Arten von Wärmepumpen. Welche Wärmepumpe ist die richtige für Ihr Zuhause?

Welcher Wärmepumpenart für ein Einfamilienhaus?

Eine Wärmepumpe ist heute eine gute Alternative zu klassischen Heizgeräten wie Heizkesseln und Kaminen. In den meisten Fällen – aber es gibt auch Situationen, in denen dies nicht unbedingt die beste Lösung ist oder zumindest die Vorteile der Nutzung einer WP begrenzt sein können (lesen Sie über die Besonderheiten der Installation von Wärmepumpen in alten Gebäuden mit alten Heizsystemen). Wir gehen jedoch für diesen Artikel davon aus, dass Sie sich für eine Wärmepumpe entschieden haben und vorläufig wissen, dass dies die richtige Wahl für Sie ist. Aufgrund ihres Funktionsprinzips ist eine Wärmepumpe ein völlig anderer Gerätetyp, der Ihnen eine große Auswahl bietet, was den Kauf betrifft, und dies erfordert Wissen.

✅ Die Wahl der Wärmepumpenart hängt in erster Linie davon ab, woher die WP die benötigte Energie beziehen soll, die letztlich in Wärme umgewandelt und zum Heizen verwendet wird. Es gibt im Wesentlichen drei externe Quellen, auf die sich technisch gesehen drei verschiedene Wärmepumpenarten beziehen.

Die drei grundlegenden Arten von Wärmepumpen sind ein umfassendes Thema, aber es ist grundlegendes Wissen, wenn wir von einem ernsthaften Ansatz sprechen.

1. ✔️ Verdampfen des Kältemittels – In diesem Stadium nimmt das Kältemittel (ein spezielles Medium, oft als Freon bezeichnet, aber nicht immer genau so) in der Wärmepumpe Wärme von außen auf (z. B. aus der Luft oder aus dem Wasser). Das Kältemittel ist im kühlen Zustand flüssig, verwandelt sich jedoch bei Erwärmung schnell in Gas, d.h. es ändert seinen Aggregatzustand. Dies ist das Verdampfen des Kältemittels, wobei uns mehr interessiert, dass es die Außentemperatur aufnimmt. Diese Wärme wollen wir jetzt ins Haus transportieren.
2. ✔️ Kompression des Kältemittels – Das warme Kältemittel gelangt zum Kompressor. Dort werden die Gase verdichtet, was bei hohem Druck zu einer noch höheren Temperatur führt. Durch die Kompression erreicht das Kältemittel jetzt hohe Temperaturen, bis zu 65-85 °C. Dies hängt natürlich davon ab, wie effizient die Wärmepumpe ist und welches Kältemittel verwendet wird (denn sie unterscheiden sich in Preis und Leistung). Deshalb ist es wichtig, zu verstehen, worum es geht, um eine effiziente und wirtschaftliche Wärmepumpe auszuwählen.
3. ✔️ Kondensation des Kältemittels – Das heiße Kältemittel gelangt zu einem speziellen Gerät, dem sogenannten Wärmetauscher (in diesem Fall auch Verflüssiger genannt). Durch den Wärmetauscher fließt kaltes Wasser (manchmal Luft), das mit dem heißen Kältemittel in Kontakt kommt. Es mischt sich jedoch nicht mit ihm – der Wärmetauscher hat zwei Kanäle. Was passiert – das Kältemittel gibt Wärme an das Wasser ab. Indem es Wärme verliert, kondensiert es an den Wänden des Wärmetauschers (daher wird es auch Verflüssiger genannt). Beim Eintritt in den Verflüssiger ist das Kältemittel heiß und gasförmig, beim Austritt ist es abgekühlt und wieder flüssig. Für uns ist wichtig, dass im Wärmetauscher das Wasser erwärmt wurde. Jetzt müssen wir es ins Haus transportieren, am besten in das Heizsystem (CO) oder Warmwasser (CWU).
4. ✔️ Expansion / Entspannung– Das Kältemittel dehnt sich aus und kehrt dann zum erneuten Verdichten und Erwärmen zurück.

✅ Der Prozess ist zyklisch und wiederholt sich, bis das Gebäude erwärmt ist und die Wärmepumpe sich abschaltet. Sie schaltet sich wieder ein, wenn die Sensoren feststellen, dass es notwendig ist.

Schema der Arbeitsweise einer Wärmepumpe:

1. Verdampfen des Kältemittels – erfolgt im Verdampfer, das Kältemittel nimmt Wärme aus der Wärmequelle auf (Luft, Wasser, Boden).

2. Kompression des Kältemittels – das Kältemittel wird in der Kompressionseinheit (Kompressor) verdichtet, um eine noch höhere Temperatur zu erreichen.

3. Kondensation des Kältemittels – das Kältemittel gibt seine Wärme an das Empfangsmedium (meist Wasser im Wärmetauscher Gas-Wasser, genannt Verflüssiger) ab. Dabei kondensiert das Kältemittel und geht in den flüssigen Zustand über.

4. Expansion – das Kältemittel dehnt sich aus und der Zyklus beginnt von neuem.

Wirkungsgrad von Wärmepumpen (COP)

Im Zusammenhang mit dem oben beschriebenen Prozess kann man bei der Wahl der Wärmepumpenart auf den Begriff des Wirkungsgrads von Wärmepumpen (COP - Coefficient of Performance) stoßen, der die Effizienz dieses Geräts darstellt. Es ist das Verhältnis zwischen der erzeugten Wärme und der verbrauchten Energie in Ihrer Immobilie. Je höher der Wert, desto besser.

✅ Einfach ausgedrückt: Je höher der Wirkungsgrad von Wärmepumpe (COP), desto weniger elektrische Energie wird benötigt, um mehr Wärme zu erzeugen.

Luftwärmepumpe - Die beliebteste Art?

Die Luftwärmepumpe ist in Bezug auf die anfängliche Investition wahrscheinlich die günstigste und daher am beliebtesten. Da dieser Wärmepumpentyp keine Eingriffe in den Boden oder die Umgebung der Immobilie erfordert, kann er fast überall eingesetzt werden – daher ist es möglich, dass Sie sich trotz ihrer Nachteile und nicht der besten Wirtschaftlichkeit für diese entscheiden.

Einen ausführlicheren Artikel über die Luftwärmepumpe haben wir bereits auf unserem Blog veröffentlicht.

Aus der Sicht der erzeugten Wärme gibt es zwei Varianten dieses Geräts:

• Luft-Wasser-Wärmepumpe – Diese erwärmt das Wasser in unseren Heizungsrohren (oder Warmwasserleitungen).
• Luft-Luft-Wärmepumpe – Diese erwärmt die Luft mittels spezieller Gebläse oder Heizregister.

Luft-Wasser-Wärmepumpe – der klassische Wärmepumpentyp

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist tatsächlich der beliebteste Wärmepumpentyp und der Verkaufsschlager. Die Popularität beruht auf dem Preis und der einfachen Installation. Bei diesem Wärmepumpentyp wird Energie aus der Luft gewonnen und auf das Warmwasser übertragen. Dieses gelangt dann in unsere Heizkörper und Fußbodenheizungen.

✅ Aus Sicht der Funktionalität des Geräts können zwei Arten von Luft/Wasser-Wärmepumpen unterschieden werden:

• ✔️ Monoblock-Typ – Der Kältemittelkreislauf befindet sich in der Außeneinheit (also dem Teil, der außerhalb des Gebäudes liegt), die über Rohre mit dem Innenteil der Pumpe verbunden ist.
• ✔️ Split-Typ – Eine Version, bei der sich das Kältemittel innerhalb des Gebäudes befindet (was eine Reihe von Konsequenzen hat, z. B. ist die Split-Wärmepumpe nicht der Gefahr des Einfrierens ausgesetzt).

Nachteile von Luft-Wasser-Wärmepumpen

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe hat natürlich auch ihre Nachteile, die berücksichtigt werden müssen:

• Der Stromverbrauch ist deutlich höher als bei Wärmepumpen, die Wärme aus Wasser oder dem Erdreich gewinnen – die Betriebskosten können sogar um 20-25 % höher sein (gemeint sind die Nutzungskosten).
• Verminderte Effizienz bei niedrigen Außentemperaturen – einige Wärmepumpen dieses Typs hören bei Temperaturen zwischen -12°C und -15°C auf zu arbeiten (dann schalten sie auf Heizelemente um, aber stellen Sie sich den Energieverbrauch von 8-kW-Heizelementen vor, um ein Haus bei -20°C zu heizen).
• Außeneinheiten von Luft-Wasser-Wärmepumpen erzeugen Lärm. Die Zahl der Gerichtsverfahren zwischen Nachbarn aufgrund von Lärmbelästigung durch diese Art von Wärmepumpe nimmt zu (was nur wenige wissen).
• In einigen Modellen gibt es eine erhöhte Ausfallrate des Kompressors.
• Bei Monoblock-Wärmepumpen besteht in bestimmten Regionen (wo potenziell das Risiko von Stromausfällen besteht) die Gefahr des Einfrierens der Wärmepumpe.

Glücklicherweise gibt es Möglichkeiten, dem vorzubeugen, indem Glykol und Wärmetauscher verwendet werden, um Wärmepumpen vom Wassersystem zu trennen.

Luft-Luft-Wärmepumpe – Alternative oder Zusatzheizung

Hier heizen Sie das Gebäude mit Luft und nicht mit warmem Wasser. Das bedeutet, dass dieser Wärmepumpentyp nicht an ein klassisches Heizsystem angeschlossen werden kann und auch kein Warmwasser erwärmt. Erwärmte Luft wird mittels spezieller Gebläse und Heizregister, die Klimaanlagen ähneln, verteilt.

Ein Vorteil ist sicherlich die Möglichkeit, im Sommer die Luft zu kühlen, da sie auch als Klimaanlage fungieren kann. Die Funktionsweise von Wärmepumpen und Klimaanlagen ist so ähnlich, dass in vielen Ländern, einschließlich bei uns, Klimaanlagen erfolgreich zu Wärmepumpen umgebaut werden.

Unserer Meinung nach empfehlen wir die Luft-Luft-Wärmepumpe eher als Zusatzheizung. Sie kann sich eventuell in kleineren Gebäuden bewähren.

Nachteile der Luft-Luft-Wärmepumpe

Leider hat die Luft-Luft-Wärmepumpe einige erhebliche Nachteile in ihrer Anwendung:

• Enges Anwendungsspektrum
• Heizung nur der Luft
• Erfordert in jedem Raum ein Gebläse (nicht immer ist Platz dafür vorhanden, es ist nicht immer ästhetisch usw.)
• Luftheizung kann die Luft austrocknen

Erdwärmepumpe

Die Erdwärmepumpe, die Energie aus dem Erdreich gewinnt, ist eine weitere effiziente Methode zur Beheizung von Einfamilienhäusern, aber auch von großen und kommerziellen Gebäuden. Sie bietet zahlreiche Vorteile, insbesondere hinsichtlich Effizienz und Betriebskosten. Allerdings muss man sich auf umfangreichere Erdarbeiten vorbereiten und ausreichend Platz für diese Art von Wärmepumpe bereitstellen. Wenn all dies vorhanden ist, erhält man eine sehr wirtschaftliche Energiequelle. Allerdings muss man sich das auch leisten können.

Erdwärmepumpen gewinnen Wärme aus dem Boden, das ist offensichtlich, aber wie gelangt man an diese Wärme? Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten: Entweder baut man einen sogenannten oberflächennahen Erdwärmetauscher, der in einer bestimmten Tiefe unter der Erdoberfläche verlegt wird (das ist die erste Art von Erdwärmepumpe) oder man bohrt einen geothermischen Brunnen.

Erdwärmepumpe mit oberflächennahen Erdwärmetauschern

Unter einer Erdwärmepumpe, die Wärme aus der Erdoberfläche gewinnt, versteht man ein weit verzweigtes Netz aus Kunststoffrohren, das im Erdreich verlegt ist – dies wird als Erdwärmetauscher bezeichnet. In diesen Rohren zirkuliert eine spezielle Mischung aus frostschutzmittelbasierten Medien auf Glykolbasis. Das System nutzt die Tatsache, dass die Temperatur unter der Erdoberfläche normalerweise stabil ist. Diese Energie wird zusätzlich von der Sonne gespeist und wird niemals erschöpft sein.

Ein Vorteil dieser Art von Wärmepumpe ist das null Geräuschpegel und der geringere Stromverbrauch.
✅ Der Energieverbrauch ist sogar um 20-30% geringer als bei Luft-Wasser-Wärmepumpen.

Nachteile von Erdwärmepumpen mit oberflächennahen Erdwärmetauschern

• Leider müssen Sie, um genügend Wärmeenergie für ein großes Haus zu gewährleisten, einen großen Teil Ihres Grundstücks für die Rohre des Erdwärmetauschers reservieren. Auf diesem Gelände dürfen Sie anschließend keine Arbeiten durchführen, nichts bauen oder sogar Bäume pflanzen. Es wird geschätzt, dass für die Beheizung eines 150 m² großen Gebäudes bis zu 350-450 m² Grundstück benötigt werden. Es gibt auch Schätzungen, dass eine Pumpe mit einer Leistung von 10 kW etwa 300 m² benötigt. Aus diesem Grund müssen viele Stadtbewohner diese Option verwerfen.

• Aufgrund des oben genannten ist es schwierig, dieses System an bereits bestehende Gebäude und bereits genutzte Grundstücke anzupassen.