So könnte Erdwärme genutzt werden, um ein Haus zu heizen.Foto: iStock

Die Heizung der Zukunft: Wärmepumpen

Von 19. August 2021 Aktualisiert: 17. August 2021 7:51
Wärmepumpen sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende, sie gelten als Heizungstechnik der Zukunft. Die technischen Anwendungsmöglichkeiten sind äußerst vielfältig. Was steckt dahinter? Was können sie leisten?

Bei Wärmepumpen werden in Eigenheimen oder auch Mehrfamilienhäusern keine Rohstoffe wie Öl oder Gas verbrannt, sie werden mit Strom betrieben. Ein Großteil der Energie wird aus der Umgebungswärme genommen. Im Prinzip gibt es dabei drei Systeme: Luft, Erdwärme oder Grundwasser, möglich ist aber auch die Nutzung von Abwärme technischer Anlagen.

Eine „Luftheizung“ bedeutet, dass außerhalb des Hauses ein Kasten steht, der Luft ansaugt. Erdwärme nutzt Kollektoren, die flach im Erdreich liegen oder Tiefensonden, die 50 bis 100 Meter oder mehr in den Boden reichen können. Im dritten Fall wird die Wärme des Grundwassers oder der Kanalisation genutzt. Im Haus wird zusätzlich zu den Außenanlagen eine etwa kühlschrankgroße Wärmepumpe installiert.

Wie funktioniert das?

Die Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank. Das Wirkprinzip ist identisch, nur liegt die kalte Seite außen und die warme Seite (die Abwärme des Kühlschranks) dient der Heizung. Durch das System von Wärmepumpe und Kollektoren oder Sonden fließt ein Kältemittel. Diese Flüssigkeit, die sogenannte Sole, ist frostsicher und kann Wärme sehr gut aufnehmen. Wenige Meter unter der Oberfläche ist der Boden ganzjährig etwa acht bis zehn Grad Celsius warm. Das Kältemittel ist kälter und nimmt daher im Boden Wärme auf.

Anschließend wird die leicht erwärmte Flüssigkeit zurückgeleitet und in einem Kompressor in der Wärmepumpe verdichtet. Dadurch steigt der Druck der Flüssigkeit und die Temperatur erhöht sich auf 30, 40 oder 50 Grad Celsius. Nun fließt die heiße Flüssigkeit in die Heizung oder Warmwassererzeuger. Die Temperatur sinkt. Zurück in der Wärmepumpe sorgt ein Entspannungsventil für den Druckausgleich, wobei sich das Kältemittel deutlich abkühlt, sodass es wieder Wärme aus der Umgebung aufnehmen kann – der Kreislauf beginnt von Neuem.

Dasselbe Prinzip funktioniert auch mit sogenannten Luft-Wärmepumpen, wenn die Außenluft die Wärmequelle darstellt. Entsprechend den Temperaturen im Sommer und Winter schwanken dabei Wärmeausbeute und Energiebedarf. Ist der Boden beispielsweise aufgrund vulkanischer Anomalien deutlich wärmer, kann mit Erdwärme auch Wasserdampf erzeugt werden, der über eine Dampfturbine einen Generator antreiben kann.

Wie sind die Kosten?

Die Anschaffungskosten für den privaten Heizbedarf liegen in Deutschland je nach System und Leistung zwischen 10.000 und 30.000 Euro. Für ein durchschnittliches Eigenheim liegt eine Luftheizung meist zwischen 12.000 und 17.000 Euro (es fallen keine Erdarbeiten an), sie ist ein wenig ineffizienter und hat etwas höhere Stromkosten. Erdwärme (Sole-Wärmepumpen) oder Wasser-Wärmepumpen kosten etwa 20.000 bis 25.000 Euro.

Umgebungswärme zählt als erneuerbare Energie und erfüllt die Anforderungen der EnEV. Mit dem Marktanreizprogramm und dem Anreizprogramm Energieeffizienz werden Wärmepumpen vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) mit bis zu 35 Prozent der förderfähigen Kosten bezuschusst. Maximal werden 21.000 Euro gezahlt.

Die Nutzung von Grundwasser und Erdwärme muss von den Unteren Wasserbehörden genehmigt werden, in Wasserschutzgebieten werden keine Genehmigungen für Erstere erteilt. Bei der Nutzung von Erdwärme wird zuvor die Bodenbeschaffenheit geprüft. Luftwärmepumpen sind im Regelfall genehmigungsfrei.

Vor- und Nachteile

Die Effizienz der Wärmepumpen gilt als gut, schwankt jedoch je nach Anwendungsbereich. Je geringer die Zieltemperatur der Heizung oder des Warmwassers sind, desto günstiger arbeiten Wärmepumpen. Je nach Anlage und Anwendung kommen dabei 60 bis 80 Prozent der benötigten Energie aus der Umgebung, der Rest wird als Strom für die Pumpe und Kompressor benötigt. Der Wirkungsgrad liegt bei über 100 Prozent: Eine Einheit Strom liefert etwa drei bis fünf Einheiten Wärme.

Auch wenn es nur ein paar Grad Celsius sind, entziehen Erdwärme und Co. der Umgebung Wärme. Diese Wärme muss beispielsweise durch Grundwasser oder Sonne wieder aufgefüllt werden. Eine dauerhafte Abkühlung kann zur Vereisung des Bodens führen. Dadurch wird der Wärmetransport im Boden gestört, was den Wirkungsgrad der Wärmepumpen deutlich verschlechtert.

Wärmepumpen erhöhen den Strombedarf und die Abhängigkeit vom Netz. Da die Strompreise stetig ansteigen, ist dies nicht irrelevant für Mieter und Eigenheimbesitzer. Einige Firmen bieten bereits Kombinationen mit Photovoltaikanlagen an, die den Strom für die Wärmepumpe liefern. Dabei ist ein ausreichender Strom- und Wärmespeicher zu berücksichtigen, die die Investitionskosten deutlich erhöhen. Der Vorteil ist die weitgehende Unabhängigkeit der Heizung vom Strom- und/oder Wärmenetz.

Ein anderer, oft genannter Nachteil ist das Vorurteil, dass Wärmepumpen zu laut sind. Das trifft nicht überall zu, moderne Wärmepumpen arbeiten mit sehr leisen Kompressoren und sind kaum lauter als ein Kühlschrank oder Ventilator. Zudem kann ein passender Standort zwar die Lautstärke der Anlage nicht reduzieren, aber die Störungen von Bewohnern und Nachbarn minimieren.



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