Wärmepumpen funktionieren wie Kühlschränke – nur wird das Prinzip genau umgekehrt genutzt: Während der Kältemittelkreislauf des Kühlschranks seinem Inneren Wärme entzieht und diese an die Umgebung abgibt, entzieht der Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe der Umgebung Wärme. Diese wird innerhalb des Gerätes auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und kann dann zum Heizen oder zum Erwärmen von Brauchwasser genutzt werden. Eine effiziente Wärmepumpe kann so mit 75 % kostenloser Umweltenergie 100 % Wärmeleistung erzeugen.

Die Hauptenergiequelle der Wärmepumpe ist die Umgebungswärme, also die in der Luft, im Boden oder im Grundwasser gespeicherte Sonnenenergie. Um diese Umgebungswärme von einem relativ niedrigen auf das für Heizung und Warmwasser erforderliche Temperaturniveau zu bringen, nutzt die Wärmepumpe ein Kältemittel. Dieses verdampft aufgrund seines niedrigen Siedepunktes schon bei vergleichsweise kalten Temperaturen der Wärmequelle. Durch Antriebsenergie in Form von Strom oder Gas wird das dampfförmige Kältemittel verdichtet, dadurch steigt die Temperatur auf das benötigte Niveau. In einem Kondensator wird das Kältemittel anschließend wieder verflüssigt, wobei es sowohl die zugeführte Antriebsenergie als auch die aufgenommene Umweltwärme auf einem höheren Temperaturniveau an das Heizmedium abgibt.

Wie effizient eine Wärmepumpe als Heizquelle arbeitet, zeigt das Verhältnis der eingesetzten Energie zur erzeugten Energie. Um verschiedene Bauarten und Modelle vergleichen zu können, wird unter Normbedingungen im Labor der so genannte COP-Wert (Coefficient of Performance oder Leistungszahl) ermittelt. Dieser Wert gibt an, wie hoch der Energiegewinn im Vergleich zum Energieeinsatz ist. Moderne Wärmepumpen erreichen dabei unter den genormten Prüfbedingungen COP-Werte von 4 bis 5.

Einfacher ausgedrückt: Das 4- bis 5-Fache der eingesetzten Energie ist als Wärme nutzbar.

Außenluft

Luft gibt es in unbegrenzter Menge und überall. Die Wärmequelle Luft wird im Neubau, wie auch im Sanierungsbereich sehr gerne genutzt, weil der Installationsaufwand und die Investitionskosten von Luft-Wärmepumpen geringer sind. Außenluft als Wärmequelle kann einfach und nahezu überall erschlossen werden – hierfür sind keine Bohrungen oder Genehmigungen notwendig. Bei hohen Außentemperaturen arbeitet die Luft/Wasser-Wärmepumpe besonders effektiv. Das ist ideal für die Warmwasserbereitung im Sommer. Da die Temperaturen der Außenluft im Winter – also zu Zeiten des größten Heizbedarfs – relativ niedrig liegen, arbeitet eine Luftwärmepumpe etwas weniger effizient als erdgekoppelte Systeme und benötigt etwas mehr Antriebsenergie. Allerdings spart man durch den geringeren Bauaufwand wiederum Investitionskosten.

Erdwärme

Erdwärme kann man entweder mit vertikalen Erdwärmesonden oder horizontalen Erdwärmekollektoren für eine Wärmepumpe und somit für Heizungs- und Warmwasserzwecke nutzbar machen. Beide Techniken machen sich dabei die oberflächennahe Geothermie zunutze. Ein frostsicheres Arbeitsmittel (Sole, oder bei den sogenannten „Direktverdampfern“ das Kältemittel der Wärmepumpe direkt), entzieht dabei dem Erdreich Energie, welche durch die Wärmepumpe dann auf eine höheres Temperaturniveau gebracht wird.

Grundwasser

Grundwasser ist ein optimaler Wärmelieferant und wird gerne als Wärmequelle für Wärmepumpen genutzt, sofern die Voraussetzungen für die Nutzung des Wassers gegeben sind. Über einen Förderbrunnen wird dabei Wasser hochgepumpt, welchem durch die Wärmepumpe Wärme entzogen wird. Anschließend wird das Wasser über einen Schluckbrunnen wieder in das Grundwasser eingeleitet. Im Sommer kann man auch mit dieser Technik sehr energiesparend passiv kühlen. Wärmepumpen, die Wärme aus dem Grundwasser gewinnen, erzielen die besten Leistungs- und Arbeitszahlen, sind aber in der Regel bewilligungspflichtig.

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