Gesellschaft

Wärmepumpen wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll einsetzen

Wärmepumpen sind ökologisch, kostensparend, effizient und damit eine vielversprechende Alternative zu Gas- und Ölheizung. Für wen sie sich lohnen und was es beim Einbau zu beachten gibt. 

Wärmepumpen sind ökologisch, kostensparend, effizient und damit eine vielversprechende Alternative zu Gas- und Ölheizung. Für wen sie sich lohnen und was es beim Einbau zu beachten gibt. 

25.07.2022 (aktualisiert, erstveröffentlicht am 17.06.2014) | Ein Beitrag von Ariane Jäger |Bild: Pexels

Klimawandel, Inflation und das aktuelle politische Weltgeschehen zeigen uns, dass umweltfreundliche und zukunftssichere Alternativen zu Öl- und Gasheizung immer wichtiger und dringlicher werden. Wärmepumpen sind klimaschonend und beziehen drei Viertel der benötigten Energie zum Heizen aus der Umwelt. Daher wird der Einbau von Wärmepumpen auch vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert. 

Die Energie für Wärmepumpen stammt in den meisten Fällen aus der Luft, dem Wasser oder dem Erdreich. Dabei sind sie besonders ressourcensparend. In diesem Beitrag klären wir darüber auf, wie Wärmepumpen genau funktionieren, was sie aus wirtschaftlicher und ökologischer Sicht so sinnvoll macht und für welche Häuser sich der Einbau von Wärmepumpen lohnt. 

Die Funktion und Funktionsweisen von Wärmepumpen 

Wärmepumpen sind Maschinen, die durch technische Arbeit thermische Energie aus einer anderen natürlichen Energiequelle beziehen, um Nutzwärme für die Beheizung von Gebäuden zu gewinnen. Meistens nutzen sie die Energie des Wassers, der Luft oder dem Erdreich. Dabei entziehen sie der Umwelt die Wärme, und bringen diese mithilfe eines Kreislaufs auf ein höheres Temperaturniveau. Ein Beispiel: Wenn draußen die Temperaturen fallen, sinken auch bald die Temperaturen in der eigenen Wohnung. Die Wärmepumpe macht es möglich, dieses Temperaturgefälle zu umgehen. Das Prinzip gleicht dem eines Kühlschranks, nur umgekehrt. Während der Kühlschrank seinem Inneren Wärme entzieht und nach Außen abgibt, entzieht die Wärmepumpe dem Außenbereich Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Haus ab. Funktionieren kann dieses Prinzip dank des Joule-Thomson-Effekts. Dieser Effekt bezeichnet die Temperaturänderung eines Gases bei einer isenthalpen Druckminderung. 

Der Vorgang der Wärmegewinnung 

Eine Wärmepumpen-Heizanlage besteht aus mehreren Teilen: 

1. einer Wärmequellenanlage, die der Umgebung die benötigte Energie entzieht,
2. einer Wärmepumpe, die die gewonnene Energie nutzbar macht
3. und einer Wärmeverteilsystem

Gearbeitet wird dabei mit einem Kreislaufprozess, der - kurzgesagt - das geeignete Fluid verdichtet und verflüssigt, sowie anschließend wieder entspannt und verdampfen lässt. Ausführlich erklärt verläuft die Prozedur bei einer Kompressionswärmepumpe in folgenden Schritten ab: 

Die Energie gewinnen 

In der Wärmequellenanlage fließt eine Flüssigkeit, welche mit Frostschutzmitteln versetzt ist. Die Wärme aus der Umwelt wird von dieser Flüssigkeit aufgenommen und in die Wärmepumpe transportiert. Bei Luft-Wärmepumpen wird die Luft von Außen durch Ventilatoren aufgesogen, die diese an die Wärmepumpe weiterleiten. 

Die Wärme nutzbar machen 

In der Wärmepumpe zirkuliert in einem weiteren Kreislauf Kältemittel. In einem Verdampfer wird die Energie aus der Umwelt von dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel übertragen. Anschließend wird das Gemisch an einen Kompressor weitergeleitet. Durch die Kompression erhöht sich die Temperatur des gasförmigen Kältemittels. Im nächsten Schritt wird das erhitzte Kältemittel in einem Wärmetauscher kondensiert und die Wärme wieder abgegeben. Zum Ende hin leitet der Kreislauf das Kältemittel zu einer Drossel weiter, durch die der Druck des Kältemittels wieder verringert wird. Das nun wieder flüssige und entspannte Gemisch wird nun an den Verdampfer zurückgeführt. 

Die Beheizung des Hauses 

Durch das Wärmeverteilsystem zirkuliert Wasser, welches die von dem Kältemittel abgegebene Wärme aufnimmt. Das erwärmte Wasser wird nun zu einem Verteilsystem, einem Warmwasserspeicher, bzw. einem Heizungspuffer geführt. So kann der Raum beheizt werden. 

Eine Absorptionswärmepumpe arbeitet ähnlich, allerdings wird das verdampfte Kältemittel in einer geeigneten Lösung absorbiert, wodurch das vergleichsweise energieaufwendige Komprimieren des gasförmigen Kältemittels entfällt. Das Austreiben des Kältemittels aus der Lösung erfolgt durch ein Erhitzen, beispielsweise durch eine direkte Befeuerung. Besonders im gewerblichen und industriellen Bereich ist aber auch die Beheizung mit Heißwasser oder Dampf möglich, sodass auch die Abwärme nutzbar ist. 

Warum ist der Einsatz von Wärmepumpen ökonomisch und wirtschaftlich von Vorteil? 

 

Förderung von Wärmepumpen von der BAFA

Da die Wärmepumpe durch ihre Technik zu den erneuerbaren Energien zählt und in ihrer Arbeitsweise so effizient ist, werden Wärmepumpen vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) unter Einhaltung der technischen Mindestanforderungen gefördert. Eine effiziente Wärmepumpenanlage kann mit bis zu 35 Prozent der förderfähigen Kosten von der BAFA gefördert werden. Das BAFA unterstützt nicht nur den Einsatz von Wärmepumpen für die Raumheizung allgemein, sondern auch die Wasseraufbereitung in Wohngebäuden, sowie die Bereitstellung von Prozesswärme und Fernwärme. Weitere Informationen zu den Anforderungen zur Förderung von Wärmepumpenanlagen und weiteren erneuerbaren Energien findest du auf der Webseite des BAFA.

Weniger Energieaufwand und Stromtarife für Wärmepumpen 

Selbst wenn die Umgebungstemperatur kalt ist, besitzen die von der Wärmepumpe genutzten Ressourcen Wärmeenergie. Aber solange ein Stoff dieselbe Temperatur besitzt wie die Umgebung, ist diese Energie technisch nicht nutzbar. In der Thermodynamik spricht man hier von Anergie. Erst ein Temperaturunterschied zur Umgebung ermöglicht die Verwertung der Energie in technischen Prozessen. Die Wärmepumpe erzeugt eine solche Temperaturdifferenz. Für diesen Vorgang benötigt die Wärmepumpe zusätzlichen Strom. Der Energieaufwand, der für diesen Ablauf benötigt wird, ist erheblich geringer als bei herkömmlicher, direkter Beheizung. Der Stromverbrauch ist nicht nur geringer, sondern auch kostengünstiger. Besonders, wenn bestimmte Stromtarife für Wärmepumpen genutzt werden. 

Diese Stromtarife sind im Schnitt 22 Prozent günstiger als Tarife für den herkömmlichen Hausstrom. Um einen günstigeren Stromtarif für Wärmepumpen zu bekommen, sollte darauf geachtet werden, dass die eigene Wärmepumpe steuerbar ist und ein separater Zähler den Wärmestrom misst. Andernfalls könnte es passieren, dass günstige Tarife für die eigene Wärmepumpe nicht gelten. Die besten Wärmestrom-Tarife für Wärmepumpen lassen sich auf den gängigen Vergleichsportalen wie Check24, Mut-zum-Wechseln oder Verivox vergleichen. 

Weitere Vorteile von Wärmepumpen: Heizen im Winter, kühlen im Sommer 

Es zeichnet sich bereits ab, dass die Wärmepumpe viele wirtschaftliche Vorteile für Verbraucher*innen bieten. Die Wärmepumpe hat allerdings noch einen entscheidenden Pluspunkt: Neben der Heizfunktion besitzt sie das Potential, in Verbindung mit einer Flächenheizung Gebäude im Sommer zu kühlen. Eine Funktion, die in den nächsten Jahren des Klimawandels auch in Deutschland weiter an Relevanz gewinnen wird. Für die Kühlung der Wohnung wird die Prozess-Umkehrfunktion der Wärmepumpe genutzt. Statt das Gebäude mit der Umweltwärme zu heizen, nimmt sie die Wärme aus der Wohnung und leitet diese nach außen ab. Die Kühlung kann allerdings nur mit einer Luftwärmepumpe funkionieren. Insgesamt kann die Raumtemperatur so um bis zu drei Grad Celsius gesenkt werden. 

Neben den ganzen technischen und wirtschaftlichen Folgen machen Wärmepumpen vor allem aus, dass sie umweltfreundlicher und ökologischer als andere Arten der Wärmegewinnung sind. Werden sie zudem mit Ökostrom angetrieben, arbeiten Wärmepumpen allseitig klimafreundlich

Wie die Effizienz von Wärmepumpen gesichert und verbessert werden kann 

Damit eine Wärmepumpe effizient läuft, müssen geeignete Parameter beim Einbau der Anlage beachtet werden. Bei der Bewertung der Effizienz spielen folgende Einflussgrößen eine Rolle: Die Temperaturdifferenz zwischen der warmen und kalten Seite, der Ursprung der für den Prozessablauf nötigen Energie und die Anergiequelle. 

Die Nutzung der erwähnten Abwärme im Allgemeinen ist bereits eine wirtschaftliche und nachhaltige Lösung. Die Effizienz der Wärmepumpen kann jedoch weiter gesteigert werden, indem die Heiztemperatur gesenkt werden kann, etwa mit einer Fußbodenheizung, deren Vorlauftemperatur typischerweise unter 30°C liegt. Weiter lässt sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe verbessern, wenn eine Anergiequelle mit höherer Temperatur zur Verfügung steht. Das kann beispielsweise das Erdreich oder ein solarthermischer Kollektor sein, wie beispielsweise bei Solarzellen. 

Eine wichtige Kennzahl bei der Effizienz einer Wärmepumpe ist zudem eine möglichst hohe Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe. Zum Beispiel bedeutet eine Jahresarbeitszahl von 4, dass aus 25 Prozent Strom 75 Prozent Umweltwärme gewonnen wird. Je höher also die Jahresarbeitszahl, desto geringer ist die benötigte Vorlauftemperatur und umso wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. Eine optimal laufende Wärmepumpe sollte daher eine Jahresarbeitszahl von 3 bis 5 erreichen und die Vorlauftemperatur bestenfalls bei 50 Grad liegen. 

Eignet sich mein Haus für eine Wärmepumpe? 

Damit sich der Einbau von Wärmepumpen lohnt, sollte das Haus einen guten Wärmeschutz durch eine gute Dämmung und moderne Fenster aufweisen. Zudem sollte das Gebäude möglichst mit Flächenheizung oder anderen vergleichbar großen Heizkörpern ausgestattet sein. Besonders optimal ist zudem die Unterstützung durch Solarthermie. Diese Gegebenheiten treffen meist auf Neubauten zu. Ist ein Haus nicht mit genügend großen Heizkörpern ausgestattet und gut isoliert, müssen diese Gegebenheiten erst durch Sanierungsmaßnahmen errichtet werden. Solch eine Sanierung kann allerdings sehr aufwändig und kostspielig werden. Unmöglich ist es allerdings nicht. Weitere Informationen zu dem Einbau von Wärmepumpen und zu Sanierungsmöglichkeiten findest du auf der Seite der Verbraucherzentrale.

Das Fazit: Wärmepumpen sind kostengünstig, klimafreundlich, effizient und wichtig für die Zukunft der Energiewende  

Nicht nur Regierung und Industrie, auch einzelne Verbraucher*innen sollten sich darum bemühen, nachhaltige und umweltfreundliche Alternativen der Energiegewinnung zu finden und in diese zu investieren. Wenn Gas und Öl knapp werden, sind Wärmepumpen geeignete Anlagen, um Kosten zu sparen und gleichzeitig die Umwelt zu schonen. Allerdings lohnt sich der Einbau von Wärmepumpenanlagen verstärkt für neue Gebäude. Die Sanierung von älteren Häusern für den Einsatz von Wärmepumpen kann sehr kostspielig und aufwändig werden, ist aber nicht unmöglich. Wer sich für eine Wärmepumpenanlage entscheidet, leistet einen wichtigen Beitrag für unser Klima und den Erhalt unserer Umwelt. 

Glossar: 

Anergie: Die Anergie ist der Teil der Energie, die keine Arbeit verrichtet bzw. nicht mehr in Energie umgewandelt wird. Bei einem fahrenden Auto wäre Anergie beispielsweise Abgase, die aus dem Auspuff kommen, oder der Abrieb der Reifen. 

isenthalp: Isenthalp ist ein Begriff der Thermodysaik. Er beschreibt eine Zustandsänderung, bei dem die Entalphie (Wärmeinhalt) konstant bleibt. Enthalpie ist das Maß für die Energie eines thermodynamischen Systems. 

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