Heiztechnik im Fokus: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Klimaschutz wird für uns alle immer wichtiger. Dabei spielt die Heiztechnik eine ganz entscheidende Rolle. Die Wärmepumpe gehört mittlerweile zu den beliebtesten Heizsystemen und das nicht ohne Grund. In unserer Interviewserie „Heiztechnik im Fokus“ macht unser Experte Günther Kasper, Fachgebietsleiter Produktmanagement Wärmepumpensysteme, Schluss mit vagem Halbwissen und beleuchtet das Spektrum der Wärmepumpe unter zahlreichen Aspekten. Lektion eins: Wie funktioniert eigentlich eine Wärmepumpe?

Serie „Heiztechnik im Fokus“ Teil 1

Herr Kasper, fangen wir ganz einfach an: Was ist denn das Grundprinzip einer Wärmepumpe?

Günther Kasper: Das Prinzip ist denkbar einfach und lautet „aus Umweltwärme wird Heizwärme“. Eine Wärmepumpe nutzt nämlich die saubere und kostenlose Umweltwärme, die sich direkt vor unserer Haustür befindet: Sowohl im Erdreich, in der Luft oder im Wasser ist Wärme gespeichert und eine Wärmepumpe macht diese fürs Heizen in den eigenen vier Wänden und für die Warmwassererzeugung verfügbar. Für die Umwandlung der Umweltwärme in Heizenergie benötigt die Wärmepumpe elektrischen Strom, der aber nur einen kleinen Teil des Gesamtenergieeinsatzes ausmacht. Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt entscheidend  vom Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und der Vorlauftemperatur des Heizungssystems ab. Je geringer dieser Unterschied ist, desto weniger muss die Wärmepumpe arbeiten. Man kann ungefähr folgende sehr vereinfachte Rechnung aufstellen: Mit 25 Prozent elektrischer „Hilfsenergie“ und 75 Prozent Umweltenergie erzeugt eine gute Wärmepumpe 100 Prozent Heizenergie.

Und jetzt geht’s ins Detail: Warum wird eine Wärmepumpe häufig mit einem Kühlschrank verglichen?

Günther Kasper: Der Kühlschrank ist ein häufiges Beispiel, um die Funktionsweise einer Wärmepumpe zu veranschaulichen – sie funktioniert nämlich genau umgekehrt. Während ein Kühlschrank seinem Inhalt Wärme entzieht und an der Geräterückseite nach außen abgibt, nimmt die Wärmepumpe in einem ersten Schritt die Energie aus der vorhandenen Wärmequelle auf. Dann erfolgt im zweiten Schritt die Verdampfung: Die Umweltwärme trifft im sogenannten Verdampfer – ebenfalls wie beim Kühlschrank – auf ein umweltfreundliches Kältemittel das die Wärme aufnimmt und den Verdampfer im gasförmigen Zustand verlässt. Das gasförmige Kältemittel wird nun im Verdichter komprimiert, wodurch sich die  Temperatur erhöht. Im dritten Schritt gibt der heiße Dampf jetzt seine Wärme über den Verflüssiger an das Heizsystem oder zur Warmwasseraufbereitung ab.

Was viele nicht wissen: Eine Wärmepumpe kann im Umkehrbetrieb tatsächlich wie ein Kühlschrank funktionieren und zwar, um die Räume im Sommer zu kühlen. In dem Fall führt sie keine Wärme zu, sondern entzieht den Räumen im Hausinneren ihre Wärme.

Offenbar gibt es unterschiedliche Betriebsweisen einer Wärmepumpe. Was ist damit gemeint?

Günther Kasper: Abhängig von der Größe der Anlage und den örtlichen Rahmenbedingungen unterscheidet man hauptsächlich den monovalenten, monoenergetischen und den bivalenten Betrieb einer Wärmepumpe. Von „monovalenten“ spricht man dann, wenn die Wärmepumpe als einzige Wärmequelle agiert. Dies ist am leichtesten in Niedrigenergiehäusern bzw. in Neubauten zu realisieren, die über eine sehr gute Wärmedämmung und idealerweise eine Fußboden- oder Wandheizung verfügen. Wird die Wärmepumpe von einem weiteren Wärmeerzeuger unterstützt, spricht man vom bivalenten Betrieb – sinnvoll beispielsweise in Altbauten. Hier deckt die Wärmepumpe die Grundlast und der zweite vorhandene Wärmeerzeuger die Spitzenlast des Gebäudebedarfes. Eine Kombination mit thermischen Solar -oder Photovoltaikanlagen zur Erzeugung von Heizungswärme ist besonders empfehlenswert, um die Wärmepumpenanlage in den Sommermonaten für die Brauchwassererwärmung zu unterstützen. Dann gibt es noch die „monoenergetische“ Variante: Wenn die elektrische Wärmepumpe an sehr kalten Tagen die Heizlast nicht mehr komplett decken kann, wird sie bei dieser Betriebsart durch eine ebenfalls elektrische Zusatzheizung – meist ein Heizstab – unterstützt.

Was spricht jetzt also für Wärmepumpen im Allgemeinen?

Günther Kasper: Die Wärmeversorgung mit einer Wärmepumpe schont den Geldbeutel, ist umweltfreundlich und daher so zukunftssicher wie kein anderes Heizsystem. Die wirtschaftlichen Vorteile liegen auf der Hand: Der Großteil der eingesetzten Energie ist aus kostenlosen, regenerativen Quellen und aufgrund der hohen Effizienz sind die Betriebskosten minimal. Hinzu kommt, dass der Kauf einer Wärmepumpe durch Förderprogramme staatlich unterstützt wird und eine Immobilie mit einem so effizienten Heizsystem an Wert gewinnt. Für die Umwelt sind Wärmepumpen eine saubere Sache, denn bei deren Betrieb werden vor Ort keine Emissionen verursacht. CO2-Ausstoss entsteht nur bei der Gewinnung der Antriebsenergie, aber da auch Strom immer regenerativer „grüner“ wird, wird es auch die Wärmepumpe. Ebenfalls nicht ganz unwichtig: Wärmepumpen sind platzsparend, wartungsarm und bringen im Gegensatz zu beispielsweise Öl keine Geruchsbelästigung mit sich.

Und was macht Kermi Wärmepumpen so besonders?

Günther Kasper: Beispielsweise haben die x-change dynamic Wärmepumpen den Vorteil, dass sie über eine modulierende Betriebsweise verfügen. Heißt: Im Gegensatz zu vielen anderen Wärmepumpen laufen sie nur auf Hochtouren, wenn es absolut notwendig ist – und das betrifft meist nur wenige Tage im Jahr. Die meiste Zeit über reicht eine Teillast aus und hier bieten unsere Wärmepumpen durch die Modulation stets eine exakte Anpassung an den benötigten Heizwärmebedarf an. Darüber hinaus sind unsere Wärmepumpen besonders leise und verfügen über eine „Smart Grid“ Schnittstelle mit der Möglichkeit, die Wärmepumpen jederzeit in ein intelligentes Stromnetz einzubinden. Hierzu auch interessant zu wissen – unabhängig der staatlichen Förderungen für die Anschaffung einer Wärmepumpe: Wenn die Anlage über eine solche Schnittstelle verfügt, kann eine BAFA-Zusatzförderung (Lastmanagementfähigkeit) in Höhe von 500 Euro beantragt werden.

Vielen Dank Herr Kasper!

Verraten Sie uns noch, über welche Aspekte der Wärmepumpe Sie uns noch berichten werden?

Günther Kasper: In den folgenden Beiträgen werde ich zum Beispiel erklären, welche unterschiedlichen Wärmepumpentypen es gibt und welche für wen infrage kommt. Und wer sich dafür interessiert, was die aktuelle Energieeinsparverordnung in der Praxis bedeutet und welche staatlichen Zuschüsse das Marktanreizprogramm bietet, bekommt ebenfalls Antworten.

Serie „Heiztechnik im Fokus“ Teil 2: Wärmepumpenvielfalt – so behält man den Durchblick

Serie „Heiztechnik im Fokus“ Teil 3: Welche Wärmepumpe passt zu mir?

Interviewpartner – Günther Kasper

Ich bin Fachgebietsleiter Produktmanagement Wärmepumpensysteme und  ich befasse mich gerne mit Themen rund um Raumklima in Deinem Eigenheim.