27.09.2024 Lesedauer: min Manuel Berkel
Eine Wärmepumpe entzieht der Umgebung Wärmeenergie und macht sie zum Heizen oder für die Warmwasseraufbereitung nutzbar. In diesem Artikel erhalten Sie Tipps für den optimalen Einsatz von Wärmepumpen, um Ihr Haus klimafreundlich und effizient zu heizen.
Eine Wärmepumpe funktioniert wie ein umgekehrter Kühlschrank: Nicht direkt nutzbare Wärme wird der Umwelt oder der Abluft entzogen und zum Heizen oder für die Warmwasserbereitung nutzbar gemacht.
Für den eigenen Betrieb verwenden Wärmepumpen eine zweite Energiequelle: entweder Strom oder Gas. Wenn sie effizient laufen, sparen Wärmepumpen beim Heizen CO2 und leisten so einen Beitrag zum Klimaschutz. Einige Wärmepumpen sind auch zum Kühlen von Gebäuden geeignet.
Die Wärmepumpen-Heizungsanlage besteht aus drei Komponenten: der Wärmequellenanlage, der Wärmepumpe, sowie dem Wärmeverteil- und Speichersystem. Um genug Wärme für Heizzwecke oder zur Warmwasserbereitung zu erzeugen, ist ein thermodynamischer Prozess erforderlich. Dieser Prozess, auch als Kältekreisprozess bekannt, besteht aus vier Schritten, die sich ständig wiederholen:
Das Ergebnis: Das Heizungswasser hat dank der Wärmepumpe die nötige Vorlauftemperatur erreicht und die Heizkörper werden mollig warm – und das, obwohl der größte Teil der Wärmeenergie auch im Winter aus der Umwelt kommt. Die unterschiedlichen Arten von Wärmepumpen erklären wir im Artikel „Heizen mit Luft, Wasser, Erdwärme“.
Grundsätzlich gilt: Jede Wärmepumpe kann ihrer Umgebung Wärme entziehen, solange die Temperatur der Wärmequelle über dem Siedepunkt des Kältemittels liegt. Die Siedepunkte typischer Kältemittel für Wärmepumpen liegen bei –57 bis –12 Grad.
Außenluft hat also auch im Winter noch immer Wärmeenergie, die eine Luft-Wärmepumpe nutzen kann. Bei Geothermie und Grundwasser ist die Wärmequelle noch ergiebiger. Rohre für Erdwärmepumpen werden unterhalb der Frostgrenze verlegt. Ab einer Tiefe von 10 Metern herrscht ganzjährig sogar eine Temperatur von mindestens 10 Grad.
Bei Erde und Grundwasser muss die Wärmepumpe im Winter also eine geringere Temperaturdifferenz zur Vorlauftemperatur des Heizungswassers überbrücken als bei Luft als Wärmequelle. Deshalb haben Erd- und Grundwasser-Wärmepumpen einen höheren Wirkungsgrad und niedrigere Stromkosten als Luftwärmepumpen.
Für die Qualität der Wärmepumpe ist entscheidend, wie das Verhältnis zwischen der nutzbaren Wärmeenergie und der eingesetzten Energie ist. Meist wird dafür elektrische Energie verwendet. Ein hoher Wirkungsgrad ist deshalb wichtig, weil eine Kilowattstunde (kWh) Strom höhere Kosten hat als eine Kilowattstunde Wärmeenergie. Strom wird außerdem noch zu großen Teilen aus Kohle und Erdgas erzeugt (außer echter Ökostrom). Für den Stromverbrauch und das Klima ist es deshalb umso besser, je effizienter eine Wärmepumpe ist. Noch besser ist es, wenn der Strom für die Wärmepumpe über Photovoltaik erzeugt wird.
Das Verhältnis von erzeugter Wärme und eingesetztem Strom lässt sich mit zwei unterschiedlichen Kennzahlen ausdrücken:
Nach Angaben der Verbraucherzentrale kann eine Wärmepumpe ab einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von 3 als effizient gelten. Das bedeutet: Aus einer Kilowattstunde Strom erzeugt die Wärmepumpe drei Kilowattstunden Wärme. Als ideal gelten Jahresarbeitszahlen von 4 bis 5. Eine Wärmepumpe arbeitet dann besonders wirtschaftlich und amortisiert sich in guter Frist.
Die KfW schreibt für die Förderung von Wärmepumpen eine Jahresarbeitszahl von mindesten 3 für alle Wärmepumpen vor. Entscheidend sind für die KfW vorab berechnete Werte. Im realen Betrieb können die Jahresarbeitszahlen jedoch unter ungünstigen Bedingungen niedriger liegen.
Eine hohe Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Wärmepumpe bedeutet hohe Effizienz und niedrigen Stromverbrauch. Die JAZ einer Wärmepumpe zu erhöhen, ist durch mehrere Maßnahmen möglich:
Wie Sie eine Wärmepumpe im Altbau sinnvoll einsetzen, erfahren Sie in unserem Artikel über Anwendungsbereiche von Wärmepumpen. Die wichtigsten Maßnahmen, um den Energieverbrauch für das Heizen zu senken, finden Sie auch mit unserem ModernisierungsCheck heraus.
Heizkörper für Wärmepumpen müssen mit niedrigen Vorlauftemperaturen auskommen. Denn allgemein gilt: Je stärker das Wasser aufgeheizt werden muss, desto schlechter ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
Um die Temperatur absenken zu können, muss die Fläche der Heizkörper ausreichend groß sein. So können sie mehr Wärme abgeben. Das durchströmende Heizungswasser braucht dann nicht mehr 60 bis 75 Grad Celsius oder noch heißer zu sein, um die Räume warm zu bekommen.
Ideal sind Fußboden- und Wandheizungen, denn für sie reicht eine Vorlauftemperatur von 35 Grad oder weniger. Für Neubauten sind Fußbodenheizungen deshalb sehr zu empfehlen, weil sie sich dort verlegen lassen, ohne bestehende Fußböden aufzureißen. Nachteil von Fußbodenheizungen ist allerdings, dass sich mit ihnen die Raumtemperatur nur langsam verändern lässt. Außerdem ist darauf zu achten, dass sich die Räume nicht stärker erwärmen als nötig.
In Bestandsgebäuden (Altbau) sollten die Eigentümer*innen zunächst durch Dämmung den Heizwärmebedarf verringern. Für Altbauten gibt es außerdem Heizkörper, die sich einfacher nachrüsten lassen als eine Fußbodenheizung und mit denen die Vorlauftemperatur für Wärmepumpen auf höchstens 45 Grad begrenzt werden kann.
Niedertemperatur-Heizkörper oder Tieftemperatur-Heizkörper verteilen die Wärme zusätzlich mit leisen, kleinen Ventilatoren (Aktoren) im Raum. Hochwertige Aktoren haben eine Lautstärke von rund 26 Dezibel und sind damit leiser als eine tickende Armbanduhr.
Übliche Plattenheizkörper können für einen Altbau eine Alternative zu Niedertemperatur-Heizkörpern sein, wenn sie groß genug ausgelegt werden. Das lässt sich zum einen durch Länge und Höhe erreichen, aber vor allem durch die Zahl der Platten und Lamellen und damit durch die Dicke der Heizkörper. In der Typ-Bezeichnung (meist von 10 bis 33) steht die erste Ziffer für die Zahl der Konvektionsbleche und die zweite Ziffer für die Zahl der Lamellenreihen.
Das Aggregat einer Wärmepumpe erhält wie jede andere Heizung im Keller einen Anschluss an den Heizkreislauf, außerdem wird ein Stromanschluss benötigt. In der Wärmepumpen-Heizung ist in der Regel auch ein Speicher für Warmwasser mit 200 bis 300 Liter eingebaut. Damit hat die Wärmepumpe einen Flächenbedarf von 0,5 bis 1,5 Quadratmeter.
Zusätzlich werden je nach Art der Wärmepumpe noch Leitungen für Sole, heißes Wasser oder Abluft benötigt, die vom Heizkeller durch die Wand nach außen führen. Diese Leitungen sind vom Heizkreislauf vollständig getrennt.
Luft-Wasser-Wärmepumpen benötigen außerdem noch einen Kondensatablauf. Bei Außenaufstellung wird dazu einfach ein kleines Rohr in die Erde geführt.
Pufferspeicher für Wärmepumpen sorgen dafür, dass die Pumpe sich nicht ständig an- und ausschalten muss. Das verbessert Lebensdauer und Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Außerdem setzen Stromtarife für Wärmepumpen immer die Möglichkeit zur Abschaltung durch das EVU (Energieversorgungsunternehmen) voraus. Die externe Abschaltung sorgt dafür, dass Stromangebot und Stromverbrauch besser ausbalanciert werden und so das Stromnetz entlastet wird. Um diese Sperrzeit der Wärmepumpe zu überbrücken, lässt sich der Wärmebedarf währenddessen aus dem Pufferspeicher decken.
Durch den Pufferspeicher ist es außerdem möglich, die Wärmepumpe so einzustellen, dass sie eher tagsüber und weniger am Abend und in der Nacht läuft. Bei Luft-Wärmepumpen kann das wegen der Lärmemissionen der Ventilatoren ein wichtiger Vorteil sein.
Ein Pufferspeicher für eine Wärmepumpe fasst 100 bis 500 Liter – zusätzlich zum Warmwasser-Speicher. Der zusätzliche Platzbedarf dafür liegt etwa bei 0,4 bis 0,7 m2. Als Richtwert für das Volumen gilt: 30 Liter Pufferspeicher pro Kilowatt (kW) Heizleistung der Wärmepumpe. Ist eine Fußbodenheizung vorhanden, ist kein Pufferspeicher nötig. Der Estrich, in dem die Schlauchleitungen verlegt werden, wirkt bereits wie ein großer Speicher.
Wärmepumpen sind relativ wartungsarm, weil keine Verbrennung stattfindet. Trotzdem sollten sie etwa alle 1 bis 3 Jahre gewartet werden. Zur Wartung einer Wärmepumpe gehören:
Die Kosten für die Wartung einer Wärmepumpe liegen bei etwa 150 Euro pro Jahr in einem Einfamilienhaus.
Bei einer Wärmepumpe muss nicht regelmäßig Kältemittel nachgefüllt werden. Sie sind so ausgelegt, dass sie möglichst dicht sind. Nur bei einigen Luft-Wärmepumpen (Split-Wärmepumpe) muss bei der Installation Kältemittel nachgefüllt werden, wenn die Kältemittelleitung zwischen Außeneinheit und Heizungskeller sehr lang ist. Arbeiten mit Kältemittel dürfen nur Fachbetriebe vornehmen, damit es nicht zu Verletzungen kommt und kein Gas in die Umwelt entweicht.
Für bestimmte fluorierte Kältemittel muss ein Fachbetrieb allerdings regelmäßig eine Dichtheitsprüfung der Wärmepumpe vornehmen. Falls fluorierte Gase (F-Gase) austräten, würden sie das Klima schädigen. Wie oft die Dichtigkeitsprüfung erfolgen muss, hängt laut F-Gas-Verordnung der EU von der Menge und der Treibhausgaswirkung (GWP) des Kältemittels ab. Informieren Sie sich beim Kauf der Wärmepumpe, ob und wie oft eine Dichtheitsprüfung vorgeschrieben ist.
Tipps zu natürlichen Kältemitteln wie CO2 finden Sie in unserem Artikel Wärmepumpen: Test & Kaufempfehlung.
Grundsätzlich kann eine Photovoltaik-Anlage Strom für eine elektrische Wärmepumpe liefern. Im Sommer kann so das gesamte Warmwasser mit regenerativer Energie erwärmt werden. Allerdings braucht die Wärmepumpe dann am meisten Strom, wenn die PV-Anlage wenig davon erzeugt: im Winter und abends zum Heizen. Etwas Abhilfe lässt sich mit dem Pufferspeicher schaffen: Ein Energiemanagement-System sorgt dafür, dass die Wärmepumpe tagsüber das Heizwasser erwärmt, solange die Sonne scheint. In der Nacht kann es dann vom Speicher durch die Heizung fließen. Aber auch in den Übergangszeiten kann die PV-Anlage einen guten Beitrag leisten, um von fossilen Energieträgern wegzukommen. Das BAFA fördert auch den Einbau von Warmwasser-Speichern.
Die finanziellen Auswirkungen des Eigenverbrauchs hängen stark von den Anlagen, dem Energieverbrauch und Stromtarif sowie den aktuellen gesetzlichen Regeln ab. Ein Teil des Stroms für die Wärmepumpe muss aber trotz Solarmodulen aus dem Netz zugekauft werden. Manche Versorger bieten deshalb Wärmepumpenstrom auch als Ökostrom-Tarif an.
Wenn Sie eine Wärmepumpe mit einer PV-Anlage kombinieren möchten, fragen Sie am besten eine*n Energieberater*in. Ob sich Ihr Dach grundsätzlich für Photovoltaik eignet, können Sie mit unserem PhotovoltaikCheck herausfinden.
Um die Kosten niedrig zu halten, kann es bei Luft-Wärmepumpen gerechtfertigt sein, einen bestehenden Kessel weiter zu betreiben – er unterstützt die Luft-Wärmepumpe nur an einigen Tagen oder Wochen im Jahr. Dafür gibt es jedoch keine Fördermittel vom Staat. Neben dem Nachrüsten einer Wärmepumpe lohnen sich oft noch weitere Maßnahmen zum Energiesparen. Welche sich für Ihre Immobilie eignen, erfahren Sie ganz einfach mit unserem ModernisierungsCheck.
Wärmepumpen lassen sich im Gegensatz zu anderen Heizungen im Sommer zum Kühlen einsetzen. Dafür muss die Wärmepumpe reversibel sein. Außerdem braucht es zum effizienten Kühlen eine wasserführende Flächenheizung. In Altbauten wird sie manchmal in Form einer Deckenheizung unter einer Deckenabhängung untergebracht. Es gibt zwei Möglichkeiten zum Kühlen:
