Wärmepumpe einfach erklärt: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe kann ein Haus heizen, selbst wenn es draußen kalt ist. Doch wie funktioniert das eigentlich? Woher kommt die Wärme, wie viel Strom benötigt eine Wärmepumpe und ist diese Heiztechnik auch für ältere Häuser geeignet?

In diesem Beitrag erklären wir die Funktionsweise einer Wärmepumpe einfach und verständlich. Du erfährst, wie Umweltenergie zum Heizen genutzt wird, welche Wärmepumpenarten es gibt und worauf es bei einem effizienten Betrieb ankommt.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Das Prinzip einer Wärmepumpe ist einfacher, als es zunächst klingt: Sie entzieht der Umgebung Wärme und hebt deren Temperatur mithilfe von Strom auf ein Niveau an, das zum Heizen und zur Warmwasserbereitung genutzt werden kann.

Als Wärmequelle dienen beispielsweise die Außenluft, das Erdreich oder das Grundwasser.

Eine Wärmepumpe erzeugt die Wärme also nicht ausschließlich aus Strom. Sie nutzt einen großen Teil der benötigten Energie aus der Umwelt.

Das Funktionsprinzip in vier einfachen Schritten

1. Wärme aus der Umgebung aufnehmen

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt beispielsweise die Außenluft. Selbst wenn diese kalt ist, enthält sie noch nutzbare Wärmeenergie. Diese wird auf ein spezielles Kältemittel übertragen.

2. Das Kältemittel verdampfen

Das Kältemittel besitzt Eigenschaften, durch die es bereits bei niedrigen Temperaturen verdampfen kann. Es nimmt Wärme auf und geht dabei vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über.

3. Die Temperatur erhöhen

Ein elektrisch angetriebener Verdichter komprimiert das gasförmige Kältemittel. Dadurch steigen Druck und Temperatur. Nun ist das Kältemittel warm genug, um die Wärme an das Heizsystem abzugeben.

4. Wärme an das Haus abgeben

Über einen Wärmetauscher überträgt das Kältemittel seine Wärme auf das Heizungswasser. Dieses versorgt die Heizkörper oder die Fußbodenheizung. Anschließend wird das Kältemittel entspannt und abgekühlt, sodass der Kreislauf erneut beginnen kann.

Dieser Prozess wiederholt sich kontinuierlich, solange Wärme benötigt wird.

Wie kann eine Wärmepumpe bei Minusgraden heizen?

Viele Menschen fragen sich, wie eine Wärmepumpe bei Frost noch Wärme aus der Außenluft gewinnen kann.

Der entscheidende Punkt ist, dass auch kalte Luft noch Wärmeenergie enthält. Das Kältemittel der Wärmepumpe kann diese Energie aufnehmen, wenn seine Temperatur unter der Temperatur der Wärmequelle liegt.

Der Verdichter hebt anschließend das Temperaturniveau an, sodass die gewonnene Wärme zum Heizen verwendet werden kann.

Allerdings gilt: Je größer der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und dem benötigten Heizungswasser ist, desto mehr Arbeit muss die Wärmepumpe in der Regel leisten. Bei sehr niedrigen Außentemperaturen kann deshalb der Stromverbrauch steigen.

Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?

Wärmepumpen unterscheiden sich vor allem durch die Wärmequelle, die sie nutzen.

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe gewinnt Wärme aus der Außenluft und überträgt sie auf das Heizungswasser. Sie ist besonders verbreitet, weil keine Erdsonden oder Grundwasserbrunnen benötigt werden.

Vorteile:

• Flexible Einsatzmöglichkeiten
• Vergleichsweise unkomplizierte Installation
• Keine Erdsondenbohrungen erforderlich

Zu beachten sind der Aufstellort, mögliche Geräuschemissionen und die bei niedrigen Außentemperaturen sinkende Effizienz.

Sole-Wasser-Wärmepumpe

Diese Wärmepumpe nutzt die Wärme aus dem Erdreich. Dafür kommen beispielsweise Erdsonden oder Erdkollektoren zum Einsatz.

Die Temperaturen im Erdreich sind im Jahresverlauf vergleichsweise ausgeglichen. Das kann die Effizienz begünstigen. Dafür sind die Erschließung und die Platzverhältnisse wichtige Faktoren bei der Planung.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt Grundwasser als Wärmequelle. Da dessen Temperatur häufig relativ konstant ist, können solche Anlagen sehr effizient arbeiten.

Allerdings müssen die örtlichen Bedingungen stimmen. Außerdem können wasserrechtliche Anforderungen und Genehmigungen relevant sein.

Welche Variante sinnvoll ist, hängt unter anderem vom Gebäude, dem Grundstück, dem Wärmebedarf und den örtlichen Voraussetzungen ab.

Wie viel Strom verbraucht eine Wärmepumpe?

Der Stromverbrauch hängt von mehreren Faktoren ab. Dazu gehören insbesondere:

• Der Wärmebedarf des Gebäudes
• Die Effizienz der Wärmepumpe
• Die benötigte Vorlauftemperatur
• Die Außentemperaturen
• Der Warmwasserbedarf und die Einstellungen der Anlage

Eine wichtige Kennzahl ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie beschreibt das Verhältnis der über ein Jahr abgegebenen Wärme zur eingesetzten elektrischen Energie.

Ein vereinfachtes Beispiel:

Erzeugt eine Wärmepumpe im Jahresverlauf 12.000 Kilowattstunden Wärme und benötigt dafür 3.000 Kilowattstunden Strom, beträgt ihre Jahresarbeitszahl 4.

Das bedeutet: Aus einer Kilowattstunde Strom werden im Jahresmittel vier Kilowattstunden Wärme bereitgestellt.

Dieses Beispiel ist eine Rechenillustration und keine Garantie für den Verbrauch einer bestimmten Anlage. Die tatsächliche Effizienz hängt von den individuellen Betriebsbedingungen ab.

Ist eine Wärmepumpe auch für einen Altbau geeignet?

Ja, auch in vielen Bestandsgebäuden kann eine Wärmepumpe sinnvoll betrieben werden. Entscheidend ist nicht allein das Baujahr, sondern wie viel Wärme das Gebäude benötigt und welche Temperaturen das Heizsystem benötigt.

Eine zentrale Rolle spielt die sogenannte Vorlauftemperatur. Sie bezeichnet die Temperatur des Heizungswassers, das zu den Heizflächen transportiert wird.

Je niedriger die benötigte Vorlauftemperatur ist, desto günstiger sind in der Regel die Bedingungen für einen effizienten Betrieb.

Diese Maßnahmen können helfen:

• Heizkurve und Heizungsregelung richtig einstellen
• Heizkörper auf ausreichende Größe prüfen
• Wärmeverluste des Gebäudes reduzieren
• Hydraulischen Abgleich durchführen lassen
• Wärmepumpe passend zum tatsächlichen Wärmebedarf dimensionieren

Eine Fußbodenheizung ist nicht zwingend erforderlich. Auch mit geeigneten Heizkörpern kann eine Wärmepumpe effizient arbeiten.

Vor einem Heizungstausch empfiehlt sich eine individuelle Prüfung des Gebäudes und des Heizsystems.

Welche Vorteile hat eine Wärmepumpe?

Wärmepumpen bieten mehrere mögliche Vorteile:

Effiziente Wärmeerzeugung: Sie nutzen Umweltenergie und benötigen für den Betrieb zusätzlich elektrische Energie.

Nutzung erneuerbarer Energie: Je nach Wärmequelle und Stromversorgung kann eine Wärmepumpe einen Beitrag zur Verringerung der Treibhausgasemissionen leisten.

Heizen und Warmwasser: Viele Anlagen können sowohl die Raumheizung als auch die Warmwasserbereitung übernehmen.

Kombination mit Photovoltaik: Eine Photovoltaikanlage kann einen Teil des benötigten Stroms liefern. Wie viel davon direkt genutzt werden kann, hängt unter anderem von Jahreszeit, Verbrauch und Speichertechnik ab.

Verschiedene Einsatzmöglichkeiten: Wärmepumpen kommen sowohl in Neubauten als auch in geeigneten Bestandsgebäuden infrage.

Wie wirtschaftlich und klimafreundlich die Anlage tatsächlich ist, hängt von den konkreten Rahmenbedingungen ab.

Lohnt sich eine Wärmepumpe?

Ob sich eine Wärmepumpe lohnt, lässt sich nicht pauschal beantworten. Neben den Anschaffungskosten sind die laufenden Stromkosten, der Wärmebedarf und mögliche Anpassungen am Gebäude entscheidend.

Für eine realistische Einschätzung solltest du folgende Punkte vergleichen:

• Investitionskosten einschließlich Installation
• Erwarteter jährlicher Stromverbrauch
• Aktuelle und mögliche zukünftige Energiepreise
• Kosten für notwendige Anpassungen am Heizsystem
• Wartungsaufwand
• Fördermöglichkeiten zum Zeitpunkt der Planung

Auch die bisherige Heizungsanlage spielt eine Rolle. Deshalb ist es sinnvoll, nicht nur die Anschaffungskosten zu betrachten, sondern die voraussichtlichen Gesamtkosten über mehrere Jahre zu vergleichen.

Wärmepumpe einfach erklärt: Schau dir das Video an

Du möchtest die Funktionsweise lieber anschaulich sehen, statt nur darüber zu lesen?

In unserem Video erklären wir Schritt für Schritt, wie eine Wärmepumpe arbeitet, woher sie ihre Energie bezieht und wie daraus Heizwärme für dein Zuhause entsteht.

Das Video eignet sich besonders für Einsteiger, Hausbesitzer und alle, die sich erstmals mit moderner Heiztechnik beschäftigen.

Häufige Fragen zur Wärmepumpe (FAQ)

Funktioniert eine Wärmepumpe wirklich bei Kälte?

Ja. Auch kalte Außenluft enthält nutzbare Wärmeenergie. Bei niedrigen Außentemperaturen sinkt allerdings häufig die Effizienz, sodass die Wärmepumpe mehr Strom für die gleiche Wärmemenge benötigt.

Benötigt eine Wärmepumpe Strom?

Ja. Strom wird vor allem für den Verdichter und weitere Komponenten benötigt. Die Wärme stammt jedoch zum großen Teil aus der genutzten Umweltenergie.

Ist eine Wärmepumpe günstiger als eine Gasheizung?

Das hängt von den Investitionskosten, dem Wärmebedarf, der Effizienz der Wärmepumpe und den jeweiligen Energiepreisen ab. Ein Vergleich sollte sowohl die Anschaffung als auch die laufenden Kosten berücksichtigen.

Kann ich eine Wärmepumpe mit normalen Heizkörpern betreiben?

Ja, das ist grundsätzlich möglich. Wichtig sind ausreichend große Heizflächen, eine passende Auslegung und möglichst niedrige Vorlauftemperaturen.

Welche Wärmepumpe ist die beste?

Es gibt keine pauschal beste Wärmepumpe für jedes Gebäude. Luft-Wasser-, Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Systeme unterscheiden sich unter anderem hinsichtlich Installation, Wärmequelle, Effizienz und örtlichen Anforderungen.

Wie lange hält eine Wärmepumpe?

Die Lebensdauer hängt von der Gerätequalität, der Installation, den Betriebsbedingungen und der Wartung ab. Eine pauschale Lebensdauer lässt sich nicht für jede Anlage garantieren.

Fazit: So einfach funktioniert eine Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe nutzt Wärme aus der Umwelt, erhöht deren Temperaturniveau mithilfe eines elektrisch angetriebenen Verdichters und stellt die gewonnene Energie für Heizung und Warmwasser bereit.

Wie effizient das funktioniert, hängt insbesondere von der Wärmequelle, der benötigten Vorlauftemperatur und dem Wärmebedarf des Gebäudes ab.

Wer eine Wärmepumpe plant, sollte deshalb nicht nur das Gerät betrachten, sondern das gesamte Heizsystem und die individuellen Bedingungen des Hauses.

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