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Wärmepumpe: Verschiedene Arten und ihre Eigenschaften

Die Vorteile der Technologie, die hinter einer Wärmepumpe steckt, sorgen für ihr besonders modernes und fortschrittliches Image. Auf den ersten Blick ist sie mit einem Marktanteil von nur 3,4% unter den Wohngebäuden noch eine Randerscheinung1. Im Neubau erfreut sich die umweltfreundliche Heizungsart aber großer Beliebtheit. Sie hat sich ab dem Jahr 2018 die Spitzenposition vor dem fossilen Energieträger Gas gesichert2. In diesem Beitrag klären wir, welche verschiedenen Arten von Wärmepumpen es gibt, sammeln deren Vor- und Nachteile und geben Tipps zum optimalen Einsatz der Technik.

Inhaltsverzeichnis

  1. Wärmepumpen-Arten im Überblick: Energiequellen und Aufstellungsort
  2. So arbeiten (beinahe) alle Wärmepumpe
  3. Verschiedene Wärmepumpen-Arten im Detail
  4. Passende Arten von Wärmepumpen für Neubau und Sanierung
Wärmepumpe Arten: Grafik

Wärmepumpen-Arten im Überblick: Energiequellen und Aufstellungsort

Nicht alle sind gleich: Bei der Wärmepumpe gibt es ein paar recht verschiedene Arten. Sie unterscheiden sich anhand der Wärmequelle, die sie anzapfen. Die für Ein- und Zweifamilienhäuser üblichen Arten von Wärmepumpen sind:

  • Luft/Wasser-Wärmepumpe: Nutzt die Energie aus der Umgebungsluft
  • Sole/Wasser-Wärmepumpe: Nutzt die Energie aus dem Erdreich
  • Wasser/Wasser-Wärmepumpe: Nutzt die Energie aus dem Grundwasser
  • Luft/Luft-Wärmepumpe: Nutzt Luft als Energiequelle und pustet warme Luft in die Räume, anstatt die Wärme auf Heizwasser zu übertragen

Zudem kann man Wärmepumpen nach dem Aufstellungsort unterscheiden: Es gibt die Innenaufstellung, Splitgerät und Außenaufstellung (Monoblock). Bei der Split-Wärmepumpe sowie Monoblock-Wärmepumpe ist der Platzbedarf im Gebäude kleiner als bei der Innenaufstellung. Allerdings ist die Lautstärke durch die Außeneinheit etwas höher. Monoblock-Wärmepumpen sind in der Anschaffung etwas teurer als die anderen beiden Varianten, dafür jedoch tendenziell etwas effizienter.

All diese Geräte folgen jedoch dem gleichen grundlegenden Funktionsprinzip, dass wir im Folgenden erst einmal erklären. Anschließend kommen wir zu den Eigenschaften und Vor- und Nachteilen der unterschiedlichen Wärmepumpen-Arten im Detail.

So arbeiten (beinahe) alle Wärmepumpe

Im Neubau macht die Wärmepumpe der Gasheizung ihre Stellung als beliebtestem Wärmeerzeuger der Deutschen streitig. Beachtliche 48,2% der Bestandsgebäude beziehen aber nach wie vor ihre Raumwärme aus der lokalen Verbrennung von Gas. Ölheizungen haben ebenfalls einen relativ hohen Anteil von 25,6%. Viele dieser Heizungen sind allerdings veraltet, was ihre Besitzer vor eine schwierige Frage stellt: Sollen sie ihre fossile Heizung gegen eine Wärmepumpe tauschen?

Den Wärmefluss umkehren: Energiequellen für die Wärmepumpe

Die für Ein- und Zweifamilienhäuser gängigen Arten von Wärmepumpen arbeiten mit elektrischem Strom. Sicherlich fragen Sie sich nun zu Recht, wie sich die Wärmepumpe ihren guten Ruf verdient hat. Dies liegt daran, dass der elektrische Strom nur als Hilfsenergie dient. Den Hauptteil der Energie, die als Wärme im Wohnraum ankommt, entnimmt die Wärmepumpe der Umwelt.

Wärmepumpe Funktionsweise: Energieumwandlung Grafik

Auch, wenn die Außentemperatur im Winter an vielen Tagen sogar unter null liegt: Die Außenluft enthält immer noch ausreichend Energie, um die Wohnung zu beheizen. Das Erdreich und das Grundwasser kühlen im Winter sogar deutlich weniger ab als die Luft und sind daher potenziell noch wertvollere Energiequellen.

Die Idee hinter der Wärmepumpe ist nicht ganz neu: Die natürliche Flussrichtung der Wärmeenergie umkehren, der vergleichsweise kalten Umwelt Wärme entziehen und diese dann ins Innere des Gebäudes leiten. Der Kühlschrank nutzt dieses Prinzip seit mehr als einem Jahrhundert. Die zentrale Komponente ist in beiden Fällen ein Kältemittel.

Verdampfen und Verflüssigen: Der Kreisprozess in der Wärmepumpe

Im kühlen Zustand ist das Kältemittel flüssig. Es fließt durch eine Rohrleitung und kommt in einem Wärmetauscher mit der Umweltenergie in Kontakt. Um die Umweltwärme auf das Kältemittel zu übertragen, muss es zu diesem Zeitpunkt kälter sein als das Grundwasser, das Erdreich oder die Luft. Die Wärme löst dann die Verdampfung des Kältemittels aus.

Nun kommt bei den meisten Wärmepumpen-Arten der elektrisch betriebene Verdichter zum Einsatz. Er komprimiert den Dampf, wodurch seine Temperatur noch mehr steigt. Die hohe Temperatur ist notwendig, da schließlich nicht das Kältemittel durch die Heizkörper oder Fußbodenheizung fließt, sondern das Heizungswasser. In einem zweiten Wärmetauscher läuft daher der Wärmetransfer zwischen dem warmen Kältemittel und dem kühleren Heizungswasser ab.

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Das Kältemittel verliert dabei an Temperatur und verflüssigt sich schließlich wieder. Da es aber immer noch unter Druck steht, ist ein Ventil notwendig. Dieses Bauteil sorgt für den Druckabbau, sodass die Ausgangsbedingungen wiederhergestellt sind und der Prozess von vorne beginnen kann. Wollen Sie es noch genauer wissen, dann empfehlen wir Ihnen unsere weiteren Wärmepumpen-Artikel aus der Rubrik Systeme und Technik.

Der Energiemix ist bei allen Arten der Wärmepumpe entscheidend

Unabhängig von den verschiedenen Arten der Wärmepumpe stammt die eigentliche Energie zur Beheizung von Haus oder Wohnung also aus der Umwelt. Das bietet einen großen Vorteil: Ebenso wie die Nutzung von Sonnenstrahlung oder Wind lässt sich der Zugang zur Umweltenergie kaum einschränken. Allerdings benötigen Sie Hilfsenergie in Form von Strom.

Die Heizenergie, die eine Wärmepumpe liefert, besteht also aus einem Mix zwischen Strom und Umweltenergie. Das Mischungsverhältnis der Energiequellen entscheidet darüber, ob die Wärmepumpe gleichermaßen sanft mit dem Geldbeutel und der Umwelt umgeht. Die Maßzahl für den Anteil des Stroms an der gewonnenen Wärmemenge ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie gibt an, welche Wärmemenge die Wärmepumpe mit einer Einheit Strom erschließen kann.

JAZ = Heizwärme (kWh/a) / Strom (kWh/a)

Je höher die JAZ desto effizienter das Heizgerät. Anhand der JAZ lassen sich daher nicht nur die Energiekosten, sondern auch die Umweltverträglichkeit der Heizung beurteilen. Der emissionsfreien und kostenlosen Umweltenergie können Sie nämlich die Stromkosten sowie die mit der Stromproduktion verbundenen Emissionen gegenüberstellen.

Die JAZ ist ein anlagenspezifischer Wert, der sich im Zeitverlauf variabel gestaltet. Je nach Art der Wärmepumpe wirken sich klimatische Schwankungen unterschiedlich stark aus.

Wärmepumpe Arten: Grafik Energiebedarf Wärmepumpe

Allgemein gilt: Je niedriger der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizungswasser ist, desto weniger Energie muss der Kompressor aufwenden. Da das Erdreich und das Grundwasser auch im Winter relativ konstant hohe Temperaturen haben, sind Sole/Wasser-Wärmepumpen und Wasser/Wasser-Wärmepumpen tendenziell etwas effizienter.

Neben der Auswahl der Wärmequelle mit der höchsten Temperatur gibt es einen weiteren Ansatzpunkt, um die JAZ zu erhöhen: Legen Sie das Netz zur Wärmeverteilung so aus, dass es auch mit niedrigen Heizungswasser-Temperaturen eine ausreichende Wärmeübertragung erreicht. Dafür sind möglichst große Heizflächen nötig, die Sie zum Beispiel durch eine Fußbodenheizung erreichen.

Verschiedene Wärmepumpen-Arten im Detail

Die Wärmepumpe beinhaltet den vollständigen Prozess von der Aufnahme der Umweltenergie durch das Kältemittel bis hin zur Abgabe an das Heizungswasser. Doch je nach Art der verwendeten Wärmequelle gestalten sich die ersten Prozessschritte unterschiedlich.

Energiequellen der Wärmepumpen-Arten und wie sie erschlossen werden

Das Erdreich, die Luft und das Grundwasser sind die Wärmequellen, denen die verschiedenen Arten der Wärmepumpe im ersten Wärmetauscher Energie entziehen. In der gängigen Systematik zur Bezeichnung der Wärmepumpen stehen sie daher an erster Stelle. An zweiter Stelle kommt das Transportmedium, das die Wärme vom Kältemittel übernimmt:

Wichtigste Wärmepumpen-Arten

  • Luft/Wasser-Wärmepumpe

  • Sole/Wasser-Wärmepumpe

  • Wasser/Wasser-Wärmepumpe

  • Luft/Luft-Wärmepumpe

Herkömmliche Heizungen verteilen die vom zentralen Wärmeerzeuger bereitgestellte Energie über ein wasserführendes Netz. Pumpen befördern das Heizungswasser vom Wärmeerzeuger durch die im Haus verteilten Heizkörper und Flächenheizungen in Wänden und Böden. So ist das auch bei den meisten Wärmepumpen. Nur bei der Luft/Luft-Wärmepumpe ist das Transportmedium nicht Wasser sondern Luft.

Luft/Wasser-Wärmepumpe

Die Energiequelle der Luft/Wasser-Wärmepumpe ist die Außenluft. Sie unterliegt ganz besonders saisonalen Schwankungen. Ungünstigerweise sind die Außentemperaturen in der Regel genau dann am niedrigsten, wenn der größte Heizwärmebedarf besteht. Moderne Luftwärmepumpen lösen diesen Konflikt aber durch ausgefeilte Technik.

Anders als beim Erdreich oder Grundwasser lässt sich die Luft mit sehr geringem Aufwand ansaugen und wieder ausblasen. Dadurch, dass die Luft/Wasser-Wärmepumpe so unkompliziert und vergleichsweise günstig ist, ist sie besonders beliebt. Auch wenn Sie in der Regel etwas weniger effizient ist, als die anderen Wärmepumpen-Arten, wandelt sie die Umweltenergie sehr gut in nutzbare Wärme um. Je nach Gerätemodell können Sie auch hier auf eine JAZ von rund 4,5 kommen.

Sole/Wasser-Wärmepumpe

Erdwärmepumpen nutzen die Wärme des Erdbodens und erfordern umfangreichere Installationsarbeiten. Je nach Standort haben Sie hier die Wahl zwischen Erdkollektoren, deren Tiefe zumindest die Frostgrenze unterschreitet und Tiefenbohrungen von bis zu 100 Metern. Mit zunehmender Tiefe steigen die Temperaturen an: Herrschen in zehn Metern Tiefe 10°C, sind es in 100 Metern bereits 12°C. Durch die Leitungen der Kollektoren fließt nicht das Kältemittel, sondern die namensgebende Sole — eine frostsichere Flüssigkeit. Von ihr geht dann die Wärme auf das Kältemittel über.

Wasser/Wasser-Wärmepumpe

Grundwasser weist als Wärmequelle die besten Eigenschaften auf: Seine Temperaturen bleiben über das gesamte Jahr stabil und das auf einem hohen Niveau zwischen 8°C und 12°C. Doch die Erschließung dieses Potenzials hat ihren Preis: Hierfür müssen Sie zwei Brunnen ins Erdreich bohren lassen: Einen sogenannten Saugbrunnen, durch den das Wasser nach oben gelangt und einen Sickerbrunnen für dessen Rückführung. So tiefe Bohrungen sind zudem nicht in allen Regionen erlaubt.

Luft/Luft-Wärmepumpe

Die Luft/Luft-Wärmepumpe unterscheidet sich am deutlichsten von allen anderen Wärmepumpen-Arten. Sie kommt nur in den Gebäuden als Hauptwärmeerzeuger zum Einsatz, bei denen ein sehr geringer Wärmebedarf herrscht und die über ein Lüftungssystem verfügen. Sie saugt meist keine Außenluft an, sondern nutzt die Abluft der Lüftungsanlage als Wärmequelle.

Wärmepumpe Arten: Umweltenergie Grafik

Die verschiedenen Arten von Wärmepumpen lassen sich noch anhand vieler weiterer Kriterien abgrenzen. Nicht alle sind strombetriebene Kompressionswärmepumpen, der Markt bietet auch gasbetriebene Varianten. Daneben existieren noch sogenannte Warmwasser-Wärmepumpen. Sie nutzen die Außenluft oder beispielsweise die warme Abluft einer Gas- oder Ölheizung, um dem Trinkwasserspeicher Wärme zuzuführen.

Vorteile und Nachteile der Wärmepumpen-Arten auf einen Blick

Die Verfügbarkeit der Wärmequellen, die benötigte Wärmeleistung und weitere Standortbedingungen: Das sind die wichtigsten Kriterien, die Sie bei der Entscheidung für eine bestimmte Art der Wärmepumpe beachten sollten.

Während Sie bei der Heizung im Neubau gute Möglichkeiten haben, Gebäudehülle, Gebäudeheizung und sonstige Anlagentechnik optimal aufeinander abzustimmen, sind die Optionen bei der energetischen Sanierung meist eingeschränkt. Die beste Lösung lässt sich daher nur im Einzelfall bestimmen.

Entscheidend für den erfolgreichen Einsatz jeder Art der Wärmepumpe ist zunächst ein stimmiges Gesamtkonzept. Dennoch lassen sich allgemeine Stärken und Schwächen der universell einsetzbaren Wärmepumpen-Arten für wasserführende Zentralheizungen wie folgt auflisten.

Kriterien
Luft/Wasser-Wärmepumpe
Sole/Wasser-Wärmepumpe
Wasser/Wasser-Wärmepumpe
Wärmequelle
Luft
Erdreich
Grundwasser
Gesamtkosten
10.000 bis 15.000 Euro
18.000 bis 22.000 Euro
25.000 bis 30.000 Euro
Typische Jahresarbeitszahl
2,9
3,9
5,0
Verwendung
Hauptwärmeerzeuger in Niedrigenergiehaus oder bivalenter Betrieb mit bestehender Heizung
Betrieb als Hauptwärmeerzeuger für Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur
Betrieb als Hauptwärmeerzeuger für Systeme mit niedriger Vorlauftemperatur
Aufstellort
Innen, außen oder als Splitgerät
Innen
Innen
Vorteile
 
  • Günstige Standardlösung
  • Vergleichsweise niedriger Installationsaufwand ohne größere bauliche Maßnahmen
 
 
  • Hocheffizient
 
 
  • Hocheffizient
 
Nachteile
 
  • Effizienz auch von Außentemperaturen abhängig
  • Gelegentlich Geräuschentwicklung
 
 
  • Teure und aufwendige Bohrungen/Verlegung von Kollektoren
 
 
  • Teure und aufwendige Bohrungen
  • Genehmigungspflichtig
  • Anforderungen an Grundwasserqualität
  • Risiko der thermischen Erschöpfung der Quelle
 

 

Klar ist: Alle Arten von Wärmepumpen haben ihr individuelles Eigenschaftsprofil. Diese Unterschiede können Sie nutzen, um das für Sie optimale System auszuwählen.

Immer aktuell: Wartung von Wärmepumpen

In Ihre Wirtschaftlichkeitsbetrachtung sollten Sie die Investitions- und laufenden Kosten gleichermaßen einbeziehen. Neben den Stromkosten darf dabei auch der Wartungsaufwand nicht fehlen. Die Wärmepumpe ist in Sachen niedriger Wartungskosten der Spitzenreiter unter den Wärmeerzeugern. Schließlich kann einer der größten Posten entfallen: Wo keine Verbrennung stattfindet, braucht es auch kein Abgassystem. Die bisher vorgeschriebenen Abgasmessungen und Kehrungen werden Sie bestimmt nicht vermissen, egal auf welche Art von Wärmepumpe Sie umsteigen.

Obwohl die meisten Wärmepumpen keine regelmäßige Dichtigkeitsprüfung erfordern, sollten Sie dennoch 100 Euro für die jährliche Wärmepumpen-Wartung durch einen Heizungsbauer kalkulieren. Denn der Besuch des Handwerkers kann sich auszahlen. Er kontrolliert die Einstellungen an der Heizungsregelung und passt sie gegebenenfalls an. Damit stellt er sicher, dass die einzelnen Komponenten optimal zusammenarbeiten und die Wärmeproduktion mit dem Wärmebedarf der Bewohner übereinstimmt.

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Passende Arten von Wärmepumpen für Neubau und Sanierung

Eine wichtige Frage bei der Entscheidung zwischen den verschiedenen Arten von Wärmepumpen ist, ob Sie in einem Neu- oder Altbau wohnen.

Im Neubau haben Sie alle Möglichkeiten

Befinden Sie sich in der Planung Ihres Eigenheims, dann stehen Ihnen nahezu alle Möglichkeiten offen. Beziehen Sie den Einsatz der Wärmepumpe frühzeitig in das Gesamtkonzept ein, können Sie optimale Rahmenbedingungen schaffen, zum Beispiel:

  • Umsetzung eines hohen Dämmstandards für einen geringen Heizwärmebedarf
  • Einsatz großer Heizflächen für den Betrieb mit niedrigen Vorlauftemperaturen
  • Planung des Gartens unter Rücksichtnahme auf Sondenbohrungen, Flächenkollektoren oder die Außenaufstellung der Wärmepumpe

In einem solchen Umfeld sind Sie maximal flexibel und können sich getrost vom fossilen Wärmeerzeuger verabschieden.

Diese Arten von Wärmepumpen passen zum Altbau

Für den Altbau sind grundsätzlich alle drei gebräuchlichen Arten der Wärmepumpe geeignet. Aktuell ist die Luft/Wasser-Wärmepumpe der Liebling vieler Sanierer. Dafür sorgen vergleichsweise niedrige Investitionskosten und die Möglichkeit zur Installation einer bivalenten Hybridheizung. In einer solchen Konstellation bleibt der verbrennungsbasierte Wärmeerzeuger erhalten und unterstützt die Luft/Wasser-Wärmepumpe in Zeiten mit besonders hohem Heizwärmebedarf.

Doch bei der Bewertung der verschiedenen Arten der Wärmepumpe sollten Sie genau auf die laufenden Kosten achten. Einen guten energetischen Standard und die technische Machbarkeit vorausgesetzt, können die anderen Wärmepumpe-Arten der Luft/Wasser-Wärmepumpe auch im Altbau überlegen sein. Lesen Sie hier mehr zum Thema Wärmepumpe im Altbau.

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Egal in welchem Gebäude, in ein stimmiges Gesamtkonzept eingebunden, ist jede Art der Wärmepumpe eine besonders fortschrittliche Heizmöglichkeit. Bei einem Neubau ist die Nutzung erneuerbarer Energien sogar Pflicht, förderfähig ist der Einbau einer Wärmepumpe aber in nahezu allen Fällen. Wir raten Ihnen: Prüfen Sie Ihre Möglichkeiten und nehmen Sie eine individuelle Beratung beim Heizungsbauer Ihres Vertrauens in Anspruch.

 

1 Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V.: Wie heizt Deutschland 2019? BDEW-Studie zum Heizungsmarkt

Bundesverband Wärmepumpe e.V.: Baugenehmigungen 2018: Wärmepumpe erneut auf Platz 1

Andreas Wurm,
M.Sc.

Über den Autor

Andreas Wurm absolvierte seinen Bachelor of Science in Maschinenbau an der RWTH Aachen University und schloss einen Master in Energietechnik (Spezialisierung Erneuerbare Energien) an derselben Universität an. Nach seinem Studium war er von 2014 bis 2016 Projektingenieur in der Branche Heizungs- und Klimatechnik.

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