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  • Wie funktioniert eine Wärmepumpe ?
    Ganz einfach: Eine Wärmepumpe pumpt Wärme aus der Umwelt ins Haus, hebt sie auf ein höheres Temperaturniveau und macht sie so für die Heizung nutzbar.
    Im Prinzip funktioniert die Wärmepumpe dadurch wie ein Kühlschrank – nur umgekehrt.
    Während der Kühlschrank den Lebensmitteln und der Luft im Innern Wärme entzieht und diese (ungenutzt) an die Umgebung abgibt, entzieht die Wärmepumpe bei diesem Prinzip der Umgebung Wärme und leitet sie ins Hausinnere.
    Dafür benötigt sie nicht einmal hohe Temperaturen: Häufig reichen
    Funktionsweise
  • Für die Qualität der Wärmepumpe ist entscheidend, wie das Verhältnis zwischen der zugeführten und der gewonnenen Energie ist.
    Dafür gibt es zwei Kennzahlen:
    Die Leistungszahl (engl. COP) stellt das Verhältnis zwischen Aufwand und Nutzen dar. Entscheidend ist die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der zu bereitstellenden Temperatur für die Heizungsanlage (Vorlauftemperatur).
    Die Jahresarbeitszahl benennt das Verhältnis zwischen der erzeugten Heiz-Energie (kWh) und der eingesetzten elektrischen Energie (kWh) während einer Heizperiode.
    Sie gibt also an, wie viel Einheiten Wärme aus einer Einheit Strom im Jahresdurchschnitt gewonnen werden.
    Die Jahresarbeitszahl ist daher der beste Kennwert um die Qualität einer Wärmepumpe zu bewerten.
  • Bei der Jahresarbeitszahl werden Werte zwischen 3,5 und 4 als gut angesehen. Diese Werte werden am ehesten erreicht, wenn z.B.
    • der Heizwärmebedarf durch Dämmung des Gebäudes möglichst gering gehalten wird,
    • das Heizsystem eine niedrige Vorlauftemperatur (max. 40°C) benötigt. Dies ist z.B. bei Flächenheizungen (Fußboden- oder Wandheizung) der Fall,
    • eine Wärmequelle gewählt wird, die das ganze Jahr eine möglichst gleichmäßige und hohe Temperatur hat (z.B. Erdboden, Grundwasser).
  • Für die Luft/Wasser-Wärmepumpe gibt es verschiedene Möglichkeiten, sie aufzustellen: innen, außen oder gesplittet. So nimmt sie ihren Platz im Haus und/oder auf dem Grundstück ein.
    Außenaufstellung
    Die Luft-Wärmepumpe kann im Garten der Hausbesitzer aufgestellt werden, und zwar in bestimmten Mindestabständen zum eigenen Haus und zum Nachbarhaus. Die außen aufgenommene Wärme wird unterirdisch in das Innere des Hauses zum Speicher und Wärmeverteilsystem transportiert. Bei der Modernisierung eines bestehenden Gebäudes ist diese Variante der Luft-Wärmepumpe beliebt, da keine baulichen Änderungen notwendig sind und diese Variante zudem nur wenig Platz einnimmt.
    Innenaufstellung
    Innen aufgestellte Luftwärmepumpen bieten einen Vorteil für Häuser mit kleinem Grundstück. Dafür nimmt die Luft/Wasser-Wärmepumpe jedoch im Haus etwas mehr Platz ein und einen Durchbruch nach draußen ist notwendig, um den Luftein- und Auslass zu installieren. Diese baulichen Maßnahmen kann der Architekt bei einem Neubau direkt einplanen, weswegen diese Variante häufiger im Neubau zu finden ist.
    Splitgeräte
    Bei Splitwärmepumpen steht ein Teil der Wärmepumpe vor dem Haus, der andere im Heizraum. Die Anordnung der Bauteile kann dabei noch variieren. Ein Durchbruch, wie bei der innen aufgestellten Luftwärmepumpe, ist nicht notwendig. Die Splitwärmepumpe ist sowohl in Altbauten als auch in Neubauten einsetzbar und ist daher recht beliebt. Sie ist auch für höhere Vorlauftemperaturen geeignet, kann im Sommer auch kühlen und liegt in der Anschaffung recht günstig. Am effizientesten arbeiten Luft/Wasser-Wärmepumpen im Sommer bei warmen Außentemperaturen. Aber auch im Winter, wenn die Außentemperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, kann sie zur Raumheizung oder Warmwasserbereitung genutzt werden. Die Anlage kann solange Wärme liefern, wie die Außentemperatur höher liegt als der Siedepunkt des verwendeten Kältemittels. Erdwärmepumpen arbeiten im Vergleich zu Luftwärmepumpen im Winter allerdings effizienter und benötigen bei kalten Temperaturen etwas weniger Antriebsenergie als die Luftwärmepumpe. Die Investitionskosten von erdgekoppelten Wärmepumpen liegen aufgrund der aufwendigeren Wärmequellenerschließung (Bohrung) jedoch entsprechend höher, es gibt aber dafür auch höhere Fördergelder vom Staat (BAFA, KfW).
  • Die Temperatur des Grundwassers liegt auch im kältesten Winter bei rund 10°C. Eine Grundwasser-Wärmepumpe arbeitet daher äußert effizient. Voraussetzung ist, dass Grundwasser in ausreichender Menge, Temperatur und Qualität und in nicht zu großer Tiefe vorhanden ist. Dann kann man diese Wärmequelle mit einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe erschließen.
    Das Grundwasser wird über einen Förderbrunnen an die Oberfläche gepumpt, wo die Wärmepumpe ihm thermische Energie entzieht. Anschließend wird das Wasser über einen Schluckbrunnen wieder in das unterirdische Grundwasserreservoir zurückgeleitet. Im Sommer kann ein Gebäude mit dem System um einige Grad abgekühlt werden. Im passiven Betrieb bleibt die Wärmepumpe ausgeschaltet und lediglich durch den Betrieb einer Umwälzpumpe wird dem Haus die Wärme entzogen und über den Schluckbrunnen ins Grundwasser abgeleitet.
    Für die Nutzung des Grundwassers als Wärmequelle muss eine Genehmigung von der örtlichen Unteren Wasserbehörde eingeholt werden. In Wasserschutzzonen gibt es spezielle Vorgaben für die Nutzung von Grundwasser als Wärmequelle. Jedes Bundesland informiert in einem Leitfaden zu den regionalen Gegebenheiten.
    Aufgrund des verhältnismäßig hohen Planungs- und Erkundungsaufwandes – für den Bau sind Kenntnisse der hydrogeologischen und hydrochemischen Verhältnisse vor Ort entscheidend – und des relativ großen Anteils von Hilfsenergie für die Wasserpumpen, lohnt sich der Einsatz einer Grundwasser-Heizung vor allem für größere Objekte mit einem hohen Heiz- und Kühlbedarf. Über die Jahre unterliegen die Anlagen einer gewissen Alterung, insofern sind sie nicht wartungsfrei und müssen in regelmäßigen Abständen überwacht werden.
  • In Erdwärmesonden zirkuliert eine frostschutzhaltige Flüssigkeit, die Sole, in einem geschlossenen Kreislauf, nimmt dabei die Wärme des Untergrunds auf und transportiert sie zur Wärmepumpe. Dort, wo Wärme entzogen wird, fließt Energie über das Grundwasser nach (Prozesse der Konvektion und Konduktion) und das Erdreich regeneriert sich.
    Die Erdwärmesonde befindet sich in einem senkrecht oder schräg verlaufenden Bohrloch und wird mit einem Spezialbaustoff an das umgebende Gebirge thermisch angebunden. Eine Erdwärmesonde benötigt nur eine geringe Fläche – der Bohrlochdurchmesser ist etwa so groß eine CD.
    Die Erdwärmesonde ist insbesondere im Winter bei tiefen Temperaturen sehr effektiv und gut für den monovalenten Betrieb (ohne Heizstab) geeignet. Das liegt daran, dass ab einer Tiefe von 10 Metern die Temperatur das ganze Jahr über nahezu konstant bei rund 10°C und die Wärmequelle damit von saisonalen Schwankungen unabhängig ist. Die notwendige Länge der Sonde und Tiefe der Bohrung richtet sich nach dem Wärmebedarf des Gebäudes und der Wärmeleitfähigkeit des Untergrundes. Eine Tiefe von rund 100 Metern kann man für ein neues Einfamilienhaus grob veranschlagen.
    Im Sommer kann ein Gebäude mit dem System um einige Grad abgekühlt werden. Das geschieht im passiven Betrieb. Dabei läuft lediglich die Umwälzpumpe, nicht jedoch die Wärmepumpe. Die bei der passiven Kühlung dem Gebäude entnommene Energie wird so im Untergrund gespeichert und erwärmt dort das Erdreich, so dass die Wärmepumpe im nächsten Winter im Heizbetrieb noch effizienter arbeitet.
    Erdwärmesonden können fast überall eingesetzt werden, außer in den Kernzonen von Wasserschutzgebieten oder bei Bohrtiefenbegrenzungen. Um eine Bohrung vornehmen zu dürfen, ist eine Genehmigung der jeweiligen Unteren Wasserbehörde erforderlich. Jedes Bundesland informiert über die Möglichkeiten von Erdwärmebohrungen in einem Leitfaden. Dort können die Bedingungen für die eigene Region oder das eigene Grundstück nachgelesen werden.
  • Erdwärmekollektoren sind ein waagerechtes, etwa 1,5 Meter tiefes Rohrsystem, das unter der Erde ähnlich einer Fußbodenheizung verlegt ist. Dieses befindet sich unter einer Rasen- oder Erdbodenfläche und darf oberhalb nicht bebaut oder asphaltiert werden, damit Sonneneinstrahlung und durchsinkerndes Regenwasser den Boden vom Wärmeentzug regenerieren können. Auch Wurzeln sollten abgehalten werden, ob eine Beschädigung der Rohre zu verhindern. Die Kollektorfläche ist abhängig von der Größe der zu beheizenden Fläche und der Regenwasserdurchlässigkeit des Bodens. Sie liegt in etwa beim Eineinhalbfachen der Heizfläche.
    Erdwärmekollektoren sind im Gegensatz zu Erdwärmesonden nicht genehmigungs, sondern lediglich anzeigepflichtig. Durch den geringeren Aufwand bei der Erschließung spart man bei Erdwärmekollektoren gegenüber einer Sonde in der Regel Kosten. Sie stellen damit eine gute Alternative dar, wenn Sonden nicht oder nur unter hohen Auflagen möglich sind.

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