Wärmepumpen beziehen ihre regenerative Energie aus der Luft, dem Boden oder dem Grundwasser. Es ist auch möglich, Seewasser oder Abwärme als Energieträger zu nutzen. Zur Wärmeerzeugung brauchen Wärmepumpen im Betrieb aber auch elektrische Energie, systemabhängig zwischen einem Drittel und einem Viertel dessen, was sie selbst an Energie produzieren. Die als Antriebsenergie benötigte Elektrizität schlägt sich in der Stromrechnung nieder, während die Umweltenergie frei verfügbar ist.
Ein effizienter Betrieb schont einerseits das Gerät, bei steigenden Strompreisen vor allem aber auch das Portemonnaie. Es lohnt sich demnach aus technischer wie auch aus wirtschaftlicher Sicht, möglichst optimale Voraussetzungen zu schaffen und die Wärmepumpe den Anforderungen entsprechend zu dimensionieren. Die im Vergleich zu einem herkömmlichen Eins-zu-eins-Ersatz einer Öl-Heizung eher hoch erscheinenden Investitionskosten relativieren sich durch die günstigeren Betriebskosten während der gesamten Lebensdauer der Wärmepumpe.
Verschiedene Wärmepumpen im Vergleich
Im Gegensatz zu Sole-Wasser-Wärmepumpen, die über eine Tiefenbohrung mittels Erdsonde aus dem nahezu temperaturkonstanten Erdreich Wärme gewinnen, entziehen Luft-Wasser-Systeme der Temperaturschwankungen ausgesetzten Umgebungsluft Wärme, um damit Wasser zu erwärmen. Wärmepumpen mit Erdsonde sind aufgrund der konstanteren Umgebungstemperatur in der Tiefe des Erdreichs generell effizienter als Luft-Wasser-Wärmepumpen, die durch schwankende Aussentemperaturen zur Wärmeaufbereitung deutlich mehr Antriebsenergie in Form von Strom benötigen, insbesondere bei tiefen Aussentemperaturen. Um die Betriebskosten möglichst tief zu halten, wird der für eine Wärmepumpe benötigte Strom idealerweise über eine PV-Anlage weitgehend selbst produziert.
Für die Effizienz einer Wärmepumpe spielt also die Temperaturkonstanz der Wärmequelle eine entscheidende Rolle. Da die Effizienz einer Wärmepumpe mit der Aufbereitung tieferer Vorlauftemperaturen zunimmt, ist auch der Betrieb mit einer Bodenheizung effizienter als der mit Radiatoren, die eine höhere Vorlauftemperatur benötigen. Moderne «Inverter-Wärmepumpen» (stufenlose und dynamische Regelung der Leistung, angepasst an den tatsächlichen Heiz- oder Kühlbedarf) schaffen aber auch gute Effizienzwerte im Betrieb mit Radiatoren.
Eine Studie der Fachhochschule Ost im Auftrag des Bundesamtes für Energie kam 2023 zudem zum Schluss, dass drei Viertel der installierten Wärmepumpen in Privathäusern durchschnittlich 40 Prozent über den Bedarf hinaus und somit zu gross dimensioniert sind. Dies führt einerseits zu höheren Investitionskosten, da leistungsfähigere Anlagen teurer sind, aber auch zu einem ineffizienteren Betrieb der Anlage und somit zusätzlich zu höheren Betriebskosten. Eine Überdimensionierung ist daher generell zu vermeiden. Der Wärmebedarf ist abhängig vom baulichen Zustand des Gebäudes sowie vom Nutzerverhalten und muss entsprechend berechnet werden.
Welche Wärmepumpe ist die passende?
Der Entscheid für die passende Art des Wärmepumpentyps richtet sich nach der örtlichen Situation, den rechtlichen Aspekten, den Anschaffungskosten und der Energieeffizienz. Auch die Wahl des richtigen Wärmepumpenmodells hängt von verschiedenen Faktoren ab wie der Grösse des zu beheizenden Raumes, dem energetischen Zustand und Standort eines Gebäudes sowie der Bewohnerzahl und deren Nutzungsgewohnheiten.
Gewohnheiten spielen vor allem im Zusammenhang mit der Warmwasseraufbereitung eine entscheidende Rolle, je nachdem wie viel und in welchen Abständen Warmwasser bezogen wird. Für Luft-Wasser-Wärmepumpen bestehen bezüglich lokaler Gegebenheiten kaum Einschränkungen, je nach Gebäude und Grundstück sind auch unterschiedliche Aufstellungsarten der Anlage möglich. Dieser Typ Wärmepumpe kann fast immer und überall realisiert werden, je nach Aufstellungsart und Ortschaft unterliegt sie der Bewilligungs- oder zumindest Meldepflicht, wobei in beiden Fällen gesetzliche Lärmbestimmungen einzuhalten sind. Eine Luft-Wasserwärmepumpe ist gegenüber einer Wärmepumpe mit Erdsonde vergleichsweise kostengünstig, dafür im Betrieb etwas weniger effizient und damit teurer als durch die Nutzung von Erdwärme.
Unabhängig von den verschiedenen Typen von Wärmepumpen, die auf dem Markt erhältlich sind und den damit verbundenen Möglichkeiten, ist es für Interessenten sinnvoll, die Funktionsweise einer Wärmepumpe zu verstehen.
Funktionsweise einer Wärmepumpe verstehen
Wärmepumpen verfügen über einen Kältemittelkreislauf, in dem das Kältemittel seinen Aggregatzustand (flüssig oder gasförmig) ändert. Das Kältemittel hat die Eigenschaft, bereits bei Minustemperaturen zu verdampfen und die dabei aufgenommene Energie zu speichern. Die Flüssigkeit wird verdampft und im gasförmigen Zustand verdichtet. Ähnlich einer Fahrrad-Pumpe, die beim händischen Aufpumpen durch den Druck heiss wird, erwärmt sich dabei das Kältemittel und strömt weiter zum Verflüssiger in Form eines Wärmetauschers, in dem die gewonnene Umweltwärme auf das wassergeführte Heizsystem übertragen wird. Durch die Wärmeabgabe kühlt das Kältemittel wieder ab, das Gas entspannt und verflüssigt sich wieder. Nach der Temperatur- und Druckabsenkung kann durch das Expansionsventil erneut Wärme aus der Umwelt aufgenommen werden, so dass der Prozess von Neuem beginnt. Die aus der Umwelt aufgenommene Energie wird in diesem Kreislauf mit hoher Effizienz aufgenommen und in eine höhere Temperatur zu Heizwärme gewandelt.
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Autor: Stefan Aeschi, dipl. Architekt ETH / SIA
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