Wärmepumpen – Funktionsweise, Nachhaltigkeit, Kosten und rechtliche Regelungen

Quelle: LfU/IZU, EAB, LENK, UBA

Dieser Überblick zum Thema Wärmepumpen informiert über die Funktionsweise, die Nachhaltigkeit sowie Anschaffungs- und Betriebskosten und stellt rechtliche Regelungen dar.

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 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. Dabei „pumpt“ sie die Wärme quasi vom niedrigeren Temperaturniveau auf ein höheres.

Ein Kältemittel nimmt die aus der Wärmequelle aufgenommene Wärme auf. Die aufgenommene Umweltwärme verdampt das flüssige Kältemittel, welches somit gasförmig wird. 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. Der Kreislauf kann erneut beginnen.

Eine Wärmepumpe ist in drei Teile gegliedert:
  • die Wärmequell-Anlage, 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.
Wärmepumpen gibt es in verschiedenen Leistungsklassen und für verschiedene Temperaturbereiche.
Ausführlichere Beschreibungen der Funktionsweise einer Wärmepumpe finden Sie hier:

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. Nachhaltige Alternativen sind natürliche Kältemittel wie zum Beispiel Propan (R290), das standardmäßig in Tiefkühlschränken verwendet wird. Es weist nur ein sehr geringes oder kein Treibhausgaspotenzial auf.
  • 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 für den Betrieb mit geringen Vorlauftemperaturen ausgelegt. 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. Wie nachhaltig eine Wärmepumpe ist, hängt also davon ab, wie viel Strom sie benötigt und aus welchen Quellen dieser Strom kommt. Ausgerechnet im Winter, wenn der Wärmebedarf am größten ist, ist der Strommix häufig von fossilen Energieträgern geprägt. Im Idealfall wird die Wärmepumpe mit Strom aus der eigenen Photovoltaikanlage betrieben. 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 bedeutet: Die Wärmepumpe arbeitet besonders effizient und nachhaltig und verursacht geringe Betriebskosten. Wärmepumpen mit einer Jahresarbeitszahl von etwa 4,0 oder mehr gelten als besonders effizient.
  • Energieeffiziente Gebäude
    • Als Faustformel gilt: Gut gedämmte Gebäude benötigen weniger Heizenergie. Dann kann eine weniger leistungsstarke Wärmepumpe mit geringerem Stromverbrauch eingesetzt werden.

    Welche Wärmepumpen sind geräuscharm?

    Wärmepumpen, die Wärmequellen wie das Erdreich oder das Grundwasser nutzen, sind generell geräuscharm und tragen nicht zu Lärmstörungen bei.
    Luftwärmepumpen nutzen die Umgebungsluft als Wärmequelle. Das Ansaugen der Luft kann insbesondere in dicht bebauten Wohngebieten als störend empfunden werden. Besonders laute Luftwärmepumpen können die Richtwerte der TA Lärm – die sechste allgemeine Verwaltungsvorschrift zum Bundesimmissionsschutzgesetze – überschreiten und sollten bei der Gerätewahl vermieden werden. Es existieren aber bereits diverse geräuscharme Luftwärmepumpen auf dem Markt, die sich für Wohngebiete eignen.

    Was kosten Einbau und Betrieb einer Wärmepumpe?

    Diverse Faktoren beeinflussen die Anschaffungskosten einer Wärmepumpe:
    • 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
    Die Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG – EM) unterstützt die Anschaffung von Wärmepumpen. Diese Förderung wurde Ende 2023 novelliert und ist seit dem 01.01.2024 in Kraft. Auch Bundesländer, Kommunen oder Energieversorger können Förderungen für Wärmepumpen anbieten.

    Je nach Wärmepumpe kann deren Betrieb unterschiedliche Kosten verursachen. So haben Grundwasser- und Erdwärmepumpen meist höhere Wirkungsgrade und damit niedrigere Stromkosten als Luftwärmepumpen. Eine vorteilhafte Wärmequelle ist zudem Abwärme, weil sie im Vergleich zur Umweltwärme verhältnismäßig hohe Temperaturen liefert. 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:

    Welche rechtlichen Regelungen gelten für 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. Seit September 2015 gibt eine Reihe von EU-Verordnungen vor, dass alle neuen Heizgeräte eine Energieverbrauchskennzeichnung tragen und Ökodesign-Anforderungen an die Energieeffizienz erfüllen müssen. Auch Wärmepumpen sind von dieser Verordnung betroffen. Der Einsatz fluorierter Kohlenwasserstoffe wird von der Verordnung (EU) Nr. 2024/573 geregelt. Die in der EU verfügbare Menge dieser Kältemittel wird seit 2015 schrittweise reduziert. Die Verordnung schreibt weiterhin Kontrollpflichten für die Betreiber von Wärmepumpen vor, die fluorierte Kohlenwasserstoffe nutzen.

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