Wärmepumpe: Funktion einfach erklärt

Mit hoher Wahrscheinlichkeit haben Sie bereits ein Elektrogerät zu Hause, das dem Prinzip der Wärmepumpe gleicht: den Kühlschrank. Während der Kühlschrank seinem Inneren die Wärme entzieht und nach außen abgibt, nimmt die Wärmepumpe dem Außenbereich die Wärme und gibt diese an das Haus in Form von Heizenergie ab. Dafür wird die Energie aus der Luft, dem Grundwasser und der Erde gewonnen.

Der Kältekreislauf als Kernprinzip der Wärmepumpe

Der Kältekreisprozess gehört dabei immer zur Funktionsweise, unabhängig davon, ob Wasser, Erde oder Luft als Wärmequelle dient. Dieser Prozess findet in einem geschlossenen Kreislauf statt und wiederholt sich immer wieder. Er erfolgt in 4 Schritten:

Schritt 1: Verdampfen der Flüssigkeit

Damit eine Flüssigkeit verdampfen kann, muss Energie zugeführt werden. Im Alltag ist dieser Prozess bei Wasser sehr gut zu beobachten. Wenn Sie einen Topf mit Wasser auf 100 Grad erwärmen, steigt Dampf aus dem Topf auf. Wenn Sie dann weiter Energie in Form von Wärme zuführen, erhöht sich die Temperatur des Wassers nicht weiter, sondern es verdampft vollständig.

Schritt 2: Gasverdichtung

Wird das Volumen eines Gases durch Zusammendrücken verringert, spricht man von Komprimierung oder Verdichtung eines Gases. Wenn Sie beispielsweise bei einer Fahrradpumpe die Öffnung zuhalten und die Luft zusammendrücken, wird der Zylinder der Pumpe warm.

Ein weiteres interessantes Beispiel zur Gasverdichtung ist bei folgendem Experiment zu beobachten: In einen Zylinder wird ein Wattebausch gelegt, dieser wird dann mit einem beweglichen Kolben geschlossen. Wenn der Kolben dann plötzlich nach unten gedrückt wird, findet durch den Verdichtungsvorgang ein so hoher Temperaturanstieg statt, dass sich der Wattebausch entzündet.

Schritt 3: Verflüssigung des Gases

Energie kann weder erzeugt noch vernichtet werden, sie ändert lediglich die Form und wird in eine andere umgewandelt. Daher wird die vorher zum Verdampfen eingesetzte Wärmeenergie wieder freigesetzt, sobald der Wasserdampf kondensiert.

Schritt 4: Entspannung

Senkt man den Druck bei einer unter Druck stehenden Flüssigkeit plötzlich, sinkt die Temperatur extrem. Gut zu beobachten ist dieser Vorgang an einer Flüssiggasflasche eines Gaskochers. Wenn das Ventil geöffnet wird und dadurch der Druck innerhalb der Flasche sinkt, kann sich selbst an warmen Tagen Eis am Ventil der Flasche bilden.

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die gängigste Wärmepumpenart im privaten Bereich. Sie nutzt die Umgebungsluft als Wärmquelle und besteht aus einer oder zwei Einheiten. Diese werden meist im Außenbereich installiert, in einigen Fällen auch im Inneren des Hauses. Um den Kältemittelkreislauf in Gang zu setzen, saugt ein eingebauter Ventilator die Außenluft an. Das Kältemittel verdampft, sobald die Wärme übertragen wird. Dies funktioniert auch bei sehr niedrigen Temperaturen im zweistelligen Minusbereich.

Bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe, die man auch Erdwärmepumpe nennt, wird die thermische Energie aus dem Erdreich gewonnen. Die Temperaturen in der Erde liegen zwischen sieben und 13 Grad, je nach Bodenqualität und Erdtiefe. Selbst wenn die obere Erdschicht gefroren ist, halten sich diese Temperaturen konstant. Die gewonnene Wärme wird ebenfalls durch einen Kreislauf mit Kältemittel geleitet, an dessen Ende die Wärme genutzt wird. Die Erdwärme lässt sich entweder über Erdkollektoren, die nah der Erdoberfläche verlegt werden, gewinnen oder via Erdsonden, die bis zu 100 Meter tief in der Erde liegen.

Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe, auch Grundwasserwärmepumpe genannt, benutzt die im Grundwasser enthaltene Wärme als Energiequelle. Mittels Brunnen wird das Grundwasser durch Rohre hoch gepumpt und gelangt so zur Wärmepumpe und zum Kältemittel. Dadurch wird die Wärme aus dem Grundwasser aufgenommen, das Kältemittel verdampft und der Kreislauf in Gang gesetzt. Wie tief die Bohrung für den Förderbrunnen erfolgt, richtet sich nach der Höhe des Grundwasserspiegels.

Auch an kalten Wintertagen geben Grundwasser, Umgebungsluft und Erdreich ausreichend Wärme ab, um Ihr Haus zu heizen. Selbst bei Außentemperaturen von bis zu minus 20 Grad ist die Wärmepumpe technisch in der Lage, ausreichend Wärme für Ihr Haus produzieren. Bei sehr niedrigen Temperaturen arbeitet die Wärmepumpe lediglich etwas weniger effizient. Denn je niedriger die Außentemperatur ist, umso mehr Energie muss aufgebracht werden, um den Temperaturunterschied zur eingestellten Vorlauftemperatur der Wärmepumpe zu überwinden. Bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe, die in den meisten Fällen außerhalb des Hauses installiert wird, sorgt eine automatische Abtaufunktion dafür, dass sie nicht einfriert.

Ein weitverbreiteter Irrglaube ist, dass Wärmepumpen bei sehr niedrigen Temperaturen einfach ausfallen. Dass dies nicht richtig ist, beweist u. a. die hohe Wärmepumpendichte in skandinavischen Ländern. Im kalten Norden wurden im Jahr 2022 zehnmal mehr Wärmepumpen installiert als in Deutschland – und das, obwohl die Winter dort deutlich härter sind. Damit ist klar: Die Wärmepumpe funktioniert auch bei Minusgraden.

Wann brauche ich einen Heizstab?

Luftwärmepumpen, die meistens im Außenbereich installiert werden, arbeiten im sogenannten monoenergetischen Betrieb. D. h. zur Heizungsunterstützung ist standardmäßig ein zweiter Wärmeerzeuger eingebaut. Dabei handelt es sich in der Regel um einen elektrisch betriebenen Heizstab. Dieser kommt jedoch nur zum Einsatz, wenn die Temperaturen auf ein so niedriges Niveau absinken, dass die Wärmepumpe alleine nicht mehr effizient heizen kann. Außentemperaturen im zweistelligen Minusbereich, bei denen dies der Fall ist, gibt es in unseren Breitengraden jedoch immer seltener. Daher macht der Anteil des Heizstabs weniger als fünf Prozent des jährlichen Heizbedarfs aus. Das Zu- und Abschalten übernimmt die Wärmepumpe automatisch.

Ein Heizstab kann auch zum Erhitzen von Flüssigkeiten eingesetzt werden. Dabei wird durch elektrische Energie eine Metallkomponente erhitzt, die ihre Wärme z. B. auf Wasser überträgt. Solche Heizstäbe finden sich in Pufferspeichern von Wärmepumpenheizungen, dienen aber auch zur Warmwasserbereitung und können mit Solarlösungen wie Photovoltaik oder Solarthermie betrieben werden.

Gut zu wissen: Die Luft-Wasser-Wärmepumpe von thermondo heizt bis zu einer Temperatur von - 15 °C effizient. Erst, wenn es noch kälter wird, springt der Heizstab an. So wird auch bei extremer Kälte ein zuverlässiger Betrieb sichergestellt.

Wärmepumpen nutzen als Wärmequelle kostenlose Umweltenergie. Je nach Wärmepumpenart wird die Energie zu 75 Prozent aus der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser bezogen. Lediglich zur Verdichtung des Kältemittels benötigt der Kompressor Strom. Dies macht ca. 25 Prozent des benötigten Energiebedarfs aus. So kann die Wärmepumpe aus 1 Kilowattstunde Strom 3 bis 5 Kilowatt Wärme produzieren. Dementsprechend liegt der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe zwischen 300 und 500 Prozent. Zum Vergleich: Normalerweise liegt der Wirkungsgrad eines Heizsystems im Idealfall bei knapp unter 100 Prozent.

Wie viel Strom die Wärmepumpe letztendlich verbraucht, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Eine gute Dämmung des Gebäudes und der Warmwasserleitungen reduzieren nicht nur Energieverluste, sondern minimieren auch den Wärmebedarf und damit die benötigte Vorlauftemperatur der Wärmepumpe. Diese hat einen großen Einfluss auf den Stromverbrauch. Denn je geringer der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und gewünschter Temperatur des Heizwassers, desto effizienter arbeiten Wärmepumpen und benötigen dementsprechend weniger Strom. Aus diesem Grund eigenen sich Flächenheizungen mit niedrigen Vorlauftemperaturen von 35 Grad besonders gut. Aber auch mit normalen, etwas größer dimensionierten Heizkörpern und Vorlauftemperaturen bis 55 Grad lässt sich das Eigenheim mittels Wärmepumpen effizient beheizen.

Gut zu wissen: Die Luft-Wasser-Wärmepumpe von thermondo ist auf bis maximal 55 Grad Vorlauftemperatur ausgelegt und heizt mit diesen Temperaturen effizient. An sehr kalten Tagen sind sogar bis zu 65 Grad möglich.

Bereits heute werden 50 Prozent aller Neubauten mit Wärmepumpen ausgestattet. Aufgrund des technischen Fortschritts in den letzten Jahren eignet sich das zukunftssichere Heizsystem inzwischen nicht mehr nur für Niedrigenergiehäuser oder energetisch sanierte Altbauten, sondern auch hervorragend zum Nachrüsten im Gebäudebestand. Rund 40 Prozent aller Bestandsbauten in Deutschland können ohne zusätzliche Sanierungsmaßnahmen effizient mit einer Wärmepumpe beheizt werden. Besonders die Luft-Wasser-Wärmepumpe hat sich durch ihre kompakte Bauweise und einfache Installation im Altbau bewährt. Alternativ kann eine Wärmepumpe auch in andere Heizsysteme integriert oder als Unterstützung einer Gas- oder Ölheizung – als sogenannte Hybridheizung – eingesetzt werden.

Die Wärmepumpe zum Kühlen

Wärmepumpen werden primär zum Heizen eingesetzt. Jedoch können Luft-Wasser-, Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen auch als Klimaanlagen fungieren, da sie auf demselben Funktionsprinzip basieren. Hierbei differenziert man zwischen aktiver und passiver Kühlung.

Bei der aktiven Kühlung invertiert die Wärmepumpe ihren Kältemittelkreislauf. Dies bedeutet, dass die Wärme aus dem Innenraum aufgenommen und an die Umgebung abgegeben wird. Diese Methode ist sehr effizient, benötigt jedoch den Einsatz des strombetriebenen Kompressors, was den Stromverbrauch der Wärmepumpe erhöht.

Um den Energieverbrauch zu minimieren, besteht auch die Option der passiven Kühlung. Hierbei wird die Wärme aus dem Raum über das Heizwasser aufgenommen, durch den Wärmetauscher gekühlt und dann an die Heizkörper zurückgeführt. Dabei wird der strombetriebene Kompressor umgangen. Diese Kühlungsart ist zwar nicht so effizient wie die aktive Kühlung, aber dadurch auch besonders sparsam.

Luft-Wasser-Wärmepumpen sind nur in der Lage, aktiv zu kühlen. Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen hingegen sind für beide Varianten geeignet. Eine Sonderform stellen Luft-Luft-Wärmepumpen dar. Sie übertragen Wärme nicht auf Heizwasser, sondern auf die Luft. Aus diesem Grund gehören sie nicht zu den Heizsystemen, sondern zu Lüftungsanlagen. Luft-Luft-Wärmepumpen eignen sich somit besonders gut als Klimageräte, können jedoch nicht wie die anderen Wärmepumpenarten als alleiniges Heizsystem verwendet werden.

Wärmepumpen sind moderne und komplexe Heizsysteme. Um einen effizienten Betrieb zu gewährleisten, ist es nicht nur wichtig, die Funktion der Wärmepumpe zu verstehen. Auch eine korrekte Dimensionierung und die fachgerechte Installation sind elementar. Der erste Schritt eines Heizungsinstallateurs ist demnach immer die Berechnung der Heizlast des Gebäudes. Dabei wird nicht nur der benötigte Wärmebedarf für die gewünschte Raumtemperatur und der Warmwasserbedarf berechnet, sondern auch mögliche Wärmeverluste durch Lüften oder die Dämmung der Gebäudehülle mit einbezogen. Nur so kann sichergestellt werden, dass die Leistung der Wärmepumpe nicht zu niedrig oder zu hoch eingeschätzt wird. Eine optimal dimensionierte Wärmepumpe sollte knapp, aber ausreichend den Wärmebedarf decken können.

So kann auf ein häufiges Ein- und Ausschalten der Wärmepumpe verzichtet werden, um den Energieverbrauch nicht unnötig in die Höhe zu treiben. Dazu kann die Wärmepumpe auch im Sommer umgestellt werden. Moderne Wärmepumpen sind in der Regel mit einer automatischen Umschaltfunktion ausgestattet. Das heißt, sie erkennen die Umgebungstemperatur und stellen sich automatisch auf den Sommerbetrieb um. Um einen reibungslosen Ablauf der automatischen Umstellung zu gewährleisten, ist eine regelmäßige Wartung elementar. Vor Beginn der Heiz- und Kühlperiode sollte die Wärmepumpe überprüft werden, damit alle Komponenten ordnungsgemäß funktionieren.

Zudem ist es wichtig, zwischen dem Betrieb einer Gasheizung und einer Wärmepumpe zu unterscheiden. Beide Heizsysteme basieren auf völlig unterschiedlichen Funktionsprinzipien. So wird z. B. die Gasheizung auf eine feste Vorlauftemperatur eingestellt und über die Thermostate an der Heizung die Raumtemperatur reguliert. Die Wärmepumpe hingegen heizt mit einer sogenannten Heizkurve. Sie gibt den Bezug der Außentemperatur zur Vorlauftemperatur an. D. h. die Wärmepumpe misst die Außentemperatur und passt die Vorlauftemperatur so an, dass die gewünschte Raumtemperatur erreicht wird. Dabei sollten die Temperaturregler der Heizung einmal auf die gewünschte Raumtemperatur eingestellt und danach nicht mehr verändert werden. Wird die Vorlauftemperatur manuell verändert oder die Temperaturregler der Heizung zurückgedreht, braucht die Wärmepumpe übermäßig viel Energie, um die Räume aufzuheizen.

Die Anschaffung einer Wärmepumpe wird im Vergleich zu anderen Heizsystemen bislang am stärksten gefördert. 2024 sollen die Fördersätze erhöht, die förderfähigen Kosten jedoch halbiert werden. Das verursacht Unsicherheit bei Verbrauchern, denen wir mit unserem thermondo Bonus begegenen.

Mit dem thermondo Bonus zahlen Sie heute weniger als in 2024: Wenn die Förderung nach neuem geplanten Förderschema in 2024 vorteilhafter für Sie ist, legen wir einen drauf: bis zu 2.500 Euro thermondo Bonus auf den Brutto-Preis vor Abzug der Förderung. Wenn Sie mehr als 33.000 Euro für die Wärmepumpe ausgeben, zahlen Sie so weniger als im nächsten Jahr. Und Sie bekommen Ihre Wärmepumpe sofort, ohne lange Wartezeit.

Luft-Wasser-Wärmepumpen sind in Eigenheimen am häufigsten zu finden und machen ca. 80 Prozent des Marktanteils im Privatbereich aus. Vorteile sind die einfache Aufstellung und Installation sowie der günstigere Preis. Wer sich für eine Erd- oder Wasser-Wasserwärmepumpe entscheidet, sollte in jedem Fall die teure und aufwändige Installation bedenken. Diese kann bis zu 8 Monaten in Anspruch nehmen und setzt oftmals Genehmigungen für u. a. Erdbohrungen voraus.

Das ist jedoch nur ein Faktor von vielen, denn kein anderes Heizsystem ist so vielfältig wie die Wärmepumpe mit ihren verschiedenen Arten. Ein Energieberater sollte bei der Wahl also auf jeden Fall hinzugezogen werden, damit sie die vielen Vorteile optimal nutzen können.

Übrigens: Von der Auftragsbestätigung bis zur Installation der Wärmepumpe vergehen bei uns nur rund 90 Tage. Wenn Sie sich für die Luft-Wasser-Wärmepumpe von thermondo entscheiden, bekommen Sie das Rundum-sorglos-Paket. Wir begleiten Sie von der Planung bis zur Wartung und gehen alles Schritt für Schritt mit Ihnen durch. Auch zusätzliche Arbeiten, wie die des Elektrikers sowie die Fundamenterstellung sind bei uns im Preis enthalten.

Nur mit dem Umstieg von Gas oder Öl auf die Wärmepumpe kann Deutschland seine CO2-Emissionen im Gebäudesektor bis 2030 halbieren und die eigenen Klimaziele erreichen. Bereits ab Januar 2024 sollen daher möglichst alle neu eingebauten Heizungen mit bis zu 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden. thermondo möchte Ihnen, als größter deutscher Heizungsinstallateur, diesen Umstieg erleichtern und bietet Ihnen den Wechsel auf die Wärmepumpe in seinem bewährten Komplettpaket an. Wir begleiten Sie von der Planung bis zur Installation und unterstützen Sie ebenfalls bei der Beantragung Ihrer Förderung. Mit unserer hocheffizienten Luft-Wasser-Wärmepumpe heizen Sie auch im Altbau effizient und profitieren von einem modernen und umweltfreundlichen Heizsystem. Nutzen Sie einfach unseren Heizungsplaner und wir setzen uns binnen kurzer Zeit mit Ihnen in Verbindung.