Wärmepumpenarten - Der Wärmepumpen-Vergleich

1. Klassifizierung nach Wärmeträger

Im ersten Teil dieser Serie, dem Artikel Die Wärmepumpe: Funktion und Nutzen, wurde gezeigt, wie eine Wärmepumpe grundlegend arbeitet und auf welche Weise dabei der Wärmekreislauf abläuft, in den sie integriert ist. Dabei wurde auch festgestellt, dass die Wärmepumpe nur Teil eines Systems ist, das in der Regel aus drei Kreisläufen besteht: dem Wärmequellenkreislauf, dem Wärmepumpenkreislauf und dem Wärmenutzungskreislauf.

Als komplettes System, das alle drei Kreisläufe umfasst, lassen sich die Wärmepumpenarten hierbei durch die Art der Wärmeträger klassifizieren, zwischen denen sie vermitteln. So wie die Wärmepumpe auf ein Kältemittel wie FKW (Fluorkohlenwasserstoff) angewiesen ist, um ihren Kreislauf zu betreiben, benötigen auch Wärmequellen- und Wärmenutzungskreislauf ein entsprechendes, wärmespeicherndes Trägermedium. Im gewöhnlichen Fall einer Luftwärmepumpe wird z.B. die eingesogene Außenluft um den Verdampfer geleitet und wieder abgeführt. Die aufbereitete Wärme wird danach von der Wärmepumpe an einen Heizwasserkreislauf abgegeben. Man spricht in diesem Fall von einer Luft-Wasser-Wärmepumpe. Bei Erdwärmepumpen dagegen wird die Energie dem Erdboden durch ein Rohrsystem entzogen, das mit einem durch Frostschutzmittel versetzten Wassergemisch, auch Sole genannt, befüllt ist. So gelangt sie dann zur Wärmepumpe. Wird die Wärme wiederum an einen Heizwasserkreislauf weitergereicht, lässt sich hier von einer Sole-Wasser-Wärmepumpe sprechen. Liegt eine Grundwasserwärmepumpe vor, so wird Wärmeenergie vom Grundwasser direkt an die Wärmepumpe übertragen. Hier handelt es sich um eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe.

Hinweis: In Passivhäusern wird das Konzept der Wärmepumpe gerne mit dem Belüftungssystem verknüpft. Hierbei wird die zugeführte Frischluft vor der Verteilung im Haus über einen Plattenwärmetauscher mit Wärme aus der Abluft aufgeheizt. Man spricht von einer Luft-Luft-Wärmepumpe. Die vergleichsweise geringe Heizleistung dieser Art von Wärmepumpe ist aber nur bei einer optimalen Dämmung effektiv.

Luftwärmepumpen

Die sogenannten Luftwärmepumpen sind die am weitesten verbreitete Art von Wärmepumpe, denn sie stellen auch die mit Abstand günstigsten Modelle dar. Das liegt vornehmlich daran, dass zu ihrer Konstruktion keine Erdarbeiten erforderlich sind. Als Wärmequelle nutzen sie die Außenluft, aus der sie selbst bei 0 Grad Außentemperatur noch einige Grad an Wärme gewinnen können. Dazu wird im Garten eine Ansaugvorrichtung aufgestellt, die einem Klimagerät ähnelt. Dieser Außenaufbau ist zugleich das Markenzeichen der Luftwärmepumpe. Über einen Ventilator wird die Außenluft angesaugt und am Verdampfer der Pumpe vorbei geleitet. Dabei gibt die Luft Wärmeenergie an das Kältemittel der Wärmepumpe ab. Anschließend wird die abgekühlte Luft wieder herausgeblasen. Die gewonnene Wärme dagegen wird von der Wärmepumpe aufbereitet und an den Heizkreislauf weitergeleitet.

Die Luftwärmepumpe ist unschlagbar, wenn es um den Preis geht, und dank ihrer wenig aufwändigen Bauweise auch für eine kurzentschlossene Nachrüstung geeignet. Allerdings kann der Ventilator im Garten eine durchaus wahrnehmbare Geräuschkulisse erzeugen, die empfindlichen Naturen weniger gefallen dürfte. Außerdem stellen einige Wärmepumpen bereits bei -8 Grad Celsius den Betrieb ein; auch wenn andere Hersteller sich mit Betriebstemperaturen bis -20 Grad rühmen. In der Regel bedarf es aber mit Rücksicht auf strengere Winter eines sekundären Heizsystems, um den durchgängigen Heizbetrieb sicherzustellen. Zudem sollten die Lamellenwärmeüberträger über Enteisungsmaßnahmen verfügen, damit sie optimal arbeiten können. Hier lauern weitere Verbraucher mit zusätzlicher Leistung!

Grundwasserwärmepumpen

Wasserwärmepumpen arbeiten als Wärmequelle mit dem Grundwasser, das sie zur Anlage heranpumpen und dem sie einige Grad an Wärme entziehen. Da das Grundwasser eine konstante Temperatur zwischen ca. 8-12 Grad – je nach geographischer Lage – aufweist, funktioniert der Energiegewinn bei Wasserwärmepumpen ebenso störungsfrei wie bei Erdwärmepumpen. Pro kW Heizleistung ist allerdings ein Durchstrom von 200 l/h Voraussetzung. Schwache Grundwasservorkommen eignen sich hierfür also nicht. Zudem darf das Wasser nicht zu eisenhaltig sein, da sonst stets eine Verschlammung des Pumpensystems droht. In Sachen Effizienz stehen Grundwasserwärmepumpen bei einem Wärmepumpen-Vergleich allerdings noch besser da als Erdwärmepumpen. Mit Brunnenanlagen und zusätzlichen Antriebsmodulen gehören sie jedoch auch zu den teuersten Einrichtungen im Segment der Wärmepumpen.

Denn auch in diesem Fall sind zunächst massive und genehmigungspflichtige Konstruktionsarbeiten im Erdboden zu verrichten, die eigentlich nur bei sofortiger Berücksichtigung im Falle eines Hausneubaus realisiert werden können. Die Anlage erfordert zwei Brunnenschächte, die bis 2 m unter den tiefsten saisonalen Wasserpegel reichen müssen. Über einen Förderbrunnen wird das Grundwasser zunächst abgeschöpft und per separatem Kreislauf am Verdampfer der Wärmepumpe entlang geführt. Danach fällt es über einen Sickerschacht oder auch einen Schluckbrunnen wieder auf Grundwasserniveau herab. Durch die Leistungsaufnahme der Wasserpumpe im Förderbrunnen ist bei einer solchen Anlage ein höherer Gesamtverbrauch des Systems zu veranschlagen, was sich negativ auf die Energiebilanz auswirkt. Liegt das Grundwasser tiefer als 15 m, zahlt sich das für die Energiebilanz nur noch selten aus. Dafür handelt es sich bei der Grundwasserwärmepumpe ein zuverlässiges System, das ausreichend Wärmeertrag bringt, um monovalent arbeiten zu können. Doch Moment! Was bedeutet das?