Das Heizen und die Funktionsweise einer Wärmepumpe sind anders als mit einer Gas- oder Öl-Heizung. Die Wärme wird mit der Wärmepumpe dem Erdreich, dem Grundwasser oder der Luft entzogen.
Über einen Wärmetauscher wird diese Wärme gesteigert und dann an den Heizkreislauf weitergegeben. Eine Wärmepumpe funktioniert also im Prinzip wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt.
Es wird ein Kältemittel eingesetzt. Dieses ermöglicht, die relativ niedrigen Temperaturen auf ein höheres Temperaturniveau anzuheben. Das Kältemittel nimmt die zugeführte Wärme aus der Luft, Erdreich oder Wasser auf. Schon bei relativ geringen Temperaturen, etwa 10 °C, fängt es an zu sieden und zu verdampfen. Der Dampf wird durch einen Kompressor verdichtet. Die Temperatur steigt dadurch an. Über einen Wärmetauscher wird die Temperatur an das Heizsystem abgegeben.
Wann und wofür ist eine Wärmepumpe sinnvoll und welche Arten gibt es?
Viele Heimwerker haben ein ambivalentes Verhältnis zu Wärmepumpen. Bei
nachträglichen Installationen können unter Umständen hohe Stromkosten
entstehen. Obwohl der Einbau staatlich gefördert wird, gilt die Ökobilanz von
Wärmepumpen bei Altbauten als eher mäßig. Hingegen bieten Neubauten mit
Fußbodenheizungen ideale Voraussetzungen für eine Wärmepumpe.
Luft-Wasser Wärmepumpe
Die Wärme über Ventilatoren aus der Umgebungsluft gewonnen.
Er werden zusätzliche Wärmeerzeuger benötigt, da in der Heizperiode die
Lufttemperatur oft deutlich unter null Grad liegt. Meist sind das Heizstäbe,
die über Strom betrieben werden. Je nachdem wie hoch die Effizienz des Systems
ist, können hohe Stromkosten entstehen.
Sole-Wasser Wärmepumpe
Über Erdsonden entzieht so die Wärmepumpe die benötigte Wärme dem Erdreich. Die
Temperaturen sind im Erdreich relativ konstant. Die Wärmegewinnung über die
Erde höher als über die Außenluft. Sole-Wasser Wärmepumpe sind aber teurer in
der Anschaffung.
Voraussetzungen für die Effizienz einer Wärmepumpe gibt es einige. Das
Grundstück soll groß genug sein, etwa das doppelte der zu beheizten Fläche. Eine
allgemein gute Dämmung des Hauses wirkt sich ebenfalls positiv aus.
Erdwärmeheizungen kommen bei richtiger Dimensionierung und fachgerechter
Montage ohne zusätzlichen Wärmeerzeuger aus. Ist das Grundstück groß genug,
können Flächenkollektoren verwendet werden. Die Verlegung erfolgt unterhalb der
Frostschutzgrenze, das heisst etwa 1,5 Meter unter dem Boden. Es können auch
Spiral- oder Grabenkollektoren verwendet werden. Diese werden vertikal und
horizontal in Gräben eingebracht. Sie benötigen weniger Platz als
Flächenkollektoren. Eine Erdsonde wird mit einer Tiefenbohrung eingebracht. Das
bedeutet etwa 40-100 Meter tief unter dem Boden. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe
spielt effizienztechnisch in derselben Liga wie die Wasser-Wasser-Wärmepumpe.
Wasser-Wasser Wärmepumpe
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist eine der wirtschaftlich und ökologisch besten Heizungen. Im direkten Vergleich mit anderen Wärmepumpen schneidet die Wasser-Wasser-Wärmepumpe überdurchschnittlich gut ab. Wasser-Wasser Wärmepumpen beziehen ihre Wärme aus dem Grundwasser. Wasser-Wasser Wärmepumpen bieten ganzjährig eine relativ konstante Temperatur von ca. 8-10 °C. Wasser-Wasser-Wärmepumpen haben eine enorme Effizienz. Da das Grundwasser rund ums Jahr in etwa die gleiche Temperatur besitzt, ist es der Wärmepumpe möglich, jederzeit gleichermassen auf diese Energiequelle zuzugreifen. Es werden zwei Schächte benötigt. Es sollte eine Wasseranalyse auf Beschaffenheit und Ergiebigkeit durchgeführt werden. Wenn zum Beispiel zu viel Eisen und Mangan im Grundwasser vorhanden ist, kann dies schädlich für das Heizsystem sein.
Theoretisch und rein technisch wäre auch die
Nutzung von Seen, Flüssen oder sogar von Abwasserkanälen als Wärmequelle
möglich. Diese Anwendungen werden vor allem bei Großanlagen eingesetzt. Für ein
Einfamilienhaus lohnt sich der Aufwand für die technische Installation nicht.
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt die thermische Energie, die im Grundwasser
gespeichert ist. Auf dem Grundwasserlevel wird ein System verlegt, das Wasser
durch ein Rohrsystem ins Haus leitet. Das Grundwasser gibt einen Teil seiner
thermischen Energie über einen Wärmetauscher an das Wärmeverteilsystem des
Hauses ab. Das abgekühlte Wasser wird dann wieder zurück in das Grundwasser
gepumpt.
Im Gegensatz zur Sole-Wasser-Wärmepumpe handelt es sich bei der
Wasser-Wasser-Wärmepumpe um einen offenen Kreislauf. Auf den Einsatz eines
Kältemittels wird verzichtet. Dafür wird direkt das Grundwasser angezapft. In
der Schweiz stösst man je nach Region in einer Tiefe von 5 bis 30 m auf
Grundwasser. Die Schweiz verfügt über sehr grosse Grundwasserreserven. Zu
beachten ist die Genehmigungspflicht der Wasser-Wasser-Wärmepumpen.
Für gewöhnlich wird eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe im Keller oder Erdgeschoss aufgestellt. Die Pumpe hat eine Lautstärke von nicht mehr als 30 dB. Ausser den Betriebsgeräuschen der Pumpe und verursacht das also keinen weiteren Lärm. Ausserhalb des Raumes ist dies kaum oder gar nicht zu hören. Eine Wärmepumpe pumpt zwischen 150 und 250 L Wasser pro kW Leistung - und das jede Stunde. Das Wasser wird zurückgeleitet. Bei einer Leistung der Wärmepumpe von 10 kW muss der Grundwasserspiegel eine Pumpleistung von 1'500 und 2'500 L pro h hergeben.
Der Einbau der Wärmepumpe selbst benötigt kaum
Platz. Die Installation der unterirdischen Pumpe stellt das grössere Problem
dar. Eine Grundvoraussetzung für den Einbau einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist
das Vorhandensein eines Wärmeverteilsystems im Gebäude. Wenn das Gebäude
bereits über ein Wärmeverteilsystem verfügt, ist keine weitere Umrüstung für
den Einbau einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe nötig (zum Beispiel bei einer älteren
Ölheizung oder Gasheizung).
Baubewilligung
Prinzipiell benötigen alle Wärmepumpen eine Baubewilligung. Bei Wasser-Wasser-Wärmepumpen
braucht es eine Gewässerschutzbewilligung. Dies gilt auch für Erdsonden der
Sole-Wasser-Wärmepumpe. Der Kanton entscheidet, ob die geologischen
Voraussetzungen gegeben sind. Der Bau einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist
deshalb etwas komplizierter als der Bau anderer Wärmepumpen. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen
ist die Bewilligung deutlich leichter zu erhalten. Durch die gesonderte
Genehmigungspflicht für den Eingriff ins Grundwasser ist der Weg zur
Wasser-Wasser-Wärmepumpe schwieriger. Nicht immer wird die Genehmigung erteilt.
Bei einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe gibt es drei Kostenfaktoren:
- Kauf des Gerätes
- Installationskosten
- Anschaffungskosten Warmwasserspeicher
Das Gerät kostet je nach gewünschter Leistung etwa CHF 14'000 für ein Einfamilienhaus mit 20'000 kW
Wärmeenergiebedarf pro Jahr. Die Installationskosten umfassen die Installation
der Wärmepumpe selbst, die begleitenden Bauarbeiten sowie die Bohrung auf
Grundwasserniveau. Hier müssen je nach Standort Kosten in Höhe von etwa CHF
37'000 gerechnet werden (etwa CHF 30'000 auf die Bohrung, etwa CHF 7'000
Handwerker-Kosten). Die Anschaffungskosten für einen Warmwasserspeicher und
weiteres Zubehör sind vergleichsweise günstig, nochmals etwa CHF 7'000. Die
Gesamtkosten einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe belaufen sich damit auf etwa CHF
58'000. Die laufenden Kosten einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe gehören jedoch zu
den niedrigsten. Rund CHF 800 pro Jahr müssen gerechnet werden. Das liegt weit
unter den Kosten herkömmlicher Heizungen.
Amortisation
Die Anschaffung der Wärmepumpe amortisiert sich
nach einigen Jahren dank ihrer hohen Effizienz. Bei Wasser-Wasser-Wärmepumpe
sind die initialen Kosten bei der Anschaffung allerdings deutlich höher als bei
vergleichbaren alternativen Heizungen. Eine Ölheizung erzeugt bei
vergleichbarer Heizleistung etwa dreifach so hohe Kosten jährlich. Eine
Wärmepumpe amortisieret sich schon lange vor der erwarteten Lebensdauer. Nach
etwa 15 Jahren hat man geringere Gesamtkosten als bei einer vergleichbaren
Ölheizung.
Arbeitszahl / COP (Coefficient of Performance)
Der Effizienz-Grad einer Wärmepumpe wird als
Arbeitszahl bezeichnet. COP bedeutet «Coefficient of Performance». Der COP das
Verhältnis der eingesetzten elektrischen Energie zu der daraus gewonnenen
thermischen Energie. Man rechnet einfach den Wert der nutzbaren thermischen
Energie geteilt durch die eingesetzte elektrische Energie. Die
Jahresarbeitszahl ist das Mittel der Arbeitszahl über das Jahr hinweg. Dabei
werden Faktoren wie Nutzerverhalten und Aussentemperatur einbezogen. Die
Arbeitszahl ist eine feste Grösse der Wärmepumpe selbst. Die Jahresarbeitszahl
bezieht sich aber auf die gesamte Heizungsanlage.
Staatliche Förderung (12/2021)
Das Gebäudeprogramm fördert die Anschaffung der
meisten Wärmepumpen in der Schweiz. Die Fördermassnahmen M-06 fördert Wasser-Wasser-Wärmepumpen
wie auch die Sole-Wasser-Wärmepumpen mit mindestens CHF 2'400 sowie CHF 180 pro
kW Leistung. Die Fördermassnahmen sind jedoch von Kanton zu Kanton verschieden.
Wärmepumpe ja oder nein?
In diesem Video geht es um eine kritische Betrachtung des Themas Wärmepumpe /Wärmepumpenheizung.
Ist Wärmepumpe /Wärmepumpenheizung sinnvoll? Unter welchen Bedingungen? Solarexperte Georges Schaer schaut sich dieses Thema etwas kritischer an. In diesem umfangreichen Livestream wird auf möglichst viele Themen eingegangen.
Georges Schaer
Inhaber schaer energie ag
Elektriker u. Fachhochschule