Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe funktioniert prinzipiell sehr ähnlich wie ein Kühlschrank und es wird das Prinzip des Wärmetausches eingesetzt. Die Wärmepumpe besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, der ein Kältemittel enthält. Dieses Kältemittel durchläuft vier Hauptprozesse: Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion. Dabei entzieht die Wärmepumpe der Umgebung (Luft, Wasser oder Erde) Wärme und erhöht die Temperatur des Kältemittels, um sie dann in das zu beheizende Gebäude zu übertragen. So kann dann ein Gebäude beheizt bzw. Warmwasser aufbereitet werden.

Wärmepumpen sind im Vergleich zu herkömmlichen Heizungssystemen sehr energieeffizient, da sie mehr Wärmeenergie produzieren, als sie elektrische Energie verbrauchen. Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt stark von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle (Luft, Wasser oder Erde) und der Heizungstemperatur ab. Bei tiefen Temperaturen sind Wärmequellen wie z. B. Erde, die über konstante Plusgrade verfügen und Wärmeabgabesysteme (z. B. Fußboden- oder Wandheizung, Heizkörper) mit niedrigen Vorlauftemperaturen von Vorteil. Die Leistung einer Wärmepumpe wird üblicherweise als sogenannte Jahresarbeitszahl (COP-Wert) ausgedrückt. Sie gibt an wie viel Wärme aus einer Kilowattstunde (kWh) Strom erzeugt wird. Je höher der COP, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Bei Luftwärmepumpen sollte der COP-Wert zwischen 3,5 und 5 liegen, bei Erdwärmepumpen zwischen 4,5 und 6.

Wärmepumpen finden Anwendung in Wohngebäuden, Gewerbeimmobilien und industriellen Prozessen. Sie können sowohl im Neubau als auch in der Sanierung von Gebäuden für die Warmwasserbereitung und das Heizen eingesetzt werden. Sie sind besonders effizient in gut isolierten Gebäuden mit einer niedrigen Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und dem Heizsystem.

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, die unterschiedliche Wärmequellen nutzen können. Die gebräuchlichsten Typen sind:

• Luft-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt die Wärmeenergie aus der Außenluft.
• Erdwärmepumpen (auch Solewärmepumpe oder Sole-Wasser-Wärmepumpe genannt): Entzieht dem Erdreich Wärmeenergie durch Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden via Tiefenbohrungen.
• Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt als Wärmequelle Grundwasser. Dafür ist eine Tiefenbohrung und ein sogenannter Förderbrunnen notwendig.

Wärmepumpen können erhebliche Energieeinsparungen im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen bieten. Wenn diese mit einer Photovoltaik-Anlage kombiniert werden, wirkt sich das zusätzlich positiv auf die Energiekosten aus. Da Wärmepumpen keine fossilen Brennstoffe verbrauchen, reduzieren sie die CO₂-Emissionen und tragen zur Verringerung der Treibhausgasemissionen bei.

Die Anschaffungskosten für eine Wärmepumpe sind in der Regel höher als für herkömmliche Heizungssysteme. Allerdings gibt es immer wieder hohe Förderungen auf die Gesamtinvestition, wodurch sich somit die tatsächlichen Anschaffungskosten signifikant verringern können. Manchmal spielt auch der Platzbedarf eine Rolle. Sole- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen benötigen möglicherweise mehr Platz für die Installation von Erdsonden oder Kollektoren. Luft-Wasser -Wärmepumpen sind sehr gut für den Ersatz von bestehenden Gas- oder Ölheizungen geeignet, können aber bei sehr niedrigen Außentemperaturen an Effizienz verlieren. Ein zusätzlich vorhandener E-Heizstab kommt aber bei modernen Luft-Wasser Wärmepumpen erst bei Außentemperaturen kleiner -15 Grad Celsius zum Einsatz.