Wärmepumpen

Im Hinblick auf die steigenden Energiekosten und die vergangende Gas-Krise ist die Suche nach effizienten und umweltfreundlichen Heizungsalternativen zu Öl und Gas von großer Bedeutung. Eine Möglichkeit hierbei sind Wärmepumpen. Sie gelten als moderne und nachhaltige Alternative zu herkömmlichen Heizsystemen und sind in den letzten Jahren immer beliebter geworden. In diesem Artikel wollen wir Ihnen als Hausbesitzer einen Überblick über diese innovative Heiztechnologie geben und aufzeigen, welche Vorteile und Herausforderungen mit ihrer Nutzung verbunden sind.

Im Folgenden Vergleiche ich Wärmepumpen vor allem mit Öl-Heizungen. Insbesondere bei Fernwärme / Nahwärme würden die Vergleiche deutlich anders aussehen.

Warum Wärmepumpen geil sind

Wärmepumpen sind für Hausbesitzer eine attraktive Heizoption aus folgenden Gründen:

1. Energiesparend: Wärmepumpen sind äußerst energieeffizient und können zu erheblichen Einsparungen bei den Heizkosten führen. Im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen, die auf der Verbrennung fossiler Brennstoffe basieren, können Wärmepumpen die Energie aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser nutzen, um Gebäude zu beheizen.
2. Wartungsarm: Im Gegensatz zu konventionellen Heizsystemen, die regelmäßige Wartung und Brennstofflieferungen erfordern, benötigen Wärmepumpen keine Brennstofflieferungen oder Lagerung und sind somit wartungsärmer.
3. Platzsparend: Im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen, die Platz für Öltanks oder Holzlager benötigen, haben Wärmepumpen einen geringeren Platzbedarf.
4. Emissionsarm: Wenn man Öl nutzt, riecht man das in dem Raum. Wenn man Holz verbrennt, kann man höhere Feinstaub-Werte in der Umgebung messen. Das ist nicht gut für die eigene Gesundheit.

Auch wenn die Anschaffungskosten für eine Wärmepumpe zunächst höher sein können als für konventionelle Heizsysteme, so können sich die Investitionen langfristig durch die Ersparnis bei den Heizkosten amortisieren.

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist eine Heizungsanlage, die thermische Energie aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser nutzt, um ein Gebäude zu beheizen. Die Funktionsweise beruht auf dem Prinzip des Kältemittelkreislaufs, der durch Verdampfung und Kondensation von Kältemittel erfolgt.

Die Wärmepumpe nimmt Wärmeenergie aus der Umgebung auf und erhöht die Temperatur durch Verdichtung des Kältemittels. Die dadurch erzeugte Wärme wird dann über einen Wärmetauscher an das Heizsystem des Gebäudes übertragen. Dadurch wird die Raumtemperatur erhöht und das Gebäude beheizt.

Im Sommer kann die Wärmepumpe auch zur Kühlung genutzt werden, indem sie die Wärmeenergie aus dem Gebäude entzieht und nach außen abführt.

Arten von Wärmepumpen

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, die sich hauptsächlich in der Art der genutzten Energiequelle und der verwendeten Technologie unterscheiden.

Luft-Luft-Wärmepumpen nutzen die Energie der Außenluft und geben die erzeugte Wärme direkt an die Raumluft ab. Ein Quick-Connect System macht die Installation einfacher. Nach EU Verordnung 517/2014 darf nur ein zertifiziertes Unternehmen Klimageräte in Betrieb nehmen. Eingebaut werden können solche Wärmepumpen von Klimaanlagen-Bauern / Kältetechnikern, aber auch Heizungsbauer. Man benötigt einen "Kälteschein".

Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Energie der Umgebungsluft und sind am häufigsten in Wohngebäuden zu finden.

Erdwärmepumpen nutzen die Energie des Erdreichs und sind besonders effizient, aber auch teurer in der Installation.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen das Grundwasser und sind ebenfalls effizient, aber können aufgrund von Umweltauflagen schwieriger zu installieren sein.

Hybrid-Wärmepumpen kombinieren die Vorteile von zwei verschiedenen Energiequellen, wie z.B. Luft und Erdreich, um die Effizienz zu maximieren.

Jede Art von Wärmepumpe hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, und die Wahl hängt oft von den örtlichen Gegebenheiten und dem individuellen Energiebedarf ab.

Erdwärmepumpen

Erdwärmekollektoren sind eine Möglichkeit, um die Wärmeenergie aus dem Erdreich für eine Wärmepumpe zu nutzen. Dabei wird in der Regel ein geschlossenes Rohrsystem in einer Tiefe von etwa 1,5 bis 2 Metern in der Erde verlegt. Die Rohre sind mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit gefüllt und nehmen die Wärmeenergie aus dem Erdreich auf. Diese wird dann an die Wärmepumpe weitergegeben, die sie zur Beheizung des Hauses nutzt. Erdwärmekollektoren eignen sich besonders für Neubauten, da der Einbau bei bereits bestehenden Gebäuden aufwändiger sein kann. Allerdings ist auch hier eine Heizlastberechnung notwendig, um die erforderliche Größe des Kollektorsystems zu bestimmen. Laut bodenwelten.de benötigt man für eine Heizleistung von 6kW ca. eine Fläche von 300m².

Erdwärmekörbe sind eine weitere Möglichkeit zur Nutzung der Erdwärme als Energiequelle für Wärmepumpen. Im Gegensatz zu Erdwärmekollektoren oder Erdwärmesonden, die horizontal oder vertikal im Boden verlegt werden, werden bei der Nutzung von Erdwärmekörben Löcher in den Boden gebohrt und mit einem geschlossenen Rohrsystem ausgefüllt. Die Länge und Anzahl der Körbe hängen von der benötigten Heizleistung ab. Im Allgemeinen sind Erdwärmekörbe in der Regel tiefer als Erdwärmekollektoren (bei ca. 2m-4m Tiefe, Quelle), da die Temperatur unter der Frostgrenze des Bodens geringeren Schwankungen unterliegt (Quelle). Erdwärmekörbe sind in der Regel für die Bodenklassen 1-4 nach VOB/DIN 18300 geeignet und werden idealerweise in wasserspeichernde Untergründe verbaut.

Eine Alternative zu Erdwärmekollektoren sind Erdwärmesonden. Bei dieser Methode werden senkrecht in den Boden gebohrte Rohre verwendet, um die Wärmeenergie aus dem Erdreich zu gewinnen. Diese Art von Wärmepumpen-System ist effektiver als Erdwärmekollektoren, da sie in größeren Tiefen platziert werden können und somit eine konstantere Temperaturquelle bieten. Hierbei werden in der Regel Bohrlöcher von etwa 50 bis 200 Metern Tiefe in den Boden gebohrt. Ab einer Tiefe von etwa 15 Metern ist die Bodentemperatur konstant bei etwa 8 bis 12 Grad Celsius, was für eine effiziente Nutzung mit Wärmepumpen ausreichend ist. Die Installation von Erdwärmesonden erfordert jedoch spezielle Bohrgeräte und ist in der Regel teurer als die Installation von Erdwärmekollektoren.

Tiefengeothermie ist eine Form der Geothermie, bei der Wärme aus tiefen Gesteinsschichten gewonnen wird. Im Gegensatz zu den vorherigen Methoden, bei denen Wärme aus den oberen Bodenschichten oder dem Grundwasser gewonnen wird, kann bei der Tiefengeothermie auf Temperaturen jenseits der 100 Grad Celsius zugegriffen werden. Dazu werden Bohrungen bis in eine Tiefe von mehreren Kilometern vorgenommen, um an das heiße Gestein zu gelangen. Die Wärme wird dann mithilfe von Wärmetauschern und einer Wärmepumpe genutzt. Da diese Methode sehr aufwendig ist und hohe Investitionskosten verursacht, wird sie vor allem in industriellen Anwendungen genutzt.

Diese Temperaturen können je nach geologischen Bedingungen und Standort variieren. Es ist wichtig zu beachten, dass die Temperaturen bei Tiefengeothermie-Systemen im Vergleich zu flacheren Systemen höher sind, was sie zu einer vielversprechenden Energiequelle für die Strom- und Wärmeerzeugung macht.

Zusammenfassen kann man sagen: Man spricht je nach Tiefe von unterschiedlichen Technologien (Quelle):

• 0 - 20m: Erdwärme-Kollektoren / Zwei-Brunnen-System
• 20 - 200m: Flache Erdwärme-Sonde
• 400m - 2000m: Tiefe Erdwärme-Sonde
• 2000m - 3000m: Hydrothermale Dublette
• 4000m - 5000m: Hot-Dry-Rock

Die Auswahl der Richtigen Wärmepumpe

Benötigte Heizleistung berechnen

Die Heizlastberechnung nach DIN 12831 ist eine Methode, um die benötigte Heizleistung eines Gebäudes anhand des Verbrauchs zu berechnen. Hierbei werden verschiedene Faktoren wie die Größe und Form des Gebäudes, die Dämmung, die Fenster und Türen sowie die Art der Nutzung berücksichtigt. Ziel ist es, eine möglichst genaue Abschätzung der benötigten Heizleistung zu ermitteln, um eine passende Wärmepumpe auswählen zu können. Die Heizlastberechnung kann entweder manuell oder mit speziellen Softwareprogrammen durchgeführt werden. Es ist empfehlenswert, die Berechnung von einem Fachmann durchführen zu lassen, um eine genaue und zuverlässige Einschätzung zu erhalten.

Die wesentlichen Einflussfaktoren bei der Heizlastberechnung nach DIN 12831 sind unter anderem:

• Die Gebäudegeometrie und -ausrichtung
• Die Größe und Anzahl der Fenster und Türen
• Die Art und Qualität der Wärmedämmung
• Die Art der Nutzung (z.B. Wohngebäude, Bürogebäude, Gewerbegebäude)
• Die Anzahl der Bewohner oder Nutzer
• Die Norm-Außentemperatur
• Die beheizte Wohnfläche

Eine Faustformel zur groben Abschätzung der benötigten Heizleistung besagt, dass man etwa 100 Watt pro Quadratmeter Wohnfläche für ein durchschnittlich gedämmtes Einfamilienhaus rechnen kann. Allerdings ist diese Faustformel nur als grobe Orientierung zu verstehen und ersetzt keinesfalls eine genaue Heizlastberechnung nach DIN 12831.

Etwas besser geht es mit waermepumpe.de. Dort würde ich bei meinem Haus auf 9.3 kWh nach Baualtersklasse und auf 7.2 kWh nach Jahresverbrauch kommen.

heizsparer.de gibt auch eine Formel an:

• Wohnfläche: 155m²
• Norm-Außentemperatur ermitteln: -13.3°C
• Wunschtemperatur: 25°C
• U-Wert des Hauses: 2.83 W/(m² * K)

Ergibt:

• Temperatur-Delta: (25°C - (-13.3°C) ) = 38.3°C = 38.3 K
• Benötigte Heizleistung: 2.83 W/(m² * K) * 155m² * 38.3 K = 16.8 kW

Kosten

Die Anschaffungs-, Wartungs- und Betriebskosten sind wichtige Faktoren bei der Wahl der passenden Wärmepumpe. Im Folgenden werden diese Kostenfaktoren im Vergleich der verschiedenen Wärmepumpentypen betrachtet.

Ich runde im folgenden auf ganze 50€ auf. Mich interessiert der SCOP bei einer Vorlauftemperatur von 55°C.

Der Vergleich würde deutlich besser ausfallen, wenn man anstelle der 0.33€/kWh an Strom des Energieversorgers den eigenen Strom der Solarzelle nehemen würde. Oder wenn man mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur auskommen würde.

Laut Andreas Schmitz kann man die Installation der Luft-Luft-Wärmepumpe auch selbst machen. Man braucht eine Mauernutfräse (ca. 100€) und eine 50mm-Diamant-Bohrkrone (50€) für die Kernbohrung. Dann muss der Fachmann es vor der Inbetriebnahme nur noch abnehmen.

Anschaffungs- und Installationskosten

Die Anschaffungskosten für Wärmepumpen variieren je nach Art und Größe der Anlage. Grundsätzlich sind Luft-Luft-Wärmepumpen am günstigsten, gefolgt von Luft-Wasser-Wärmepumpen und Sole-Wasser-Wärmepumpen. Erdwärmesonden und Tiefengeothermie-Systeme sind in der Regel am teuersten, da sie aufwendiger zu installieren sind. Die Kosten für eine Wärmepumpe können auch von der Leistung, Effizienz und der Marke abhängen.

In Deutschland gibt es verschiedene Förderprogramme, die den Einsatz von Wärmepumpen in Gebäuden unterstützen. So bietet beispielsweise das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) finanzielle Zuschüsse für den Einbau von Wärmepumpen an, insbesondere im Rahmen des Programms zur Förderung von erneuerbaren Energien im Wärmemarkt (MAP). Auch die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) bietet verschiedene Fördermöglichkeiten an, die den Einsatz von Wärmepumpen fördern, insbesondere im Bereich der energetischen Gebäudesanierung. Die genauen Förderbedingungen und -höhen sind jedoch von verschiedenen Faktoren abhängig, wie zum Beispiel der Art der Wärmepumpe, der Größe des zu beheizenden Gebäudes und der geplanten Maßnahme. Interessierte sollten sich daher im Vorfeld genau über die verschiedenen Fördermöglichkeiten informieren.

Energetische Sanierungen kann man von der Einkommenssteuer absetzen - auch fürs Eigenheim. Das sind 20% und bis zu 40.000 €. Leider kann man nur entweder ein Förderprogram oder den Steuervorteil nutzen (Quelle).

Wartungskosten

Die Wartungskosten für Wärmepumpen sind sehr unterschiedlich und hängen von verschiedenen Faktoren ab, wie der Art der Wärmepumpe, der Größe, dem Alter und der Nutzungsdauer. Grundsätzlich haben Luft-Luft-Wärmepumpen die niedrigsten Wartungskosten, da sie weniger komplexe Teile als andere Wärmepumpen haben. Luft-Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpen benötigen mehr Wartung, da sie Systeme wie Luft- oder Wasserfilter haben, die regelmäßig ausgetauscht werden müssen. Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden und Erdwärmekörbe erfordern weniger Wartung, da sie im Boden installiert sind und keine beweglichen Teile haben. Tiefengeothermie-Systeme sind am komplexesten und erfordern die meisten Wartungskosten, da sie tiefe Bohrungen und komplexe Ausrüstungen erfordern. Insgesamt können die Wartungskosten für eine Wärmepumpe je nach Typ und Größe zwischen 100 und 500 Euro pro Jahr betragen. Es ist wichtig, regelmäßig Wartungsarbeiten durchzuführen, um eine optimale Leistung und eine längere Lebensdauer der Wärmepumpe zu gewährleisten.

Bei der Wartung muss das Kältemittel aufgefüllt/ausgetauscht werden, die Dichtigkeit geprüft werden, die Anlage gereinigt und Desinfiziert werden, und ggf. Filter ausgetauscht werden.

Bei Öl- und Gasheizungen muss der Schornsteinfeger regelmäßig kommen. Das fällt komplett weg, wenn man ausschließlich Wärmepumpen nutzt.

Betriebskosten

Die Betriebskosten einer Wärmepumpe hängen von drei Faktoren ab:

• Die benötigte Wärmeleistung
• Die Effizienz der Wärmepumpe
• Die Kosten für Strom

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch den COP (Coefficient of Performance) angegeben, welcher das Verhältnis von abgegebener Wärme zu aufgenommener Energie angibt. Ein höherer COP bedeutet eine höhere Effizienz der Wärmepumpe, da mehr Wärme aus der selben Menge an Energie erzeugt wird. Die Effizienz einer Wärmepumpe wird jedoch von verschiedenen Faktoren beeinflusst, wie beispielsweise der Außentemperatur, der Größe des zu beheizenden Raums, der Wahl der Wärmequelle und dem Systemdesign. Es ist daher wichtig, die Effizienz einer Wärmepumpe sorgfältig zu bewerten, um sicherzustellen, dass sie die Energieeffizienz-Anforderungen des Hauses erfüllt.

Der SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) liefert hier realistischere Werte. Genau wie der COP sagt er wie viel Heizleistung man für den eingesetzten Strom bekommt. Ein SCOP=4 bedeutet also, dass man im Mittel für 1kWh Strom ganze 4kWh Wärme bekommt.

Luft-Luft Wärmepumpen haben einen SCOP von 4 bis 5.5. Die Daikin Perfera 25R hat einen SCOP von 5.2

Die Jahresarbeitszahl bezieht sich dann auf ein konkretes Haus. Das ist der wohl interessanteste Wert, allerdings kann man diesen naturgemäß nicht in Datenblättern von Klimaanlagen nachlesen.

Der Übergang von Öl auf Strom

Andreas Schmitz hat in seinem Video DIY Heizung: Günstige Alternative zur Wärmepumpe für den Altbau ein paar interessante Sachen gezeigt:

• Parallelbetrieb: Er nutzt eine Öl-Heizung mit Luft-Luft-Wärmepumpen im Parallelbetrieb. Dadurch kann er die Öl-Heizung im ganzen Jahr im Sommer-Modus laufen lassen.
• Kachelofen: Wenn es richtig kalt wird nutzt er einen Kachelofen. Das bedeutet, er kann die wenigen Tage im Jahr die unter -10°C liegen und damit die Effizienz der Wärmepumpe kaputt machen überbrücken.
• Brauchwasserwärmepumpe: Im Keller ist es ganzjährig deutlich über 0°C, aber es könnte auch ohne Probleme kälter sein. Man könnte z.B. einen Kühlraum machen. Die Stiebel Eltron Warmwasser-Wärmepumpe WWK 220 kostet z.B. 2600€. Sollte die Ölheizung kaputt gehen kann man sie durch eine Brauchwasserwärmepumpe ersetzen. Damit kann man den Öltank komplett leeren bzw. die Lebensdauer der Ölheizung komplett ausreizen. Durch die Luft-Luft Wärmepumpen wird man auf keinen Fall im kalten sitzen, aber ggf. eine Weile kalt duschen.

Fazit

Wärmepumpen sind ziemlich cool - sie verursachen keinen Feinstaub, verschmutzen nicht das Wasser, stinken nicht, und brauchen wenig Platz. Über den Geräuschpegel muss man sich bei der Platzierung von Split-Klimaanlagen Gedanken machen. Ach ja, sie können im Sommer kühlen!

Die hohen Anschaffungskosten und die notwendige niedrige Vorlauftemperatur für wirklich gute SCOP-Werte machen die Sache wirtschaftlich für Altbauten leider nicht so eindeutig. Dabei ist allerdings noch nicht die Förderung berücksichtig. Mit Förderung ist es klar: Wärmepumpen lohnen sich auch im Altbau. Wenn man zusätzlich noch eine Fußbodenheizung und/oder Solarzellen hat, ist es eine runde Sache.