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Wärmepumpenheizung - wie funktioniert das?

  Das Prinzip der Wärmepumpe
  Die Wärmequellen
  Wärmequelle Erdreich
  Wärmequelle Grundwasser
  Wärmequelle Luft
  Was kostet die Wärmepumpenanlage
  Was tun, wenn die Wärmepumpe aufgrund Wassermangel auf Störung geht?


In Zeiten steigender Preise für Erdöl oder Erdgas ist der Hausbesitzer für jede Alternative zu herkömmlichen Heizungs- und Warmwassersystemen dankbar. Zumal die beiden Energiequellen Erdöl und Erdgas nicht unerschöpflich sind. Wärmepumpen beziehen einen Großteil der zum Heizen erforderlichen Energie aus der Umwelt. Gebäude können mit Wärmepumpen umweltfreundlich geheizt werden, Öl- und Heizkessel werden somit überflüssig. Zwar nimmt die Anzahl der verkauften Wärmepumpen jährlich zu, doch noch ist der Anteil von Wärmepumpenheizungen beim Neubau relativ gering (2% laut Bundesverband WärmePumpe (BWP) e.V. München Anfang 2002). Vermutlich auch, weil die nötigen Informationen und das Vertrauen in das technisch Neue fehlen. Dabei begann in den USA schon 1945 eine Entwicklung von erdgekoppelten Wärmepumpen. Erste Anlagen mit Erdwärmesonden bei Wohnhäusern in Deutschland datieren aus dem Jahr 1980. Die Technologie steckt also keineswegs mehr in den Kinderschuhen. Ein Grund, sich intensiv mit dem System der Wärmepumpenheizung zu beschäftigen.


Das Prinzip der Wärmepumpe


Eine Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank, nur mit umgekehrtem Nutzen. So kann vereinfacht das Prinzip der Wärmepumpe erklärt werden: Ein Kühlschrank entzieht den Lebensmitteln Wärme und gibt sie an den Raum ab. Wärmepumpen entziehen der Luft, dem Wasser oder der Erde Wärme und leiten diese an das Heizsystem weiter. Dabei bedient sich die Wärmepumpe einer Wärme, die deutlich unter der Körpertemperatur des Menschen liegt und daher als "kalt" empfunden wird. "Kälte" ist allerdings eine Frage der Sichtweise. Im Vergleich zu Eiswasser ist Wasser mit einer Temperatur von 10 Grad relativ warm. Umgekehrt kann ein See mit 20 Grad Wassertemperatur im Hochsommer bei 30 Grad im Schatten als ziemlich kalt empfunden werden. Eine Wärmepumpe kann selbst aus Minusgraden noch ausreichend Wärme zum Heizen ziehen. Sie wandelt Wärme niedriger Temperatur in Wärme höherer Temperatur um, das heißt aus Luft mit einer Temperatur von 10°C wird beispielsweise Heizwasser mit einer Temperatur von 35°C, das einen Raum ausreichend erwärmen kann.

Natürlich erwärmt sich das Wasser nicht von alleine, sondern es bedarf einer Wärmepumpe, die angetrieben werden muß. Allerdings wird nur ein Viertel der erzeugten Heizenergie für den Betrieb von Wärmepumpen in Form von Strom benötigt. Drei Viertel der Energie stammt von der Sonne. Der Strom für die Wärmepumpe kann ebenfalls durch Sonnenenergie gewonnen werden, nämlich mit Photovoltaikanlagen. Alles, was Sie über Sonnenenergie wissen müssen, können Sie hier nachlesen. Ein Kältemittel (eine Flüssigkeit mit einem sehr viel niedrigeren Siedepunkt als Wasser) zirkuliert durch den geschlossenen Kreislauf der Wärmepumpe und entzieht einer Wärmequelle in einem sogenannten "Verdampfer" die "überschüssige" Wärmeenergie.

Dass beim Verdampfen eines chemischen Stoffs wirklich Energie (sprich Wärme) eingesetzt werden muss, hat auch schon jeder erfahren: Tropfen Sie doch etwas Aftershave oder Parfum auf die Hand. Sie werden feststellen, daß die Flüssigkeit rasch verdampft und gleichzeitig die Haut kalt wird, weil sie Wärme abgegeben hat. Das um ein paar Grad erwärmte, dampfförmige Kältemittel wird nun in einen Kompressor geleitet, wo es verdichtet wird. Dadurch erhöht sich die Temperatur stark. Auch dieses "Phänomen" hat wohl jeder schon erlebt: Wenn man Luft in einen Fahrradreifen pumpt, wird die Luft verdichtet und die Pumpe wird warm. In einem Kondensator schließlich gibt das heiße, dampfförmige, komprimierte Kältemittel die Wärme an ein Heizsystem ab und wird prompt wieder flüssig. Nach dem Durchfließen eines Expansionsventils hat es seine ursprünglichen niedrigen Druck- und Temperatur-Werte wieder - und ist auch schon wieder am Ausgangspunkt seiner "Reise", dem Verdampfer, angekommen.

Die Wärmequellen


Als Wärmequellen für das Erdreich stehen das Erdreich, das Grundwasser und die Luft zur Verfügung. Welche Wärmequelle letztlich die ideale für den Hausherrn ist, hängt von den örtlichen Gegebenheiten, der Lage des Hauses und dem jeweiligen Wärmebedarf ab. Beurteilen kann dies nur ein Fachmann.

Wärmequelle Erdreich


Das Erdreich ist ein sehr guter Wärmespeicher, da die Temperatur das ganze Jahr über mit acht bis zehn Grad relativ konstant ist. Wärmepumpen, die das Erdreich nutzen (sogenannte Sole/Wasser-Wärmepumpen mit Erdsonden bzw. Flachkollektoren) sind die am häufigsten eingesetzten Systeme und versorgen Wohnhäuser ganzjährig mit Wärme für Heizung und Warmwasser.

1.

Erdsonden

 
Erdsondenanlage    Für die Errichtung einer Erdsondenanlage ist eine oder sind mehrere Bohrungen zu erstellen, in die Schleifen aus Kunststoffrohr eingelassen werden - pro Bohrung zwei Schleifen. Die Tiefe und die Anzahl der Bohrungen hängt von den Bodenverhältnissen und von der Heizleistung ab, die für Ihr Haus benötigt wird. Verboten sind Erdsonden in Wasserschutzgebieten. Ansonsten besteht Anzeige- bzw. Genehmigungspflicht.
 
2.

Erdkollektoren

 
Erdkollektoren    Die Erdkollektoren werden waagerecht als Schleifen im Boden Ihres Grundstückes verlegt. Dabei ist eine Tiefe von 1,0-1,2 m völlig ausreichend (20 cm unter der Frostgrenze), um der Wärmepumpe die Energiemenge zu liefern, die sie zum Beheizen Ihres Hauses benötigt. Bei Grundwassernähe besteht Anzeigepflicht. Ein nachträglicher Einbau ist nur möglich, wenn keine Baumwurzeln das Eingraben der Erdkollektoren verhindern. Zudem brauchen Sie ein relativ großes Grundstück. Dieses System ist damit nicht für jeden Hausbesitzer geeignet.
 
 

Wärmequelle Grundwasser


 
Wärmequelle Grundwasser    Grundwasser hat das ganze Jahr über eine konstante Temperatur von sieben bis zwölf Grad. Es eignet sich daher ebenfalls sehr gut für den Einsatz einer Wärmepumpe. Um das Grundwasser allerdings nutzen zu können, müssen zwei Brunnen gebohrt werden, eine Förderbrunnen und ein Schluckbrunnen. Beim einen wird das Grundwasser entnommen und dem Wasser die Wärme entzogen. Das abgekühlte Wasser wird anschließend dem anderen Brunnen zugeführt. Was beim Bohren eines Brunnens beachtet werden muß, erfahren Sie bei uns.
 

Wärmequelle Luft


 
Wärmequelle Luft    Ohne größeren Aufwand kann die Luft für die Wärmepumpe verwendet werden. Mittels Ventilatoren wird die Außenluft am Verdampfer der Wärmepumpe vorbeigeführt, wo die Wärme entzogen wird. Dabei gibt es allerdings ein Problem: Die Temperaturschwankungen sind zu groß. Im Winter wird die Leistung der Wärmepumpe zu schwach und es muß mit einem elektrischen Heizstab nachgeholfen werden. Dies führt dazu, daß dieses System nicht sehr häufig ausgeführt wird.
 

Was kostet die Wärmepumpenanlage ?


Neben dem Aspekt eines umweltfreundlichen Systems interessieren den "normalen" Hausbesitzer natürlich vor allem die Kosten. Die Investitionskosten sind zunächst einmal etwas höher als bei einer herkömmlichen Heizungsanlage. Durch günstigere Betriebskosten wird dies jedoch ausgeglichen. Eine Wärmepumpe kostet mindestens 4.000 Euro. Mit steigender Leistung kann die Pumpe jedoch auch gut das Doppelte kosten. Hinzu kommen noch die Kosten für den Warmwasserspeicher von etwa 2.000 Euro sowie für den Pufferspeicher und die Regelung von etwa 750 Euro. Für die Erschließung der Wärmequellen fallen weitere Kosten an. Am günstigen ist die Erschließung für die Wärmequelle Luft mit bis zu 1.500 Euro. Allerdings muß bei kaltem Wetter mit einem Heizstab nachgeholfen werden, so daß noch weitere Kosten auf Sie zukommen. Im Durchschnitt 3.000 Euro kostet es Erdkollektoren oder Erdsonden im Garten zu verbuddeln. Am teuersten kann das Bohren der Brunnen werden. Zwischen 2.500 und 7.500 Euro fallen für die Erschließung der Wärmequelle Grundwasser an. Der Erwerb einer Wärmepumpe sollte genau überlegt sein, denn bis sich solch eine Anlage amortisiert, gehen mehr als 10 Jahre ins Land. Steigen die Strompreise dann auch noch stärker als die Ölpreise bzw. Gaspreise, kann eine Wärmepumpenheizung nicht billiger betrieben werden als eine moderne Ölheizung.

Was tun, wenn die Wärmepumpe aufgrund Wassermangel auf Störung geht?


Im Laufe der Zeit lässt die Brunnenleistung aufgrund einer natürlichen Brunnenalterung nach.
Die Wärmepumpe geht infolge Wassermangels auf Störung.

Ablagerungen aus dem Grundwasserchemismus treten im gesamten Wärmepumpensystem wie Entnahme- bzw. Förderbrunnen, Versorgungsleitung und Wärmetauscher der Wärmepumpe bishin zum Abgabe- bzw. Schluckbrunnen auf. Deshalb sollte der gesamte Wasserkreislauf in größeren Abständen gereinigt werden. Die optimale Ernergieausbeutung bleibt somit erhalten.



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