verluste. Einen wirtschaftlichen Vorteil haben Grundwasser-Wärmepumpen gegenüber Erdwärmepumpen häufig ab 10 Kilowatt Heizleistung. Sie sind also besonders für Mehrfamilienhäuser und Altbauten geeignet.
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Wärmepumpen haben eine lange Lebensdauer. Ob sich eine Wärmepumpe lohnt, hängt deshalb vor allem von den laufenden Stromkosten ab und damit von der Jahresarbeitszahl. Bei dieser weisen Wärmepumpen im Vergleich deutliche Unterschiede auf.
Bauherr*innen sollten zunächst immer prüfen, ob auf ihrem Grundstück eine Erd- oder Grundwasser-Wärmepumpe installiert werden kann, da diese die besten Jahresarbeitszahlen aufweisen.
Um den Wirkungsgrad zu optimieren, sollten Eigentümer*innen gerade bei Luft-Wärmepumpen so viele Maßnahmen wie möglich umsetzen, um die JAZ zu erhöhen. Bei der Außenaufstellung von Luft-Wärmepumpen sind außerdem die Lärmemissionen zu bedenken – ein weiterer Grund, der für Sole- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen spricht.
Auf dem deutschen Markt für Wärmepumpen haben sich verschiedene Hersteller einen Namen gemacht. Dazu gehören unter anderem Alpha Innotec, Buderus, Bosch, Brötje, Daikin, Dimplex, IDM, Michl, Nibe, Novelan, Ochsner, Remko, Tecalor, Vaillant, Viessmann, Weishaupt, Waterkotte und Wolf. Die meisten der genannten Hersteller bieten sowohl Luft-, Sole- als auch Wasser-Wärmepumpen an. Da sich viele Hersteller auf ein oder zwei Techniken spezialisiert haben, ist es ratsam, sich vor der Wahl des Herstellers genau über deren Angebot zu informieren.
Unterstützung und Beratung bei der Wahl der passenden Wärmepumpentechnik sowie des Herstellers bieten einige Installationsfachbetriebe.
Hochtemperatur-Wärmepumpen bringen das Heizungswasser oder Warmwasser auf eine Vorlauftemperatur von 60 bis 100 Grad. Sie finden vor allem in Gewerbe und Industrie Anwendung. Der Preis einer Hochtemperatur-Wärmepumpe liegt etwa 20 bis 25 Prozent über dem von üblichen Wärmepumpen-Heizungen.
Weit verbreitet bei Hochtemperatur-Wärmepumpen ist die Heißgaslade-Technik (HGL). Das Heißgas dient dabei als Kältemittel. Ein zusätzlicher Wärmetauscher nutzt die hohe Temperatur des Kältemittels direkt hinter dem Verdichter. Einige Hochtemperatur-Wärmepumpen können heißes Wasser mit verschiedenen Temperaturen gleichzeitig bereitstellen.
Im Wohnbereich ist eine Hochtemperatur-Wärmepumpe – auch für Altbauten – selten die beste Lösung. Um Wasser auf hohe Temperaturen jenseits von 55 Grad zu erhitzen, benötigen Wärmepumpen zu viel Strom. Mit ihrer speziellen Konstruktion können Hochtemperatur-Wärmepumpen den Effizienzverlust nur zum Teil ausgleichen.
Brauchwasser-Wärmepumpen erhitzen nur das Warmwasser im Haushalt und werden mit einem Gaskessel oder Ölkessel zum Heizen kombiniert. In der Regel handelt es sich um Luft-Wärmepumpen mit niedriger Leistung, die direkt auf dem Speicher für Warmwasser angeschlossen werden. Sie sollten so ausgelegt sein, dass der Heizkessel im Sommer ausgeschaltet werden kann. Für reine Warmwasser-Wärmepumpen gibt es allerdings keine BAFA-Förderung.
Übrigens: Wie hoch Ihr Warmwasserverbrauch im Vergleich mit anderen Haushalten ist und wie Sie viel Wasser sparen können, erfahren Sie mit unserem WarmwasserCheck.
Mini-Wärmepumpe ist kein fest definierter Begriff. Darunter werden häufig verschiedene Wärmepumpen mit kleiner Leistung zusammengefasst, die meist andere Zwecke als die Gebäudeheizung haben:
Außer bei Luft-Luft-Wärmepumpen zum Heizen von Passivhäusern gibt es für Mini-Wärmepumpen meist keine Förderung. Effiziente Mini-Wärmepumpen mit hoher Arbeitszahl können sich aber durch die Energieeinsparung oder das Nutzen von Umweltwärme lohnen.
Wärmepumpen gibt es auch in Kombination mit Gas:
Eine Gas-Wärmepumpe ist eine Alternative zur elektrischen Wärmepumpe, die mit fossilem Erdgas betrieben wird.
Das BAFA fasst Gas-Wärmepumpen, die mit Absorption oder Adsorption arbeiten, auch unter dem Begriff Sorptionswärmepumpen zusammen.
Ein Vorteil von Gas-Wärmepumpen sind die geringeren Lärmemissionen im Vergleich zu Luft-Wärmepumpen. Moderne Zeolith-Wärmepumpen sind mit Kosten für die Anschaffung von 14.000 bis 18.000 Euro für ein Einfamilienhaus jedoch teurer.
Der größte Nachteil von Gaswärmepumpen ist aber, dass sie weniger erneuerbare Umweltwärme nutzen als elektrische Wärmepumpen. Nur etwa 25 bis 30 Prozent der Heizenergie kommen aus der Umwelt, der Rest aus fossilem Erdgas. Zwar lassen sich Gaswärmepumpen auch mit Ökogas betreiben. Das erhöht die Kosten für das Heizen jedoch deutlich, falls das Ökogas dem Erdgas nicht nur in geringen Mengen beigemischt wird. Manchmal kauft der Gasversorger auch nur Zertifikate zur CO2-Kompensation.
Eine Hybridheizung ist eine Kombination aus verschiedenen Heiztechnologien. Vom BAFA gibt es eine Förderung für Gas-Hybridheizungen. Förderfähig ist die Kombination aus einem effizienten Gas-Brennwertkessel und einem erneuerbaren Wärmeerzeuger, der mindestens 25 Prozent der Heizlast des Gebäudes liefern muss.
Bei einer Hybridheizung kann eine Wärmepumpe als Ergänzung zum Gaskessel eine geringere Leistung haben, als wenn die Wärmepumpe allein das Gebäude heizen müsste. Das spart Kosten und kann eine sinnvolle Übergangslösung sein: Zum Beispiel wenn in nächster Zeit keine Dämmung und kein Tausch der Heizkörper möglich ist, um eine reine Wärmepumpen-Heizung effizient betreiben zu können.
Die CO2-Emissionen von Gas-Hybridheizungen sind geringer als bei reinen Gasheizungen. Hybridheizungen gelten deshalb als kostengünstige Übergangslösung auf dem Weg zu Niedrigstenergiegebäuden, die vollständig mit erneuerbaren Energien versorgt werden. Der Nachteil ist, dass solch ein Hybrid immer noch fossile Energien verbrennt.
Elektrische Wärmepumpen können nicht nur zum Heizen eines Gebäudes eingesetzt werden. Im Waschtrockner ist eine Wärmepumpe inzwischen Standard. Sie gewinnt einen Teil der Abwärme vom Waschen zurück für das Trocknen. Kondenstrockner mit Wärmepumpe verbrauchen deutlicher weniger Energie und schonen die Wäsche mit geringeren Temperaturen. Wärmepumpentrockner gibt es in den Energieeffizienzklassen A+ bis A+++.
Ein moderner Wärmepumpentrockner der Effizienzklasse A+++ verbraucht
Wärmepumpentrockner verbrauchen pro Trockenzyklus ein bis zwei Kilowattstunden Strom. Das entspricht etwa 30 bis 60 Cent. Bei einem weniger effizienten Gerät sind es bis zu 4,5 Kilowattstunden, also etwa 1,35 Euro. Laut Stiftung Warentest sind Wärmepumpentrockner im Vergleich nur noch wenig teurer als Waschtrockner ohne Wärmepumpe. Eine Übersicht verschiedener Modelle gibt es in diesem neuen Vergleich der Stiftung Warentest von 2024.
