Bei der Planung eines neuen Heizsystems wird die Wärmepumpe heute fast immer als natürliche Alternative zum herkömmlichen Heizkessel vorgeschlagen. In der Schweiz ist sie längst keine Nischentechnologie mehr: In den letzten Jahren machte sie rund ein Drittel aller neu installierten Heizanlagen im Land aus – eine Zahl, die viel darüber aussagt, wie sehr sie inzwischen als bewährte und nicht als experimentelle Lösung gilt.
Zu verstehen, wie sie wirklich funktioniert, bleibt jedoch vor der Installation sinnvoll: Im Gegensatz zu einem Heizkessel verbrennt die Wärmepumpe nichts, um Wärme zu erzeugen. Sie entnimmt sie dort, wo sie bereits vorhanden ist – aus Luft, Wasser oder Erde – und transportiert sie über einen genau definierten physikalischen Prozess ins Haus. Genau dieser Mechanismus erklärt, warum sie im Verhältnis zur abgegebenen Wärme so wenig Strom verbraucht, und warum ihre tatsächliche Leistung von Faktoren abhängt, die es sich zu kennen lohnt, bevor man das passende Modell wählt.
Schauen wir uns das physikalische Prinzip an, das ihrer Funktionsweise zugrunde liegt, die vier Phasen des sich ständig wiederholenden Kreislaufs, woher die Wärme entnommen wird und worauf vor der Installation zu achten ist.
Das Grundprinzip: Wärme verschieben, nicht erzeugen
Ein herkömmlicher Heizkessel erzeugt Wärme durch die Verbrennung eines Brennstoffs: Gas, Heizöl oder Pellets. Eine Wärmepumpe hingegen erzeugt keine thermische Energie aus dem Nichts: Sie verschiebt sie von einer Umgebung mit niedrigerer Temperatur (zum Beispiel der Aussenluft, auch wenn diese kalt ist) zu einer Umgebung mit höherer Temperatur, also der Heizanlage des Hauses. Es ist dasselbe physikalische Prinzip wie bei einem Kühlschrank, nur umgekehrt angewendet: Der Kühlschrank entzieht seinem Innenraum Wärme und gibt sie an die Küche ab, die Wärmepumpe entnimmt der Aussenumgebung Wärme und gibt sie im Haus ab.
Möglich wird dieser Transfer durch ein Kältemittel, das in einem geschlossenen Kreislauf zirkuliert und dabei ständig seinen Aggregatzustand wechselt, von flüssig zu gasförmig und umgekehrt. Genau dieser Zustandswechsel, zusammen mit der mechanischen Verdichtung des Kältemittels, ermöglicht die Übertragung von Wärme von einer niedrigeren zu einer höheren Temperatur – ein Vorgang, der elektrische Energie für den Kompressor benötigt, aber keine Verbrennung.
Die vier Phasen des sich ständig wiederholenden Kreislaufs
Die Wärmeübertragung erfolgt über einen geschlossenen thermodynamischen Kreislauf, der sich fortlaufend wiederholt, solange die Pumpe in Betrieb ist. Der Prozess gliedert sich in vier Hauptphasen:
- Verdampfung: Im Verdampfer nimmt das flüssige Kältemittel die Wärme aus der externen Quelle (Luft, Wasser oder Erde) auf und verdampft, wobei es in den gasförmigen Zustand übergeht – auch wenn die Aussentemperatur recht niedrig ist.
- Verdichtung: Der elektrisch angetriebene Kompressor saugt das gasförmige Kältemittel an und erhöht dessen Druck und Temperatur: In dieser Phase verbraucht die Wärmepumpe den Strom, der für den Betrieb des gesamten Kreislaufs nötig ist.
- Verflüssigung: Das nun heisse Kältemittel unter hohem Druck gibt die gespeicherte Wärme über den Verflüssiger an das Wasser der Heizanlage ab (oder an die Luft, bei Luft-Luft-Systemen) und geht wieder in den flüssigen Zustand über.
- Entspannung: Beim Durchlaufen des Expansionsventils sinken Druck und Temperatur des flüssigen Kältemittels abrupt, es kehrt zu den Ausgangsbedingungen zurück und ist bereit, im Verdampfer erneut Wärme aufzunehmen – ein neuer Kreislauf beginnt.
Dieser Kreislauf wiederholt sich Dutzende Male pro Stunde und passt sich automatisch an den Wärmebedarf des Hauses und die Temperatur der externen Quelle an: Es handelt sich nicht um einen Prozess, der abrupt ein- und ausschaltet, sondern um einen kontinuierlichen, modulierenden Betrieb – vor allem bei den heute weit verbreiteten Inverter-Modellen.
Woher die Wärme entnommen wird: Luft, Wasser oder Erde
Die Quelle, aus der die Wärmepumpe Energie entnimmt, bestimmt die Technologie der Anlage und damit unmittelbar deren Effizienz und Stabilität über das Jahr hinweg. Die drei wichtigsten Quellen sind Luft, Grundwasser und Erdreich, und jede bringt einen unterschiedlichen Kompromiss zwischen Installationskosten und Leistung mit sich.
Luft-Wärmepumpen (Luft-Wasser oder Luft-Luft) sind im Wohnbereich am weitesten verbreitet, da sie weder Aushub noch Sonden benötigen, ihre Effizienz schwankt jedoch mit der Aussentemperatur: Sie arbeiten im Herbst besser als an den kältesten Wintertagen. Wasser-Wärmepumpen (Wasser-Wasser) nutzen die stabilere Temperatur des Grundwassers, während Erdwärmepumpen die Wärme über vertikale oder horizontale Sonden aus dem Erdreich entnehmen: Beide sind das ganze Jahr über effizient, da die Quelle, aus der sie Wärme beziehen, nicht saisonabhängig ist – allerdings zu höheren Anschaffungskosten, weshalb sie oft vor allem bei Neubauten gewählt werden.
Wie viel sie im Verhältnis zur abgegebenen Wärme wirklich verbraucht
Der Hauptvorteil der Wärmepumpe gegenüber einem Heizkessel zeigt sich genau im Verhältnis zwischen verbrauchter elektrischer Energie und abgegebener Wärme. Ein Gaskessel wandelt bestenfalls etwas mehr als 90–95% des verbrannten Brennstoffs in Wärme um: Er kann 100% nicht überschreiten, da er Wärme durch Verbrennung erzeugt. Eine Wärmepumpe hingegen erzeugt die Energie, die sie verschiebt, nicht selbst: Sie entnimmt sie kostenlos der Umgebung und kann deshalb mehr Wärmeenergie abgeben, als sie elektrisch verbraucht – typischerweise das 3- bis 5-Fache, je nach Technologie und Betriebsbedingungen.
Dieses Verhältnis zwischen abgegebener und verbrauchter elektrischer Energie wird durch den COP (Leistungszahl) gemessen, der je nach Temperatur der Quelle und der von der Anlage geforderten Temperatur variiert: Das ist der Wert, den man beim Vergleich verschiedener Modelle beachten sollte, wobei er immer unter gleichen Messbedingungen zu lesen ist, nicht als absolute, universelle Zahl.
Was vor der Installation einer Wärmepumpe zu beachten ist
Die soeben beschriebene theoretische Funktionsweise funktioniert nur gut, wenn die Anlage darauf ausgelegt ist, mit der Wärmepumpe zusammenzuarbeiten, und nicht einfach anstelle des alten Heizkessels eingesetzt wird. Einige Aspekte wirken sich direkt auf die tatsächliche Leistung der Anlage aus:
- die von den vorhandenen Heizkörpern oder der Fussbodenheizung benötigte Vorlauftemperatur, da die Wärmepumpe mit Niedertemperaturanlagen deutlich besser arbeitet
- der Wärmedämmstandard des Gebäudes, der den Wärmebedarf senkt und es der Pumpe ermöglicht, mit weniger Aufwand zu arbeiten
- die korrekte Dimensionierung der Pumpe im Verhältnis zum tatsächlichen Bedarf des Hauses, berechnet unter Berücksichtigung auch der kältesten Tage des Jahres, nicht nur des saisonalen Durchschnitts
Das sind technische Beurteilungen, die eine Vor-Ort-Begehung und ein massgeschneidertes Projekt erfordern: Zwei Häuser mit identischer Fläche können je nach Dämmung und bereits vorhandenem Verteilsystem sehr unterschiedliche Anforderungen haben.
Eine Technologie, die bei guter Planung ihr Bestes gibt
Wer das physikalische Prinzip hinter der Funktionsweise einer Wärmepumpe versteht, kann eine Offerte fundierter beurteilen: Es handelt sich nicht um eine experimentelle Technologie, aber ihre tatsächliche Leistung hängt von genauen planerischen Entscheidungen ab, nicht nur vom gewählten Modell.
Wenn du wissen möchtest, welche Wärmepumpe am besten zu deinem Haus und deiner bestehenden Anlage passt, können die Experten von SB Energetica die für dich effizienteste Lösung beurteilen.