Wie funktioniert eine Wärmepumpe und was bedeutet Geothermie?

Eine Wärmepumpe überträgt Wärmeenergie von einer niedrigeren Temperaturquelle auf eine höhere Temperatur. Sie nutzt dabei das Prinzip des Wärmeaustauschs und arbeitet ähnlich wie ein Kühlschrank, nur in umgekehrter Richtung. Die grundlegende Funktionsweise einer Wärmepumpe basiert auf dem Kreisprozess von Verdampfung, Kompression, Kondensation und Expansion eines Kältemittels.

Diese 4 Schritte können allgemein wie folgt beschrieben werden:

1. Verdampfung: Das flüssige Kältemittel verdampft bei niedriger Temperatur (typischerweise durch die Aufnahme von Umgebungswärme). Dabei nimmt es Wärme aus einer Wärmequelle (z.B. Erde, Luft oder Wasser) auf und wird selbst gasförmig.
2. Kompression: Ein Kompressor erhöht den Druck des gasförmigen Kältemittels und damit auch seine Temperatur. Dadurch steigt die Temperatur des Kältemittels über die des Wärmequellenmediums.
3. Kondensation: Das heiße, komprimierte Kältemittel gibt seine Wärmeenergie an das Heizsystem oder das Warmwasser ab und kondensiert dabei wieder zu einem flüssigen Zustand. Diese Freisetzung von Wärmeenergie erhöht die Temperatur des Zielmediums.
4. Expansion: Das nun flüssige Kältemittel durchläuft ein Expansionsventil, das den Druck senkt und das Kältemittel wieder in den verdampfenden Zustand überführt. Der Kreislauf beginnt von vorne.

Durch diesen Kreisprozess kann eine Wärmepumpe die verfügbare Wärmeenergie aus der Umgebung (z.B. Erdwärme, Luft oder Wasser) nutzen und auf eine höhere Temperatur anheben, um ein Gebäude zu heizen oder Warmwasser zu erzeugen. Dabei ist die Effizienz einer Wärmepumpe durch den sogenannten COP (Coefficient of Performance) definiert, der das Verhältnis von abgegebener Heizenergie zur aufgenommenen Antriebsenergie angibt.

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, darunter Luft-Wasser-Wärmepumpen, Erdwärmepumpen (Geothermie) und Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Jeder Typ hat seine spezifischen Vor- und Nachteile und eignet sich für unterschiedliche Umgebungen und Anwendungen.

Vorteile einer Luft-Wasser-Wärmepumpe

1. Einfache Installation: Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe erfordert keine aufwendigen Bohrungen oder Erdarbeiten, da sie die Wärmeenergie aus der Luft nutzt. Dadurch ist die Installation in der Regel einfacher und kostengünstiger.
2. Flexibilität: Die Platzierung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe erfordert weniger Platzbedarf im Vergleich zu Erdwärmepumpen oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Dies macht sie für kleinere Grundstücke oder bereits bestehende Gebäude besser geeignet.
3. Geringere Investitionskosten: Luft-Wasser-Wärmepumpen haben in der Regel niedrigere Anschaffungskosten als andere Arten von Wärmepumpen.

Nachteile einer Luft-Wasser-Wärmepumpe

1. Witterungsabhängigkeit: Da die Luft als Wärmequelle dient, ist die Effizienz einer Luft-Wasser-Wärmepumpe stark von den äußeren Luftbedingungen abhängig. Die Leistung kann bei niedrigen Temperaturen im Winter abnehmen.
2. Geringerer Wirkungsgrad: Im Vergleich zu Erdwärmepumpen oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen haben Luft-Wasser-Wärmepumpen in der Regel einen geringeren Wirkungsgrad. Dies bedeutet, dass sie mehr elektrische Energie benötigen, um die gleiche Menge an Wärmeenergie zu erzeugen.
3. Lärmemissionen: Luft-Wasser-Wärmepumpen können Geräusche erzeugen, insbesondere wenn der Ventilator betrieben wird. Die Lärmbelastung kann je nach Standort und Umgebung störend sein.

Vorteile einer Erdwärmepumpe (Geothermie):

1. Konstante Temperaturquelle: Erdwärmepumpen nutzen die konstante Temperatur unter der Erdoberfläche als Wärmequelle. Dadurch ist ihre Leistung unabhängig von den äußeren Witterungsbedingungen und im Winter konstant.
2. Höherer Wirkungsgrad: Erdwärmepumpen haben in der Regel einen höheren Wirkungsgrad als Luft-Wasser-Wärmepumpen, da sie die stabilere Erdwärme nutzen.
3. Geringere Betriebskosten: Aufgrund des höheren Wirkungsgrads und der stabilen Wärmequelle können Erdwärmepumpen zu geringeren Betriebskosten führen.

Nachteile einer Luft-Wasser-Wärmepumpe

1. Höhere Installationskosten: Die Installation einer Erdwärmepumpe erfordert Bohrungen oder Erdarbeiten, um die Wärmetauscherrohre in den Boden zu bringen. Dies kann zu höheren Installationskosten führen.
2. Platzbedarf: Die Installation einer Erdwärmepumpe erfordert genügend Platz für die Verlegung der Erdkollektoren oder Erdsonden.
3. Genehmigungspflicht: Je nach Standort können für die Installation einer Erdwärmepumpe behördliche Genehmigungen erforderlich sein.

Vorteile einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe

1. Hoher Wirkungsgrad: Wasser-Wasser-Wärmepumpen haben in der Regel einen hohen Wirkungsgrad, da sie das konstante Temperaturniveau von Grundwasser oder oberflächennahem Wasser nutzen können. Dadurch können sie effizient Wärmeenergie erzeugen.
2. Konstante Wärmequelle: Das Grundwasser oder oberflächennahe Wasser dient als stabile und zuverlässige Wärmequelle, unabhängig von den saisonalen Schwankungen oder Wetterbedingungen. Dies ermöglicht eine gleichmäßige und konsistente Leistung der Wärmepumpe.
3. Geringe Betriebskosten: Aufgrund des hohen Wirkungsgrads und der Nutzung einer konstanten Wärmequelle können Wasser-Wasser-Wärmepumpen zu geringeren Betriebskosten führen.

Nachteile einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe

1. Höhere Installationskosten: Die Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe erfordert den Zugang zu einer Wasserquelle wie einem Brunnen, See oder Fluss. Die Errichtung eines solchen Systems kann aufgrund der erforderlichen Bohrungen, Wasserentnahme- und Ableitungsanlagen höhere Installationskosten verursachen.
2. Genehmigungsverfahren: Für die Installation einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe können behördliche Genehmigungen und Umweltauflagen erforderlich sein, insbesondere wenn eine Entnahme von Grundwasser erfolgt. Dies kann den Installationsprozess verzögern und zusätzliche Kosten verursachen.
3. Platzbedarf: Ein geeigneter Standort für die Wasser-Wasser-Wärmepumpe erfordert ausreichend Platz für die Platzierung der erforderlichen Komponenten wie Pumpen, Filter, Rohrleitungen usw.

Es ist wichtig zu beachten, dass die Vor- und Nachteile einer Wärmepumpentechnologie von verschiedenen Faktoren wie dem Standort, den örtlichen Gegebenheiten, den individuellen Anforderungen und den verfügbaren Ressourcen abhängen. Es ist ratsam, vor der Installation einer Wärmepumpe eine gründliche Bewertung der spezifischen Gegebenheiten durchzuführen und sich von Fachleuten wie einem zertifizierten Energieeffizienzexperten beraten zu lassen.

Während der Einbau einer Wärmepumpe im Neubau in der Regel technisch leicht möglich und wirtschaftlich sinnvoll ist, gilt dies im Altbau nicht immer. Informationen zur Nachrüstung von Altbauten mit einer Wärmepumpe finden Sie in diesem Blogbeitrag. Falls Sie am Ende doch erwägen, eine Bestandsimmobilie wegen der mangelnden Energieeffizienz zu verkaufen, können Sie sich gern an uns wenden. Wir beraten Sie ausführlich zu diesem Thema.

Foto: welcomia/istockphoto.com