Die Wärmepumpe umgeht ein Problem, das die anderen alternativen Methoden der Wärme- und Stromgewinnung (Photovoltaik, Solarzellen) gemeinsam haben: Die von der Sonne eintreffende Energie ist kaum speicherbar. Bei der Photovoltaik behilft man sich mit der Stromeinspeisung ins Netz, bei Solarkollektoren kann ein genügend großer Speicher über viele Tage helfen, aber nicht über eine ganze Jahreszeit hinweg. Das Problem ist dabei, dass in der Zeit der geringsten Sonneneinstrahlung (Winter) der Wärmebedarf am größten ist. Die Umwelt jedoch speichert die im Sommer eintreffende Energie, und zwar über viele Monate und Jahre hinweg. Wäre das nicht der Fall, dann wäre zum Beispiel unser Boden nach einigen Frosttagen im Winter metertief durchgefroren.
Vor allem die Erde und das Grundwasser haben einen gleichmäßigen, unerschöpflichen Wärmeinhalt, der der jeweils vorherrschenden Durchschnittstemperatur mehr oder weniger entspricht.
Die Temperatur des Grundwassers reicht natürlich nicht aus, um eine Heizungsanlage zu bereiben, und selbstverständlich wird kein Grundwasser durch unsere Heizungsanlagen geleitet, dabei würde das Wasser stark verschmutzt werden. Dank des technischen Prinzips der Wärmepumpe kann etwas relativ warmes erwärmt werden (Rücklaufwasser Heizung), indem im Austausch etwas relativ kaltes (z.B. Grundwasser) abgekühlt wird. Genau umgekehrt, aber nach dem gleichen Prinzip funktioniert ein Kühlschrank, der Wärme aus dem Kühlraum in die Umgebung "pumpt".
Wärmepumpen werden statt des Kessels in die Heizungsanlage eingebaut. Sie arbeiten mit Strom. Je niedriger die notwendige Vorlauftemperatur, desto sparsamer die Wärmepumpe. (Die Vorlauftemperatur ist die Temperatur, mit der das Heizwasser die Heizungsanlage in Richtung Heizkörper verlässt). Ideal für Wärmepumpenbetrieb sind 35 °C, 50 °C sollten nicht überschritten werden. Niedrige Vorlauftemperaturen sind vor allem bei Wand- und Fußbodenheizungen möglich.
Folgende Vorarbeiten müssen in Zusammenarbeit mit einer Heizungsfirma gemacht werden:
- Bestandsaufnahme der alten Heizung
- genaue Dimensionierung entspr. Wärmebedarf
- Prüfen, welche maximale Vorlauftemperatur notwendig ist
- prüfen, welche Wärmequelle genutzt werden kann (siehe unten)
- prüfen, ob verbesserte Wärmedämmung nicht effektiver wäre (bei schlechter vorhandener Dämmung!)
Eine Wärmepumpe kann den bisherigen Heizbetrieb ersetzen ("monovalenter Betrieb" bei ausschließlicher Wärmepumpen-Wärme oder "monoenergetischer Betrieb" bei gelegentlicher elektrischer Nachheizung) oder ergänzen (z.B. neben Ölheizung, "bivalenter Betrieb"), je nach zur Verfügung stehender Umweltwärme. Dabei spielt auch die Auswahl des Umweltmediums eine Rolle.
Wärmequelle Erdreich
Erdreich ist ein guter Wärmespeicher, um eine monovalente Elektro-Wärmepumpe wirtschaftlich zu betreiben, da die Temperatur das ganze Jahr über relativ konstant ist. Allerdings muss ein entsprechend großes Grundstück vorhanden sein. Ein Rohrschlangensystem wird ca. 20cm unterhalb der Frostgrenze verlegt. Bei Neubauten ist das problemlos möglich, da sowieso zahlreiche Erdarbeiten vorgenommen werden müssen. Durch die Rohre fließt ein frostsicheres Arbeitsmittel (Sole), das die aufgenommene Erdwärme an den Verdampfer der Wärmepumpe weiterleitet.
Die im Erdreich gespeicherte Sonnenenergie fließt nahezu ausschließlich über die Erdoberfläche zu. Die wesentlichen Energielieferanten sind Sonneneinstrahlung und Niederschläge. Die Wärmeleitfähigkeit nimmt mit wachsendem Wassergehalt des Erdreichs zu. Ideal sind daher lehmig-feuchte Böden. Der Wärmeentzug aus dem Erdreich beeinträchtigt den Pflanzenwuchs nicht.
Zur Nutzung der Wärmequelle Erdreich benötigen Sie etwa das 1-2fache der zu beheizenden Wohnfläche an Grundstücksfläche.
Reicht die Grundstücksfläche nicht aus, können Erdsonden verwendet werden, durch die ebenfalls ein frostsicheres Arbeitsmittel fließt. Sie werden senkrecht durch ein Ramm- oder Bohrverfahren in den Boden eingelassen. Sie bieten sich bei kleinen Grundstücken oder bereits bestehenden Gebäuden an.
Wärmequelle Grundwasser
Grundwasser ist der ideale Speicher für Sennenwärme. Der Vorteil liegt in der konstanten Temperatur. Selbst an kältesten Wintertagen besitzt das Wasser eine Temperatur von +7 bis +12ºC.
Leider steht Grundwasser nicht überall und in ausreichender Menge und Qualität zur Verfügung. Allerdings, wo es als Wärmequelle genutzt werden kann, lohnt sich der Einsatz.
Grundwasser bietet die besten Voraussetzungen für einen monovalenten Wärmepumpenbetrieb.
Es sind immer zwei Brunnen erforderlich. Das Grundwasser wird über einen Förderbrunnen entnommen und dem Verdampfer der Wärmepumpe zugeführt, der dem Wasser Wärme entzieht. Das abgekühlte Wasser wird anschließend in einen Schluckbrunnen zurückgeführt.
Eine Wasseranalyse sollte in jedem Fall durchgeführt werden, um die Verträglichkeit des Grundwassers zu überprüfen und um die richtigen Materialien für den Wärmetauscher der Wärmepumpe zu wählen.
Außerdem muss die Zustimmung des zuständigen Wasserwirtschaftsamtes eingeholt werden, die außerhalb von Wasserschutzgebieten normalerweise erteilt wird.
Wärmequelle Luft
Luft als Wärmequelle gibt es überall. Der bauliche Aufwand ist gering.
Ventilatoren führen die Außenluft am Verdampfer der Wärmepumpe vorbei, wobei ihr Wärme entzogen wird. Die abgekühlte Luft wird nach außen zurückgeführt.
Ein Nachteil ist, dass die Heizleistung mit fallender Außentemperatur sinkt, d.h. wenn es draußen sehr kalt und somit der Wärmebedarf groß ist, steht eine niedrige Heizleistung zur Verfügung. Deshalb ist monovalenter Betrieb nicht sinnvoll, denn die Wärmepumpe müsste sehr groß ausgelegt werden. Daher bietet sich hier ein bivalenter bzw. monoenergetischer Betrieb an.
Obwohl Wärmepumpen leise laufen, entstehen bei der Luftwärmepumpe Geräusche, die innerhalb der Vorschriften liegen, aber nicht unhörbar sind. Deshalb sollte der Aufstellort sorgfältig ausgewählt werden, um eventuelle Probleme mit den Nachbarn zu vermeiden.
Energiebilanz
Wärmepumpen haben einen enormen Stromverbrauch. Er liegt zwar weit unter dem von reinem Heizen mit Strom, fällt aber dennoch deutlich ins Gewicht. Daher sollen Wärmepumpen sorgfältig geplant werden und nur bei wirklich günstigen Randbedingungen umgesetzt werden. Die gewonnene Wärme selbst ist zwar kostenlos, aber der notwendige Strom für den Pumpenbetrieb wird mit schlechtem Wirkungsgrad (30-40 %) im Kraftwerk aus fossiler Verbrennung oder Kernkraft teuer hergestellt. Brennwertkessel haben demgegenüber einen Wirkungsgrad von (mindestens) 100 % und können daher von Fall zu Fall kostengünstiger und umweltfreundlicher sein.
