Die Hochtemperatur-Wärmepumpe

Für hohe Vorlauftemperaturen

Für höhere Vorlauftemperaturen gibt es Wärmepumpen, die Temperaturen bis zu 90°C erreichen können. Häufig werden diese sogenannten “Hochtemperatur-Wärmepumpen” als Sonderform der Wärmepumpen betrachtet. Erfahren Sie nachfolgend alles über die Thematik der Hochtemperatur-Wärmepumpe.

Technologie für hohe Temperaturen

Dank ihrer Technologie kann eine Hochtemperatur-Wärmepumpe die Wärmequelle (Luft, Wasser, Erde) nutzen und ihre Temperatur erhöhen, um besonders hohe Heizlasten zu erreichen. Sie kommt daher immer dann zum Einsatz, wenn höhere Temperaturen für Heizung und warmes Wasser unumgänglich sind.

Auch Firmen nutzen für ihre industriellen oder gewerblichen Prozesse diese Art der Wärmepumpe. Dabei ist die Bezeichnung Hochtemperatur-Wärmepumpe kein feststehender Begriff. Früher gab es Definitionen, die hauptsächlich die Anwendung in der Industrie umfassten.

Heute ist aber die Einteilung üblich, jene Wärmepumpen als Hochtemperatur-Wärmepumpe zu bezeichnen, die eine Vorlauftemperatur im Bereich von 70 bis 100°C bereitstellen können.

Funktionsprinzip beruht auf Kreisprozess

Die Funktion einer Hochtemperatur-Wärmepumpe basiert auf einem Kreisprozess, ähnlich wie bei allen anderen Wärmepumpen auch. Im ersten Schritt des Kältekreislaufs nimmt die Wärmepumpe die Umweltenergie auf und überträgt diese mit einem Wärmetauscher auf das kalte flüssige Kältemittel. Dabei verdampft das flüssige Kältemittel durch die aufgenommene Energie und geht in den Gaszustand über. Daher heißt die Komponente der Wärmepumpe, die für diesen Schritt zuständig ist, Verdampfer.

Im zweiten Schritt saugt der Verdichter das gasförmige Kältemittel der Wärmepumpe an und  komprimiert es. Bei diesem Schritt steigen Druck und Temperatur des Kältemittels und es wird zum Heißgas. Wenn das Heißgas im dritten Schritt den Verflüssiger passiert, gibt es die Nutzwärme an den Heizkreis ab. Dabei kondensiert es zu einer Flüssigkeit, die nach wie vor unter hohem Druck steht. Daher ist im vierten Schritt die Entspannung und weitere Abkühlung im Expansionsventil notwendig, bevor der Kreisprozess erneut starten kann.

Die Vorlauftemperatur, die mit diesem Kreisprozess erreichbar ist, hängt vor allem von der Art des Kältemittels ab. Herkömmliche Kältemittel verdampfen bei Temperaturen von - 20 bis + 40°C und kondensieren unter den Druckverhältnissen in der Wärmepumpe bei 60 bis 80°C. Besonders effizient sind diese Kältemittel, wenn die Wärmepumpe etwa 55°C erzeugt. 

WOLF etwa verwendet für die CHA-Monoblock, eine Luft/Wasser-Wärmepumpe, schon seit mehr als fünf Jahren das natürliche Kältemittel Propan (R290). Einer der vielen Vorteile dieses Kältemittels ist, dass es Vorlauftemperaturen von bis zu 70°C ermöglicht. Dadurch eignet sich eine Wärmepumpe, mit diesem Kältemittel auch für den Altbau.

Arten von Hochtemperatur-Wärmepumpen

Sollten Sie eine Wärmepumpe benötigen, die mit einer noch höheren Vorlauftemperatur als 70°C funktioniert, könnten folgende Arten von Hochtemperatur-Wärmepumpen für Sie in Frage kommen:

Wärmepumpen mit zweifachem Kreisprozess

Um solch hohe Vorlauftemperaturen zu erreichen, gibt es die Möglichkeit, den Wärmepumpen-Kreislauf über zwei Stufen laufen zu lassen. Man spricht dann von einer Wärmepumpe mit einem zweifachen Kreisprozess.

Im Prinzip handelt es sich um zwei Wärmepumpen, die zu einer verschmolzen sind, wobei die erste die Umweltwärme auf rund 40°C erwärmt und die zweite dann dieses Niveau auf 80 bis 100°C anhebt. Dazu überträgt der erste Kreisprozess bei der Kondensation die Wärme auf den zweiten Kreislauf und verdampft dadurch das Kältemittel in der zweiten Stufe.

Der Kondensator der ersten Stufe ist also mit dem Verdampfer der zweiten Stufe kombiniert. In der zweiten Stufe kommt dabei meist ein spezielles Kältemittel zum Einsatz, das bei höheren Temperaturen siedet und kondensiert.

Wärmepumpen mit Heißgasauskopplung

Bei Wärmepumpen mit Heißgasauskopplung besteht der technische Kniff darin, einen Teil des Heißgases direkt am Verdichter zu entnehmen und an einen zusätzlichen Wärmetauscher zu leiten. Da das Heißgas am Verdichter bis zu 20°C wärmer sein kann als im Kondensator, gelingt es durch die Heißgasauskopplung, einen Teil der Wärme mit höheren Temperaturen zu generieren.

Diese Technik kommt zum Beispiel zum Einsatz, um Warmwasser mit 70°C zu erzeugen und gleichzeitig mit dem normalen Kältemittelkreis die Heizung mit 35 bis 40°C zu versorgen. Das hat den Vorteil, dass für beide Temperaturen eine hohe Effizienz besteht und die Leistungszahl (COP) der Wärmepumpe nicht unter der Erhitzung des Wassers leidet. Heißgas-Wärmepumpen können anders als zweistufige Geräte aber keine Temperaturen jenseits der 80°C erzeugen.

CO₂-Wärmepumpen

Mit dem Kältemittel CO₂ sind Vorlauftemperaturen bis in einen Bereich von mehr als 100°C möglich. Dieses Kältemittel ist außerdem immer dann besonders effizient, wenn der benötigte Temperaturanstieg im Vergleich zu klassischen Wärmepumpen sehr groß ist. Jedoch ist das Kältemittel CO₂ keine Option für private Haushalte: Zu hohe Kosten, zu hoher Platzverbrauch und niedrige Effizienz bei geringen Temperaturunterschieden sind einige der Gründe.

Der Stromverbrauch einer Hochtemperatur-Wärmepumpe

Wie bei jeder Wärmepumpe setzt sich die erzeugte Wärme aus zwei Teilen zusammen. Der eine Teil stammt aus der Umgebung, der andere kommt aus dem elektrischen Strom, den das Gerät vor allem für den Kompressor benötigt. Je größer der Umweltanteil, desto effizienter und klimaschonender. Hochtemperatur-Wärmepumpen erreichen bei einem Temperaturhub von beispielsweise 10°C auf 85°C Leistungszahlen von 2,5. Das bedeutet bei einem Gerät mit 100 kW thermischer Leistung, dass es 60 kW aus der Umweltenergieund 40 kW aus dem Strom generiert.

Einsatzbereiche der Hochtemperatur-Wärmepumpe

Grundsätzlich ist eine Wärmepumpe für fast alle Gebäudearten ein sinnvolles Heizsystem. Es gibt jedoch bestimmte Gegebenheiten, unter denen Gebäude höhere Vorlauftemperaturen benötigen - hier reichen gewöhnliche-Wärmepumpen nicht mehr aus. In diesen Fällen kann eine Hochtemperatur Wärmepumpe zur effektiven Alternative werden.

Hochtemperatur-Wärmepumpe für den Altbau

Eine Einsatzmöglichkeit für Hochtemperaturgeräte besteht in der Modernisierung von alten Heizungsanlagen in unsanierten Häusern. Denn diese Heizungen mit klassischen Radiatoren als Heizkörpern sind für hohe Temperaturen von 70 bis 80°C ausgelegt. Nur damit kann das Haus ausreichend warm werden.

Die Hochtemperatur-Wärmepumpe kann eine solche Vorlauftemperatur problemlos bereitstellen. Allerdings ist der Stromverbrauch, im Vergleich zu gewöhnlichen Wärmepumpen dabei deutlich höher. Entsprechend sind diese Modelle eher für größere Gebäude und die industrielle Verwendung gedacht.

Daher sollten Sie zuerst  immer versuchen, die Heizung in Ihrem Haus zu optimieren - dies ist die finanziell lohnende Variante. In vielen Fällen reichen einfache Maßnahmen, um die Vorlauftemperatur deutlich zu senken und auf ein Niveau von etwa 55°C zu drücken. Damit kann eine moderne Wärmepumpe bereits sehr effizient arbeiten.

Häufig reicht es bereits aus, Fenster zu ersetzen und Keller und Dachboden zu dämmen. Dadurch sinkt der Wärmebedarf und damit ebenso die Vorlauftemperatur. Auch größere Heizkörper oder spezielle Niedertemperatur-Radiatoren bringen bei gleicher Temperatur mehr Wärme in die Räume. Daher kann man auch hier die Temperatur senken, ohne auf Komfort verzichten zu müssen.

Dabei müssen Sie auch gar nicht alle Heizkörper ersetzen. Räume wie Bad und Wohnzimmer sollten 20 bis 23°C erreichen. In Schlafzimmer, Küche und Flur genügen auch 16 bis 18°C, so dass hier keine neuen Heizkörper nötig sind.

Ein kompetenter Energieberater oder auch Ihr Heizungsinstallateur kann mit einer Heizlastberechnung genau ermitteln, welche Anpassungen notwendig sind. Erst wenn durch diese herauskommt, dass eine Vorlauftemperatur von 55 °C auch trotz umfassender Sanierungsmaßnahmen nicht erreichbar ist, sollten Sie eine Hochtemperatur-Wärmepumpe in Erwägung ziehen.

Das kann auch in Fällen wie denkmalgeschützten Altbauten nötig sein, wenn weder eine Dämmung noch ein Heizkörperaustausch möglich sind.

Hochtemperatur-Wärmepumpe für größere Gebäude

Generell ist ein Hochtemperaturgerät technisch komplizierter und aufwändiger gebaut. Daher sind die Kosten der Hochtemperatur-Wärmepumpe höher als beim Standardgerät. Bei größeren Leistungen relativieren sich die Kosten und der Aufwand eher, sodass viele Geräte in größeren Leistungsklassen zu finden sind. Auch Anforderungen an die Trinkwasserhygiene und die dafür notwendigen Temperaturen sind höher. Daher stellt die Hochtemperaturvariante im unsanierten Mehrfamilienhaus eher eine Alternative dar als im Einfamilienhaus.

Hochtemperatur-Wärmepumpe für Industrie und Gewerbe

Auch bei Prozessen in Industrie und Gewerbe, wie etwa beim Reinigen von Mehrwegflaschen, sind große Leistungen und hohe Temperaturen erforderlich. Hierfür bietet ein Hochtemperaturgerät die ideale Lösung. Hinzu kommt: Oftmals fällt in Industrie und Gewerbe Abwärme auf einem Temperaturniveau von 30 bis 50°C an. Eine konventionelle Wärmepumpe kann solche Temperaturen nicht nutzen, die Hochtemperatur-Wärmepumpe jedoch schon.

Die Vorteile von Hochtemperaturgeräten

Hochtemperatur-Wärmepumpen können hohe Vorlauftemperaturen erreichen, wie sie für manche Anwendungen in Industrie und Gewerbe erforderlich sind. Im Einfamilienhaus bieten sie theoretisch auch im unsanierten Altbauten einen einfachen Heizungstausch weg von fossilen Brennstoffen hin zu erneuerbaren Energien, der keine weiteren Umbaumaßnahmen erfordert - wirtschaftlicher ist jedoch eine Sanierung samt Einsatz einer gewöhnlichen Wärmepumpe

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass sie mit einer akzeptablen Effizienz Warmwassertemperaturen von 60 bis 65°C erzeugen können, die für den Legionellenschutz bei der zentralen Warmwasserbereitung in Mehrfamilienhäusern notwendig sind. Auch 70°C zur thermischen Desinfektion sind leicht erreichbar. Im Falle der CO₂-Wärmepumpe kommt hinzu, dass CO₂ als Kältemittel weniger klimaschädlich ist als synthetische Kältemittel.

Allerdings wird sie, wie bereits erwähnt, aus technischen Gründen nur im industriellen Kontext verwendet.  Entsprechend ist es aus Effizienz- und Umweltgründen immer ratsamer, sich wenn möglich für eine Wärmepumpe zu entscheiden, die das natürliche Kältemittel Propan verwendet.

Die Nachteile von Hochtemperaturgeräten

Hochtemperatur-Wärmepumpen sind teurer als gewöhnliche Heizungswärmepumpen. Sie sind meist auch für größere Leistungsklassen und weniger für das normale Wohnhaus konzipiert. Um die hohen Temperaturen zu erreichen, müssen Hausbesitzer zudem Abstriche bei der Effizienz machen. Auch die Wärmeverluste sind durch die hohen Systemtemperaturen sehr viel größer als bei optimierten Heizungen mit niedrigen Temperaturen. All das steigert den Stromverbrauch und ist letztlich in den meisten Fällen unwirtschaftlich.

Sonderformen nur bei besonderen Anforderungen sinnvoll

Die Hochtemperatur-Wärmepumpe ist eine Sonderform der Wärmepumpe, die für solche besonderen Fälle Sinn ergeben kann, bei denen die Vorlauftemperatur einer klassischen Wärmepumpe nicht ausreicht. In den meisten Gebäuden können Sie mehr  Energie und Heizkosten einsparen, wenn Sie Ihr Haus baulich optimieren und die Systemtemperaturen senken.