Wärmepumpen: Funktionsweise, Arten & Einsatzmöglichkeiten

• Aufgrund des reduzierten CO₂-Ausstoßes stellen Wärmepumpen eine nachhaltige Heiztechnologie dar. Sie sind besonders umweltfreundlich, wenn sie gemeinsam mit einer Photovoltaikanlage und/oder mit Ökostrom betrieben werden.

• Wahlweise stehen Luft-, Wasser- und Erdwärmepumpen zur Auswahl. Sie unterscheiden sich je nach Heizbedarf, Gebäudetyp und den Gegebenheiten am Standort.

• In der Regel heizen Wärmepumpen hocheffizient. Entscheidend sind hierbei die Jahresarbeitszahl und die Dämmung eines Gebäudes.

• Im Winter heizen – und im Sommer? Einige Wärmepumpen können kühlen, auch wenn der Effekt nicht mit der einer echten Klimaanlage verglichen werden kann.

• Interessent:innen erhalten regelmäßig attraktive staatliche Förderungen, wodurch die Anschaffungskosten gesenkt werden können.

Um ein Gebäude zu beheizen, greifen Wärmepumpen auf Umweltenergie aus Luft, Erdreich oder Wasser zurück und verarbeiten sie weiter. Die dabei aus der Umgebung entzogene Wärme wird mit einem Kältemittel im Kreislauf umgewandelt, sodass hieraus nutzbare Heizenergie gewonnen wird.

Die Funktionsweise in einzelnen Schritten ist wie folgt:

1. Zunächst entzieht die Wärmepumpe der Umgebung (aus Luft, Erde oder Wasser) Energie. Durch die Wärme der Umweltenergie verdampft das im Kreislauf enthaltene Kältemittel.

2. Das verdampfte, gasförmige Kältemittel wird durch einen Kompressor geleitet, der den Druck zusätzlich erhöht. Durch die Verdichtung erwärmt es sich.

3. Die daraus gewonnene Wärme wird an einen Wärmetauscher im Heizsystem weitergeleitet. Hier steht es jetzt zum Heizen und für die Erzeugung von Warmwasser für den Haushaltsgebrauch bereit.

4. Nach der Umwandlung im Wärmetauscher sinkt der Druck des Kältemittels, sodass es sich wieder entspannt. Der Prozess beginnt von vorn.

Vorteile einer Wärmepumpe:

• Reduzierung von CO₂-Emissionen – dadurch sehr umweltfreundlich

• Hohe Energieeffizienz

• Keine Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen wie Öl oder Gas

• Für sowohl Heizen als auch Kühlen nutzbar

• Attraktive staatliche Förderungen (ideal bei Neubauten oder Sanierungen von Bestandsgebäuden)

Je nach örtlichen Gegebenheiten besteht die Möglichkeit, eine alleinige Wärmepumpe, oder aber eine Kombination von einer Wärmepumpe zusammen mit einem anderen Heizsystem zu nutzen.

Monovalente Wärmepumpe:

• Die Wärmeversorgung wird ausschließlich durch eine alleinige Wärmepumpe übernommen.

• Hohe Effizienz

• Für gut gedämmte Gebäude geeignet

Hybride Wärmepumpe:

• Die Wärmepumpe wird mit einem anderen Heizsystem (z. B. Öl- oder Gasheizung) kombiniert.

• Geeignet, wenn eine alleinige Wärmepumpe nicht die gewünschte Heizleistung erbringt.

Wird eine Wärmepumpe zusammen mit einer Photovoltaikanlage (Solaranlage) betrieben, kann dadurch die Effizienz gesteigert und die Kosten gesenkt werden. Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:

• Entsteht überschüssiger Solarstrom, kann er direkt für den Heizbetrieb verwendet werden.

• Durch die niedrigen Stromkosten amortisiert sich die Photovoltaikanlage schneller.

• Verbraucher:innen sind unabhängiger vom Stromnetz.

• Die Umweltfreundlichkeit wird gesteigert, da sich die CO₂-Bilanz verbessert.

• Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, smarte Systeme zu integrieren, die für eine automatische Anpassung des Energiebedarfs sorgen. Dabei ermittelt das System Faktoren wie aktuelles Wetter, Heizverhalten und Eigenstrom und passt sich entsprechend an.

Ihr möchtet langfristig Kosten sparen und umweltfreundlicher heizen? Gerne beraten wir euch und helfen euch dabei, die richtige Lösung zu finden. Sprecht uns an!

Ein Blick auf die verschiedenen Wärmepumpe-Arten zeigt, dass nicht jede gleich funktioniert. Je nachdem, welche Art Wärmequelle gewünscht ist und in welchem Bereich die Technologie eingesetzt wird, stehen bestimmte Systeme zur Auswahl. Im Folgenden werden die gängigsten Arten vorgestellt.

Luft-Wasser-Wärmepumpen – auch als Luftwärmepumpen bekannt – verwenden als Wärmequelle die Umgebungsluft. Bei dieser effizienten Art wird zunächst über einen integrierten Ventilator Außenluft angesaugt. Die aufgenommene Wärme wird an ein Kältemittel übergeben, was verdichtet wird. Dadurch wird die Wärme erhöht, die direkt an das Heizsystem weitergegeben wird. 

Wärmepumpen mit dem Luft-Wasser-Prinzip sind vor allem für gut gedämmte Gebäude und Neubauten geeignet. Dadurch, dass keine Erdarbeiten erforderlich sind, sind sie relativ einfach installierbar. Kleiner Nachteil: Sinkt die Außentemperatur, sinkt auch die Effizienz.

Vorteile

• Einfache Installation

• Flexibel einsetzbar

• Geringere Anschaffungskosten

Nachteile

• Bei dauerhaft sehr niedrigen Außentemperaturen (in unserer Klimazone eher selten) weniger effizient als z.B. eine Erdwärmepumpe

• Geräuschemissionen (abhängig von Modell, Aufstellort und Schallschutz) könnten unter Umständen als störend empfunden werden. 

Sole-Wasser-Wärmepumpen – auch als Erdwärmepumpen bekannt – gehen über ein spezielles Rohrleitungssystem mit frostsicherer Flüssigkeit (Sole) tief in die Erde, aus der sie Wärme entziehen. In der Pumpe angekommen, wird die entnommene Wärme in den Heizkreislauf zugeführt und dort weiterverarbeitet.

Dabei ist zwischen zwei Wärmegewinnungsmethoden zu unterscheiden. Bei einer genehmigungspflichtigen Tiefbohrung ragen die verbundenen Sonden in eine Tiefe von bis zu 100 Metern, wodurch sie wenig Fläche beanspruchen. Flächenkollektoren hingegen ragen nur ca. 1,5 Meter in die Tiefe. Hierfür ist allerdings eine größere Fläche erforderlich, die nicht bebaut sein darf.

Wärmepumpen mit dem Sole-Wasser-Prinzip sind vor allem für große Grundstücke und Neubauten geeignet. Die Außentemperatur beeinflusst den Betrieb nicht, sofern die Rohre gut genug isoliert bzw. gedämmt sind, und die gewonnene Wärme ist das ganze Jahr über konstant. Dafür ist aber unter Umständen eine Genehmigung erforderlich, außerdem fallen die Installationskosten höher aus.

Vorteile

• Hocheffizient

• Bei einer Tiefbohrung platzsparend

• Weniger Wartung erforderlich

Nachteile

• Anschaffungskosten fallen höher aus.

• Für eine Tiefbohrung ist eine Genehmigung erforderlich.

Eine Wärmepumpe mit dem Wasser-Wasser-Prinzip nutzt Grundwasser als Wärmequelle. Dadurch ist eine ganzjährig konstante Temperatur gegeben, wodurch die Effizienz hoch ist. Für die Installation sind zwei Brunnen erforderlich: ein Förderbrunnen für die Wasserentnahme und ein Schluckbrunnen für die Rückführung.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen sind vor allem geeignet, wenn ergiebige Mengen an sauberem Grundwasser vorliegen. Sie gehören mit zu den hocheffizienten Wärmepumpearten. Bevor die Installation beginnt, sind allerdings eine genaue Überprüfung des Standortes und ein Antrag auf Genehmigung erforderlich.

Vorteile

• Konstante Wassertemperatur, dadurch hocheffizient

• Wenig Platzbedarf

• Niedriger Stromverbrauch

Nachteile

• Anschaffungskosten können höher ausfallen

• Ausreichend Grundwasser erforderlich

• Genehmigung erforderlich

Eine Wärmepumpe mit dem Luft-Luft-Prinzip verwendet gezielt die Abluft eines Gebäudes, um hieraus Wärmeenergie zu gewinnen. Nach der Aufbereitung wird sie über ein integriertes Lüftungssystem zurück in die Innenräume geleitet. Dabei kommt das Wärmetauscherprinzip zum Einsatz, was eine gleichermaßen effiziente Belüftung und Beheizung ermöglicht.

Vergleicht man eine Luft-Luft-Wärmepumpe mit dem bereits vorgestellten Luft-Wasser-Prinzip, wird hier anstatt Wasser reine Luft als Wärmeträger verwendet. Das hat den Vorteil, dass weder Heizkörper noch Fußbodenheizungen erforderlich sind.

Luft-Luft-Wärmepumpen sind vor allem für gut gedämmte Gebäude und Passivhäuser (geringer Wärmeverlust) geeignet, die über ein gutes Lüftungssystem verfügen. Ist ein Gebäude schlecht gedämmt, fällt die Effizienz entsprechend schlecht aus.

Vorteile

• Kombination von Heizen und Lüften

• Auch für die Gebäudekühlung geeignet

• Geringe Anschaffungskosten

Nachteile

• Geringe Effizienz in Altbauten

• Nur in Gebäuden mit Lüftungssystemen nutzbar

Welche Wärmepumpe am besten für das eigene Vorhaben geeignet ist, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Dazu gehören vor allem der zur Verfügung stehende Platz, die Dämmung und der Gebäudetyp. In der folgenden Tabelle sind alle Wärmepumpenarten und ihre Eignung sowie mögliche Einschränkungen aufgeführt:

Grundsätzlich stellt es kein Problem dar, eine Wärmepumpe in einem Mehrfamilienhaus zu installieren. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass das System gemäß der Gebäudegröße entsprechend dimensioniert wird. Außerdem sollte die Dämmung gut sein und ausreichend Kapazitäten für das angepasste Heizsystem zur Verfügung stehen.

Bevor es mit der Planung und Installation einer Wärmepumpe losgeht, sollten folgende Voraussetzungen überprüft werden:

• Durch eine hochwertige, gute Dämmung ist sichergestellt, dass die Effizienz gesteigert wird und keine Wärme verloren geht.

• Wärmepumpen arbeiten mit einer niedrigen Vorlauftemperatur. Deshalb sollten im besten Falle eine Fußbodenheizung sowie großflächige Heizkörper vorhanden sein. 

• Je nach Wasserpumpenart sollte ausreichend Platz vorhanden sein. So beispielsweise für die Außeneinheit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.

• Der Standort sollte die erforderlichen Gegebenheiten wie ausreichend Erdreich, Grundwasser oder Luft erfüllen.

Wie hoch die Anschaffungskosten für eine Wärmepumpe ausfallen, hängt von der Art der Pumpe ab. Die günstigste Variante sind Luft-Luft-Wärmepumpen, die in einem Bereich zwischen 5.000 und 15.000 Euro liegen. Danach folgen Luft-Wasser-Wärmepumpen, die in einem Bereich zwischen 20.000 und 30.000 Euro liegen. Wer sich für Wasser-Wasser- oder Sole-Wasser-Wasserpumpen entscheidet, muss am tiefsten in die Tasche greifen. Denn hier entstehen Kosten ab circa 40.000 Euro.

Wie hoch die Installationskosten ausfallen, hängt von den Gegebenheiten und vom Gebäudetyp ab. Hier können auch Faktoren wie Genehmigungen oder Erdarbeiten zu Buche schlagen und die Kosten für die Wärmepumpe weiter steigern.

Geht es um die Betriebskosten, entstehen diese vor allem durch den Stromverbrauch und die Wartungsarbeiten. Um den Verbrauch stets im Blick zu haben, helfen die entsprechenden Werte am Wärmemengenzähler. Außerdem kann es sich als sinnvoll erweisen, die Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage zu kombinieren, um langfristig Stromkosten zu sparen.

Tipp: Möchtet ihr mehr über die Kosten und den Stromverbrauch von Wärmepumpen erfahren, findet ihr in einem weiteren interessanten Beitrag entsprechende hilfreiche Informationen.

Vor allem die neuesten Wärmepumpenmodelle arbeiten angenehm leise. Dennoch sind sie nicht vollständig lautlos – das gilt vor allem für einige Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpen (30 bis 60 dB), die mit einem Kompressor und einem Ventilator ausgestattet sind. Hier ist der Geräuschpegel mit dem eines handelsüblichen Kühlschrankes vergleichbar. Mittlerweile gibt es allerdings auch „Quiet“-Varianten, die im Nachtmodus 35 dB erreichen - zum Vergleich: eine normale Gesprächslautstärke liegt bei über 60 dB.

Um von vornherein Probleme durch störende Geräuschkulisse auszuschließen, kann es nicht schaden, sich Gedanken über entsprechende Schallschutzmaßnahmen zu machen. So sind entsprechende Schallschutzboxen oder Schallschutzwände erhältlich oder die Entscheidung fällt auf die beschriebene „Quiet-Variante“.

Für den Platzbedarf und die Standortanforderungen gilt:

• Die Regelung, einen Abstand von etwa 4 Metern zum Nachbargebäude hin einzuhalten, wurde im Juli 2024 aufgehoben.

• Außerdem ist für die entsprechende Außeneinheit eine freie Stellfläche erforderlich – sie kann je nach Modell variieren.

• Für Pumpenarten mit Sole- und Wasser-Wasser-Technologie ist außerdem ausreichend Platz für Tiefbohrungen und Brunnenanlagen einzuplanen.

• Wer sich für eine Wärmepumpe mit Luft-Luft-Technologie entscheidet, muss im Haus entsprechende Durchführungen und Kanäle für die Luftzirkulation schaffen.

Eine regelmäßig gewartete Wärmepumpe kann eine Lebensdauer von etwa 15 bis 25 Jahren haben. Wie lange sie hält, hängt unter anderem von Faktoren wie Gerätequalität, dem fachgerechten Einbau und den regelmäßigen Wartungen ab. 

Unsere Tipps zur Wartung:

• Regelmäßig durchgeführte Inspektionen durch einen Fachbetrieb

• Regelmäßige Reinigungen von Wärmetauscher und Verdampfer für eine hohe Effizienz

• Überprüfung und ggf. Wartung des Kältemittelkreislaufs und Kontrolle der Pumpenleistung

Häufige Fehlerquellen und deren Vermeidung:

• Die falsche Pumpengröße für das Gebäude kann zu einem hohen Stromverbrauch führen, deshalb ist es wichtig, auf die richtige Dimensionierung zu achten.

• Eine regelmäßige Reinigung von Wärmetauscher oder Filtern ist wichtig, da sich die Heizleistung ansonsten reduziert.

• Die Vorlauftemperatur ist zu hoch, weshalb die Effizienz sinkt. Die Vorlauftemperatur kann gesenkt werden, indem größere Heizflächen eingesetzt werden.

Geht es um Umweltfreundlichkeit, lassen sich Wärmepumpen nichts nachsagen. Denn für die Gewinnung von Wärmeenergie verwenden Sie bis zu 75 % erneuerbare Energien – wozu Erde, Wasser und Luft gehören.

Vergleicht man die moderne Heiztechnologie mit fossilen Heizsystemen – wozu vor allem Gas- und Ölheizungen zählen – fallen die CO₂-Emissionen um bis zu 50 % niedriger aus. Das macht sich besonders positiv bemerkbar, wenn Verbraucher:innen zusätzlich auf Ökostrom und eine hauseigene Solaranlage setzen.

Wie umweltfreundlich eine Wärmepumpe ist, hängt vor allem vom genutzten Strommix ab. Denn je mehr Strom aus erneuerbaren Energien für den Betrieb verwendet wird, desto umweltfreundlicher wird das Heizen. Hier kann vor allem der Einsatz einer Photovoltaikanlage helfen, die Eigenstrom zuführt. Die Folge: Verbraucher:innen senken ihre Kosten und sind zunehmend autark.

Auch mit der Nutzung klimafreundlicher Kältemittel besteht die Möglichkeit, die Umweltbelastung zusätzlich zu senken. Denn durch den Einsatz wird vor allem das Treibhauspotenzial gesenkt.

Achten Verbraucher:innen zunehmend auf den Einsatz der modernen Heiztechnologie in Kombination mit Ökostrom, Eigenstrom und umweltfreundlichen Kältemitteln, stellen Wärmepumpen eine nachhaltige und zukunftssichere Lösung dar.

Mit einem Pufferspeicher wird die von der Wärmepumpe erzeugte überschüssige Wärme gespeichert und entsprechend bei Bedarf freigegeben. Er kann sinnvoll sein, um die Effizienz zu steigern.

Vor allem Systeme mit Hybridheizung, aber auch kombinierte Anlagen mit integrierter Solarthermie oder Photovoltaikanlage und Fußbodenheizungen profitieren von einem Pufferspeicher. Gleichzeitig können häufige Ein- und Ausschaltungen der Wärmepumpe vermieden werden, was den Verschleiß langfristig schont.

Um Wärmepumpen für die Installation in einem Altbau vorzubereiten, sind entsprechende Anpassungen erforderlich. Ein entscheidender Punkt ist dabei die Vorlauftemperatur. Das Problem: In vielen Altbauten sind statt flächendeckender Heizanlagen nur einzelne Heizkörper installiert – hier ist die Vorlauftemperatur deutlich höher.

Moderne Wärmepumpen sind allerdings am effizientesten, wenn sie mit einer niedrigen Vorlauftemperatur arbeiten. Steigt sie hingegen an, sinkt die Effizienz wiederum. Hinzu kommt, dass Altbauten in der Regel nicht ausreichend gedämmt sind.

Zusammengefasst sind folgende Voraussetzungen wichtig, damit sich eine Wärmepumpe auch im Altbau lohnt:

• Es ist eine Flächenheizung/größere Heizkörper vorhanden – oder kleinere Heizkörper werden im Zuge der Installation ausgetauscht.

• Es ist eine energiesparende Wärmedämmung vorhanden oder geplant.

• Die Heizlastberechnung ergibt, dass ein Wärmepumpensystem effizient arbeitet.

Sind einige Voraussetzungen nicht erfüllt, gibt es dennoch Möglichkeiten und Lösungsansätze. Ist ein Altbau beispielsweise nicht ausreichend oder gar nicht gedämmt, ist eine Hybridheizung oder ein anderes Heizsystem als eine Wärmepumpe in Betracht zu ziehen. 

allem für Neubauten mit hochwertiger Dämmung, aber auch für sanierte Altbauten und in Kombination mit einer Solaranlage stellt sie eine effiziente Lösung dar.

Weniger sinnvoll ist eine Wärmepumpe bei unsanierten Gebäuden mit schlechter Dämmung. Außerdem können die höheren Anschaffungskosten ein Nachteil sein. Mit der richtigen Strategie sind sie sich aber auf lange Sicht amortisierbar.

Aufgrund attraktiver Förderprogramme und weiteren technologischen Verbesserungen gewinnen Wärmepumpen zukünftig an Bedeutung. Sie sind der entscheidende Schlüssel, wenn es um unsere nachhaltige Energiezukunft geht.

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