Wärmepumpen – Funktionsweise, Nachhaltigkeit, Kosten und rechtliche Regelungen
Quelle: LfU/IZU, EAB, LENK, UBA
Der folgende Beitrag gibt einen Überblick zum Thema Wärmepumpen. Dabei werden die Funktionsweise und die Nachhaltigkeit erläutert, Anschaffungs- und Betriebskosten besprochen und rechtliche Regelungen dargestellt.
Was ist eine Wärmepumpe?
Wärmepumpen stellen Raumwärme und Trinkwarmwasser bereit. Sie werden häufig für einzelne private Wohngebäude eingesetzt, versorgen aber auch größere Wohneinheiten, Bürogebäude oder Industriebauten. Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, die sich durch ihre Energiequellen unterscheiden. Luftwärmepumpen nutzen die Umgebungsluft, Erdwärmepumpen nutzen das Erdreich und Grundwasserwärmepumpen das Grundwasser als Energiequelle. Weitere geeignete Energiequellen sind Abwärme, Eisspeicher, Erdwärmespeicher oder solarthermische Kollektoren. Zur Erschließung der jeweiligen Wärmequelle stehen zumeist mehrere Techniken zur Verfügung. So können beispielsweise Erdsonden, Erdkollektoren oder Erdkörbe für den Betrieb einer Erdwärmepumpe verbaut werden.
Der Standortcheck des Energie-Atlas Bayern liefert eine erste Übersicht zu den Standortbedingungen für Erdwärmesonden, Erdwärmekollektoren und Grundwasserwärmepumpen.
Wie funktionieren Wärmepumpen?
Die Funktionsweise einer Wärmepumpe folgt demselben Prinzip wie ein Kühlschrank. Bei einem Kühlschrank wird dem Innenraum Wärme entzogen und an der Außenseite dem umgebenden Raum zugeführt. Auf diese Weise wird der Innenraum gekühlt. Eine Wärmepumpe hingegen entzieht der Wärmequelle Wärme, die sich auf einem niedrigen Temperaturniveau befindet, und leitet diese dann in ein Gebäude und dessen Heizsystem zu. Dabei „pumpt“ sie die Wärme quasi vom niedrigeren Temperaturniveau auf ein höheres.Dies wird bewerkstelligt, indem die aus der Wärmequelle aufgenommene Wärme von einem Kältemittel aufgenommen wird. Durch die Umweltwärme wird das flüssige Kältemittel verdampft und somit gasförmig. Dieser Dampf wird dann im Verdichter so lange zusammengedrückt, bis die nötige Heiztemperatur erreicht ist. Das heiße, komprimierte Gas gibt im Wärmetauscher die Wärme an das Heizsystem des Gebäudes ab. Durch die Abkühlung kondensiert das Kältemittel wieder in einen flüssigen Zustand. Im letzten Schritt wird der Druck des Kältemittels wieder herabgesetzt, wodurch es weiter abkühlt und im Verdampfer dann erneut Umgebungswärme aufnimmt, sodass der Kreislauf erneut beginnen kann.
Eine Wärmepumpe ist in drei Teile gegliedert:
- die Wärmequellanlage, die der Umgebung die Wärme entzieht;
- die eigentliche Wärmepumpe, die die Umgebungswärme nutzbar macht, sowie
- das Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Wärme im Haus verteilt oder zwischenspeichert.
Ausführlichere Beschreibungen der Funktionsweise einer Wärmepumpe finden Sie hier:
- Bundesverband Wärmepumpe e.V.: Wie funktioniert die Wärmepumpe?
- LfU: Welche Heizung kommt für mich in Frage?
Wann ist der Betrieb einer Wärmepumpe besonders nachhaltig und effizient?
- Klimafreundliche Kältemittel: Propan (R290) statt teilfluorierter Kohlenwasserstoffe (HFKW) Ein zentraler Umweltfaktor ist das in der Wärmepumpe eingesetzte Kältemittel. Viele Wärmepumpen verwenden teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (HFKW), deren Treibhausgaspotenzial bis zu 4.000-mal höher ausfällt als das von Kohlenstoffdioxid. Klimaschädliche Emissionen können entstehen, wenn teilfluorierte Kohlenwasserstoffe bei der Herstellung, während des Betriebs oder bei der Entsorgung von Wärmepumpen austreten. Als nachhaltige Alternative gilt Propan (R290), das nur ein sehr geringes oder kein Treibhausgaspotenzial aufweist.
- Umweltzeichen: der Blaue Engel Das Umweltzeichen „Blauer Engel“ dient Verbraucherinnen und Verbrauchern als Orientierungshilfe bei der Auswahl besonders effizienter und nachhaltiger Wärmepumpen. Heizsysteme mit diesem Kennzeichen erfüllen spezifische Anforderungen an die Energieeffizienz, den Einsatz klimaschonender Kältemittel sowie die Begrenzung von Lärmemissionen.
- Niedertemperatur-Heizsysteme Wärmepumpen erreichen eine hohe Effizienz in Gebäuden mit einem Niedertemperatur-Heizsystem als Wärmeabnehmer. Ein Niedertemperatur-Heizsystem ist ein System, das für den Betrieb mit geringen Vorlauftemperaturen ausgelegt ist. Besonders Flächenheizungen wie zum Beispiel Fußbodenheizungen sind für Wärmepumpen vorteilhaft, weil sie niedrige Vorlauftemperaturen bis etwa 35°C benötigen.
- Stromverbrauch und Stromquelle Wärmepumpen nutzen bis zu drei Viertel erneuerbare Umgebungswärme und benötigen etwa ein Viertel Strom. Ihr Betrieb basiert also schon überwiegend auf erneuerbaren Energien. Deshalb hängt die Nachhaltigkeit einer Wärmepumpe davon ab, wie viel Strom die Wärmepumpe benötigt und aus welchen Quellen dieser bezogen wird. Im Winter zum Beispiel ist der Strommix häufig von fossilen Energieträgern geprägt. Noch nachhaltiger ist es, die Wärmepumpe mit Strom aus einer eigenen Photovoltaikanlage zu betreiben. Je nach Art der Wärmequelle (Luft, Boden, Wasser) variiert die benötigte Strommenge, denn die Effizienz der Wärmepumpe steigt, je kleiner der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizsystem ist. Wärmequellen mit stabilen und hohen Temperaturen wie Erdreich oder Grundwasser benötigen daher weniger Strom und arbeiten besonders effizient.
- Jahresarbeitszahl (JAZ)/ SCOP) Entscheidend für eine energieeffiziente Wärmepumpe ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) oder englisch SCOP für „Seasonal Coefficient of Performance“. Die Jahresarbeitszahl beschreibt das Verhältnis von abgegebener Wärme zum Energieaufwand in einem Jahr. Eine hohe JAZ zeigt an, dass die Wärmepumpe besonders effizient und nachhaltig arbeitet sowie geringe Betriebskosten verursacht. Wärmepumpen mit einer Jahresarbeitszahl von etwa 4,0 oder mehr gelten als besonders effizient.
- Energieeffiziente Gebäude Auch der energetische Zustand des Gebäudes beeinflusst die Nachhaltigkeit und Effizienz einer Wärmepumpe. Gut gedämmte Gebäude benötigen weniger Heizenergie. Dadurch können weniger leistungsstarke Wärmepumpen eingesetzt werden, die einen geringeren Stromverbrauch aufweisen.
- die Art der Wärmepumpe (z. B. Luft-, Grundwasser- oder Erdwärmepumpen)
- die Erschließungskosten der Wärmequelle (z. B. Bohrungen für Sonden einer Erdwärmepumpe, Nutzbarmachen von Abwärme)
- Hersteller und Modell der Wärmepumpe
- Bundesministerium der Justiz und Bundesamt für Justiz: Gebäudeenergiegesetz (2020)
- Bundesgesetzblatt: Gesetz zur Änderung des Gebäudeenergiegesetzes
- Bundesverband Wärmepumpe e.V.: Wärmepumpe Übersicht
- Energie-Atlas Bayern: Oberflächennahe Geothermie: Arten der Nutzung
- Energie-Atlas Bayern: Abwärmerechner
- LENK:Wärmepumpe in Bayern
- LfU: Oberflächennahe Geothermie
- UBA: Umgebungswärme und Wärmepumpe
- UBA: Umweltfreundliches Heizen dank effizienter Wärmepumpe
Kosten beim Einbau und Betrieb einer Wärmepumpe
Diverse Faktoren beeinflussen die Anschaffungskosten einer Wärmepumpe:Während des Betriebs einer Wärmepumpe können ebenfalls Kosten in unterschiedlichen Höhen anfallen. So haben Grundwasser- und Erdwärmepumpen meist höhere Wirkungsgrade und damit niedrigere Stromkosten als Luftwärmepumpen. Wegen ihrer im Vergleich zur Umweltwärme verhältnismäßig hohen Temperaturen stellt Abwärme meist eine vorteilhafte Wärmequelle dar. Im Angebot des Energie-Atlas Bayern finden Sie eine Hilfestellung dazu, welches Heizsystem sich für Sie eignen könnte: Außerdem enthält der Energie-Atlas Bayern umfangreiche Informationen zu Verständnis und Nutzung von Abwärme. Hier finden Sie weitere Informationen zur Bundesförderung für effiziente Gebäude:
Rechtliche Regelungen in Bezug auf Wärmepumpen
Das Gebäudeenergiegesetz schreibt beim Neubau eines Gebäudes oder im Havariefall den Einbau eines Heizsystems vor, welches zu mindestens 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden kann (§ 71 Absatz 1).Gemäß § 71c gelten beim Einbau einer oder mehrerer elektrischer Wärmepumpen die Anforderungen des § 71 Absatz 1 als erfüllt, wenn eine oder mehrere Wärmepumpen den Wärmebedarf des Gebäudes oder der über ein Gebäudenetz verbundenen Gebäude decken.