Die Bundesregierung hat in letzter Zeit für einige Aufregung und Verwirrung gesorgt. Insbesondere das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) unter Dr. Robert Habeck möchte die sogenannte Wärmewende jetzt endlich angehen. Die Idee ist, das Heizen mit fossilen Energieträgern herunterzufahren und vermehrt nachhaltige Lösungen zu nutzen. Der erste Entwurf für die Überarbeitung des Gesetzes wurde von vielen aber als zu radikal und daher als beängstigend empfunden. Teilweise entstand der Eindruck, dass alle Hausbesitzende sofort ihre Heizung herausreißen und dafür eine Wärmepumpe einbauen lassen müssten. Das stimmt natürlich nicht.
Dennoch soll das Thema nachhaltiges Heizen in den kommenden Jahren verstärkt umgesetzt werden. Mit der letzten Überarbeitung des Entwurfs für die Neuerungen im Gebäude-Energie-Gesetz (GEG) soll eine politische Einigung erzielt werden. Jetzt finden andere Stimmen wiederum, dass die Maßnahmen nicht mehr weit genug gehen. Was wer bis wann zu tun hat, ist außerdem für viele jetzt noch unklarer.

IMTEST klärt die 10 wichtigsten Fragen zum Thema Wärmepumpe und hat fünf Expertinnen und Experten zurate gezogen.

10 Tipps für einen nachhaltigen Alltag – Teil 3: Energie

Nachhaltigkeit ist in aller Munde, doch wie kann das Prinzip im Alltag umgesetzt werden? Die neue Serie von IMTEST gibt wöchentlich 10 Tipps.

von Rachel Calé

1. Wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich?

Das Prinzip einer Wärmepumpe ist an sich recht einfach und dennoch genial, da zum größten Teil Wärme aus der Umwelt zum Heizen verwendet wird. Der Einsatz von Strom ist nur zu einem geringen Teil notwendig, was die Wärmepumpe zu einem sehr effizienten, sparsamen und umweltfreundlichen Heizungssystem macht. Der Heizprozess kann dabei in 3 Schritte aufgeteilt werden:

Wärmegewinnung:

Im ersten Schritt wird Wärme aus der Umwelt gewonnen. Dafür lässt sich Wärme aus dem Erdreich, aus Grund- oder Oberflächenwasser-Reservoiren sowie aus der normalen Außenluft verwenden. Bei ersteren beiden Funktionsweisen werden Rohre mit Wasser oder Sole – also einem Wasser-Frostschutzmittel-Gemisch – unter oder neben dem Haus verlegt. Bei letzterer Funktionsweise wird Luft aus der Umgebung in die Wärmepumpe gesaugt. Die genaue Erklärung der drei Systeme findet sich unter Frage 2.

Wärmeübertragung:

Im zweiten Schritt muss die Wärme zum Heizen nutzbar gemacht werden. Das passiert in der eigentlichen Wärmepumpe, die an sich nur ein mit Kältemittel gefülltes System mit vier wesentlichen Bestandteilen darstellt. Zunächst gibt es den Verdampfer, wo die aus der Umgebung gewonnene Wärme ans flüssige Kältemittel übertragen wird. Da dieses einen sehr niedrigen Siedepunkt besitzt, verdampft es bereits bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Erd- und Grundwasser-Wärmepumpen arbeiten zum Beispiel mit Temperaturen um 10 °C. Luftwärmepumpen können sogar bis zu einer Temperatur von -20 °C „Wärme“ aus der Außenluft gewinnen, da auch hier das Kältemittel noch verdampft.
Dieser Dampf wird in der Wärmepumpe anschließend in den sogenannten Verdichter geleitet, in dem er komprimiert wird. Dadurch steigt nicht nur der Druck, sondern auch die Temperatur im Dampf an. Der nun heiße Dampf kann daraufhin seine Wärme in einem Kondensator wieder abgeben – in der Regel sind das die mit Wasser gefüllten Heizungsrohre – und verflüssigt sich dadurch wieder. Im letzten Abschnitt wird das Kältemittel in einem Drosselorgan wieder entspannt, damit der Prozess von vorn beginnen kann. Zur besseren Vorstellung findet sich eine schematische Darstellung des Prozesses auf der Nebenseite.

Wärmeverteilung:

Im dritten Schritt erfolgt schließlich die Verteilung der Wärme im Haus. Die Wasserrohre führen die im Kondensator aufgenommene Wärme aus der Wärmepumpe hinaus und verteilen sie im Haus. Ebenso wie bei anderen Heizungssystemen auch führen die Wasserrohre also zu Heizkörpern oder Flächenheizungen wie etwa Fußbodenheizungen. Letztere werden vielfach für den Betrieb einer Wärmepumpen empfohlen, da diese im Vergleich zu herkömmlichen, fossilen Heizungen mit niedrigeren Vorlauf-Temperaturen von maximal 50–70 °C arbeiten. Für ein herkömmliches Heizungssystem mit Rohrheizkörpern kann das, je nach Größe der Heizkörper, zu wenig sein.

Wer das vor dem Einbau einer Wärmepumpe im eigenen Haushalt einmal ausprobieren möchte, kann die Temperatur der Heizung auf circa 55 °C herunterdrehen. Wird es im Winter dennoch warm genug im Haus, sollte der Einbau einer Wärmepumpe kein Problem für die Heizleistung sein. Bleibt es aber (zu) kalt, sollte eine individuelle Beratung in Anspruch genommen werden, um zu klären, welche Sanierungsmaßnahmen vor dem Einbau einer Wärmepumpe nötig sind. Hier lohnt es sich eventuell, auch andere nachhaltige Heizmethoden in Betracht zu ziehen (siehe Frage 9).

Der Clou einer Wärmepumpe ist allerdings, dass nur Kondensator und Umwälzpumpe Strom benötigen. So lässt sich mit vergleichsweise wenig Energie-Einsatz viel Heizleistung erreichen. Mit einem Teil Strom kann eine Wärmepumpe je nach Effizienz 2,5 bis 6 Teile Wärmeenergie erzeugen. So können auch schon beim derzeitigen Strommix Emissionen gegenüber der Nutzung von fossilen Brennstoffen eingespart werden.

2. Welche Systeme gibt es?

Es gibt im Wesentlichen drei verschiedene Systeme. Sie sind nach Art der Wärmequelle als Luft-Wasser-, Wasser-Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpe benannt. Funktionsweisen und Installation sehen wie folgt aus:

Luft-Wasser-Wärmepumpe:

Das kürzer auch als Luft-Wärmepumpe bezeichnete System nutzt die Wärme der Außenluft zum Heizen. Wie unter Frage 1 beschrieben, werden dafür ein Kältemittel und Strom für den Kompressor des Kühlmittelkreislaufs benötigt. Die Wärmeenergie wird dann an das Wasser der Heizung weitergegeben. Der Name setzt sich also sowohl aus der Wärmequelle „Luft“ als auch aus dem Wärme-aufnehmenden Medium „Wasser“ zusammen.

Die Luft-Wärmepumpe nutzt zur Wärmegewinnung die Außenluft. Daher ist dieses System am einfachsten zu installieren und bei den Anschaffungskosten am günstigsten. Ein Gerät kostet – je nach Leistung – bis circa 25.000 Euro. Bei der Installation muss wegen etwaigen Lärms aber auf den Abstand zu Nachbarn geachtet werden. 

Wasser-Wasser-Wärmepumpe:

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe bezieht die Wärme aus einem Grund- oder Oberflächenwasser-Reservoir. Die Wärmeübertragung und die Wärmeverteilung funktionieren dann prinzipiell wieder genauso.

Für das auch Grundwasser-Wärmepumpe genannte System ist eine Erdbohrung notwendig. Das treibt sowohl den Installations-Aufwand als auch die Kosten in die Höhe. Zusätzlich zum Gerätepreis sind daher ungefähr 5.000 bis 10.000 Euro für die Erderschließung einzuplanen. Außerdem ist eine Genehmigung notwendig.

Sole-Wasser-Wärmepumpe:

Die Sole-Wasser-Wärmepumpe bezieht die Wärme aus dem Erdreich. Der Begriff „Sole“ steht dabei für das Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel, das die Erdwärme aufnimmt.

Die Erdwärme-Pumpe benötigt entweder eine Erdbohrung für eine Sonde oder eine große Fläche für einen Erdkollektor. Zum Gerätepreis kommen also auch hier weitere Kosten hinzu. Für eine Erdbohrung sind in der Regel 50 bis 100 Euro pro Meter fällig. Für einen Erdkollektor etwa 25 Euro pro Quadratmeter.

Luft-Luft-Wärmepumpe:

Diese Art der Wärmepumpe funktioniert nicht nur anders als die anderen drei Systeme, sie wird auch seltener eingesetzt. Wie der Name bereits sagt, wird hier Wärme von Luft zu Luft übertragen. Anders als bei den anderen Wärmepumpen-Systemen ist das herkömmliche Heizungssystem aus Wasserrohren und Heizkörpern bei der Luft-Luft-Wärmepumpe also überflüssig. Stattdessen wird die Wärmepumpe in ein Lüftungssystem integriert. Abgestandene, aber warme Luft wird aus dem Gebäude hinausgeleitet, während frische, aber kalte Außenluft hineingeht. In einem sogenannten Wärmetauscher wird dabei die Frischluft mit der Wärme der Abluft aufgeheizt. Reicht das nicht, wird zusätzlich unter Einsatz von Strom nachgeheizt.

Bei einem Neubau kann dieses System Kosten einsparen, da zum Beispiel auf den Einbau von Heizkörpern oder einer Fußbodenheizung verzichtet werden kann. In der Regel eignet sich diese Form der Wärmepumpe als alleinige Heizung aber nur für versiegelte Passivhäuser. Bei Bestandgebäuden müsste meist sehr teuer nachgerüstet werden, sodass der finanzielle Nutzen ausbleibt.

Voraussetzungen

Für die verschiedenen Wärmepumpen gibt es unterschiedliche Voraussetzungen:

• fürs Wasser-Sole-Prinzip: Für die Grundwasser-Wärmepumpe sind zwei Brunnen nötig, die ein Grundwasser- oder Oberflächenwasser-Reservoir anzapfen. Der sogenannte Förderbrunnen wird zur Gewinnung der Wärme und der sogenannte Schluckbrunnen zur Rückführung des Wassers genutzt. Bei der Erd-Wärmepumpe gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten. Entweder wird ein Loch in die Erde gebohrt – abhängig vom Boden und der geografischen Lage meist zwischen 50 und 300 Meter tief – und eine Sonde für die Aufnahme der Erdwärme genutzt. Ist das nicht möglich oder nicht erlaubt, kann auch ein Rohrsystem in nur circa 1,5 Metern Tiefe verlegt werden. Das muss dann aber eine entsprechende Ausdehnung haben, um genug Heizleistung erzeugen zu können. Eine Faustregel ist hierbei ein Verhältnis von mindestens 2:1 oder sogar 3:1 zwischen Erdkollektor- und zu beheizender Wohnfläche.
• fürs Luft-Wasser-Prinzip: Entsprechend dem Aufwand sind in Deutschland derzeit Luft-Wasser-Wärmepumpen am beliebtesten, erklärt Jessica Appelmann, Referentin für Energie und Klimaschutz bei der Deutschen Umwelthilfe e.V. (DUH). „Bei der Planung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe gilt es hauptsächlich, einen geeigneten Aufstellungsort zu finden. Demnach sind Grundwasser- oder Erd-Wärmepumpen mögliche Lösungen, wenn dafür nicht genug Platz vorhanden ist. Allerdings ist hier der Planungsaufwand deutlich höher, da zum Beispiel die Beschaffenheit des Grundwassers beziehungsweise des Bodens geprüft werden muss und verschiedene Anzeige- und Genehmigungspflichten gelten.“ Der höhere Aufwand kann sich aber lohnen, führt die Expertin fort, denn: „Während die Anschaffungskosten von Grundwasser- und Erd-Wärmepumpen höher sind als die von Luft-Wasser-Wärmepumpen, sind die monatlichen Energiekostenabrechnungen bei ersteren niedriger.“ Trotzdem sei die Wärmepumpe, egal in welcher Ausführung, derzeit die klimafreundlichste Art zu heizen.

“Elektrische Wärmepumpen sind derzeit die klimafreundlichste Heizform.”

Jessica AppelmannReferentin Energie und Klimaschutz bei der Deutschen Umwelthilfe e.V.

Hybride Lösungen

Alternativ zu den drei Wärmepumpen-Systemen gibt es hybride Heizungslösungen. Eine Wärmepumpe lässt sich mit einer bestehenden, fossilen Heizung kombinieren. Die sogenannten Trink- oder Brauchwasser-Wärmepumpen werden ausschließlich für die Warmwasserbereitung und nicht fürs Heizen verwendet. Andere hybride Systeme bieten auch den Wechsel von Wärmepumpe und Brennwertheizung an. Dann sorgt die meiste Zeit des Jahres die Wärmepumpe für Wärme und warmes Wasser, an sehr kalten Tagen wird aber die fossile Heizung zugeschaltet. Das kann als Übergang bei älteren Häusern klappen, bei denen für die alleinige Nutzung einer Wärmepumpe aufwendige Sanierungsarbeiten nötig wären.

Lesen Sie auf der nächsten Seite, wann der Tausch zur Wärmepumpe sinnvoll ist, wie viel er kostet und welches System besonders zu empfehlen ist.