Wärmepumpe

Wärmepumpe: Wärme aus der Natur nutzen

Wärmepumpe: Funktionsweise, Vorteile, Förderung und vieles mehr

Um Wärme zu erzeugen, nutzen Wärmepumpen bis zu 75 Prozent Umweltwärme sowie Strom zur Wärmegewinnung. Umweltwärme ist jederzeit frei verfügbar und befindet sich überall um uns herum: in der Luft, in der Erde und im Grundwasser. Woher kommt diese Wärme? Natürlich von der Sonne! Seit Milliarden von Jahren strahlt sie unfassbar große Energiemengen ab, die nur zu einem winzigen Bruchteil auf der Erde ankommen. Selbst dieser Bruchteil würde aber schon reichen, den Weltenergiebedarf mehrfach zu decken. Da die Sonne auch die nächsten Millionen und Milliarden Jahre strahlen wird, ist sie ein nahezu unerschöpflicher Energielieferant. Die Wärmepumpe hebt die erneuerbare Energie der Sonne mittels eines genial einfachen Prinzips auf ein zum Heizen geeignetes Niveau an – und das selbst bei Minusgraden.

Luftwärme: So funktioniert die Luft-Wasser-Wärmepumpe

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe gehört zur Gruppe der Luftwärmepumpen, die Außenluft oder Innenraum- bzw. Abluft für die Gewinnung von Wärmeenergie nutzen. Sie sind einfach zu installieren und prägen inzwischen vielerorts das Bild, da sie aufgrund der geringen Geräuschentwicklung auch in dicht bebauten Siedlungen oder für Reihenhäuser einsetzbar sind. Kollektoren wie bei der Erdreich-Wärmepumpe oder Brunnen wie bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe entfallen. Stattdessen dient die Umgebungsluft als Wärmequelle, womit Luftwärmepumpen sowohl im Innenraum als auch im Freien aufgestellt werden können. Das Funktionsprinzip der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist einfach zu verstehen: ein Ventilator saugt Umgebungsluft an und transportiert sie in einem Leitungssystem zum Wärmetauscher. Dort trifft die Luft auf das Kältemittel, das ihr Wärme entzieht und sich dadurch erhitzt. Ein strombetriebener Kompressor steigert diesen Effekt, sodass der Siedepunkt des Kältemittels erreicht wird, das wiederum seine Wärmeenergie an die Heizung abgibt. Das abgekühlte Kältemittel ändert im Verflüssiger seinen Aggregatzustand und beginnt den Kreislauf von neuem.

Erdwärme: So funktioniert die Sole-Wasser-Wärmepumpe

In der Kältetechnik muss die Flüssigkeit zum Abtransport von Wärme frostsicher sein, damit die Anlage auch bei tiefen Minusgraden nicht einfrieren kann. Die Bezeichnung „Sole“ stammt noch aus der Zeit, als man verschiedene Salze für den Frostschutz zumischte. Heute werden Alkohole der Glykol-Familie verwendet, die im Gegensatz zu Salzlösungen nicht mehr korrosiv wirken. Die Sole/Wasser-Wärmepumpe macht sich die Wärmeenergie des Erdreichs zunutze. Ab einer gewissen Tiefe findet man konstante Temperaturen zwischen 7 und 12 °C vor, die völlig ausreichend sind, um über die Wärmepumpe eine Heizung zu betreiben. Dabei gibt es zwei Möglichkeiten, die Wärme aus dem Erdreich zu nutzen.

Erdsonde

Die Erdsonde ist eine vertikale Einbringung zur Wärmegewinnung, die tief in die Erde reicht. In der Regel bohrt man 40 bis 100 Meter senkrecht nach unten, um die Wärme mithilfe der Erdsonde zu entnehmen und über die Sole zur Wärmepumpe zu transportieren. Diese Art der Wärmenutzung erfordert durch die tiefe Bohrung wenig Platz, muss aber den Behörden angezeigt werden. Sobald die Wasserbehörde eine Genehmigung erteilt hat, kann die Erdsonde als eine der effizientesten Wärmequellen eingebracht und verwendet werden.

Erdkollektoren

Erdkollektoren werden im Gegensatz zu Erdsonden horizontal im Erdreich verlegt und benötigen dadurch deutlich mehr Fläche. Die schlangen- und mäanderförmig verlaufenden Kollektoren (ähnlich angelegt wie eine Fußbodenheizung) müssen unter der Frostgrenze im Erdreich verlegt werden. In unseren Breitengraden geht man von rund einem bis 1,5 Metern aus, die dafür ausreichend sind. Während eine Erdsonde tief im Erdreich verankert ist und vergleichsweise hohe Temperaturen nutzen kann, arbeiten Erdkollektoren über die Fläche. Als Faustregel verdoppeln Sie Ihre Wohnfläche und erhalten damit die ungefähre Kollektorenfläche. Wichtig zu wissen: Die Fläche darf nicht bebaut oder bepflanzt sein, da die Sonne das Erdreich dann nicht oder nur schwer erwärmen kann.

Grundwasserwärme: So funktioniert die Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Die Wasser/Wasser-Wärmepumpe verwendet das Grundwasser als Wärmequelle. Das Grundwasser wird nach oben gepumpt und gibt seine Wärmeenergie an den Kältekreislauf der Wärmepumpe ab. Grundwasser eignet sich in unseren Breiten aufgrund der konstanten Temperatur von acht bis zwölf Grad Celsius optimal für den Betrieb einer Wärmepumpe. 

Bei der Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist der Primärkreislauf (der Part zur Entnahme der Wärme aus dem Wärmeträger) offen, denn Grundwasser zirkuliert frei und ohne Rohrleitungen im Erdreich. Der offene Kreislauf erspart zum einen ein Rohrleitungssystem, wie man es bei der Sole-Wasser-Wärmepumpe benötigt, bringt aber andererseits mit sich, dass der Betrieb von der Menge und Qualität des Grundwassers abhängt. Zwei sogenannte Brunnen sind für den Betrieb einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe erforderlich.

Förderbrunnen

Das Grundwasser wird über eine Förderpumpe aus dem Erdreich im Förderbrunnen (auch Saugbrunnen genannt) nach oben zur Wärmepumpe befördert. Dort entzieht sie über ihren Wärmetauscher dem Grundwasser Wärme und erzeugt damit wiederum Heizwärme.

Schluckbrunnen

Das abgekühlte Grundwasser muss nun wieder ins Erdreich geleitet werden, was über Rohrleitungen erfolgt, die in den Schluckbrunnen münden. Dabei ist auf die Fließrichtung des Wassers zu achten und darauf, dass der Abstand zum Förderbrunnen ausreichend groß ist. Andernfalls könnte bei ungünstiger Anordnung ein Kurzschluss eintreten, bei dem das kühle Wasser wieder in den Förderbrunnen gelangt und die Effizienz der Wärmepumpe deutlich reduziert bzw. das Heizen sogar verhindert.

 
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