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Heizen mit Wärmepumpe

Wärmepumpen haben sich als nachhaltige Alternative zu anderen Heizungen etabliert. Aber was sind die Voraussetzungen für effizientes Heizen mit Wärmepumpen? Wir schauen uns die Fakten an und geben Orientierung.

Heizen mit Wärmepumpe

Wärmepumpen sind energetische Allroundtalente. Sie machen die Bereitung von Warmwasser und die Versorgung der Heizung effizient und können zudem mit erneuerbaren Energien kombiniert werden. Deshalb werden sie stark nachgefragt, wenn es um Neubauten geht. Aber auch für Bestandsbauten kann sich der Umbau durchaus lohnen, wenn einige Voraussetzungen stimmen.

Grafik Desktop: Entwicklung der Beheizungsstruktur im Wohnungsneubau in Deutschland von 2000 bis 2020

Der Rückblick auf die letzten 20 Jahre zeigt eindrucksvoll, wie sich der Trend zu Wärmepumpenheizungen entwickelt hat. In diesem Zeitraum hat sich die Nutzung von Wärmepumpen um fast 40 Prozent erhöht. Die Erd- und Biogasnutzung war dagegen stark rückläufig. 

Kurz und knapp: Die Funktionsweise

Die Funktionsweise der Wärmepumpenheizungen folgt grundlegend immer demselben Prinzip. Thermische Energie wird einer Wärmequelle entzogen und dem Heizkreislauf über ein Rohrsystem zugeführt. Als Transportmedium wird ein Kältemittel verwendet. Dieses wird im Prozess verdichtet und bei Abgabe der Wärme wieder entspannt. Mit der abgegebenen Wärme lässt sich heizen oder Warmwasser bereiten.

Voraussetzungen für effizientes Heizen mit Wärmepumpen

Elektrische Wärmepumpen sind vor allem im Neubau gefragt. Dort sind sie die derzeit am häufigsten installierten Heizsysteme. Das liegt unter anderem an ihrer erprobten Technik und den vielen Vorzügen, die sie bieten. Effizienz und Nachhaltigkeit sind ihre Stärken, zudem sind sie wartungsarm und bieten die Möglichkeit mit erneuerbaren Energien kombiniert zu werden. Ein zukunftssicheres Modell also, das Verbrauchern gleichzeitig Flexibilität und Zuverlässigkeit bietet. Dafür sehen Nutzer auch über die verhältnismäßig hohen Anschaffungskosten hinweg, die sich bei genauerem Hinsehen ohnehin schnell amortisieren. 

Frau an einer Wärmepumpe

Für Bestandsbauten geht diese Rechnung auch auf, allerdings nur unter bestimmten Bedingungen.
Zwei wichtige Faktoren sind:

Dämmung

Allem voran geht grundsätzlich eine gute Dämmung von Wänden und Fenstern des Gebäudes. Diese vermeidet, dass Wärme ungenutzt verloren geht und das Heizsystem mehr Strom als nötig verbraucht.

Heizfläche

Für das Heizen mit Wärmepumpenheizungen gilt die Regel: Je größer die Heizflächen, desto besser. Fußboden- oder Wandheizungen eignen sich hier besonders, da sie größere Grundflächen haben. Das ermöglicht dem zirkulierenden Heizwasser in der Fläche mehr Wärme abzugeben, ohne dass dafür hohe Temperaturen notwendig sind.

Bei Neubauten lassen sich diese Faktoren schon in der Planung einkalkulieren. Bei Bestandsbauten sind jedoch häufig umfangreiche energetische Sanierungen erforderlich. Diese treiben die Kosten in die Höhe und machen den Umstieg auf Wärmepumpenheizungen ab einem gewissen Punkt unwirtschaftlich. Deshalb ist es ratsam, frühzeitig Fachpersonal hinzuzuziehen. Mit dessen Hilfe lassen sich vorab Energiebilanz und erforderliche Heizleistung des Gebäudes kalkulieren, bevor weitere Maßnahmen ergriffen werden. So lassen sich Fehlinvestitionen und unnötige Folgekosten vermeiden.

Heizkörper

Welche Wärmequellen nutzen Wärmepumpenheizungen?

Es gibt verschiedene natürliche Energiequellen, aus denen Wärme bezogen werden kann. Diese kann anschließend zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden. Welche sich am besten eignet, entscheiden der individuelle Wärmebedarf und örtliche Gegebenheiten. Die am häufigsten verwendeten Wärmepumpenheizungen nutzen Luft, das Erdreich oder Grundwasser als Energiequellen, aber auch Abwärme oder Eisspeicher binden Energie und kommen deshalb in Frage.

Wasser

Neben den schon erwähnten Wärmequellen liefert auch Grundwasser eine ganzjährig hohe Wärmeenergie. Die Förderung des Grundwassers erfolgt mithilfe einer Brunnenanlage, die aus einem Saug- und einem Schluckbrunnen besteht. Zur Installation der Anlage bedarf es zudem häufig der Erfüllung bestimmter Umwelt- oder Gewässerschutzauflagen.

Erde

Das Erdreich bietet eine konstante Wärmeversorgung schon in geringen Tiefen. Auch im Winter bleiben die Temperaturen hier auf einem relativ hohen Temperaturniveau. Das macht Erdwärme besonders geeignet als Wärmequelle für den Betrieb von Heizungen. Über Erdkollektoren und Erdsonden lässt sich die Energie sammeln und zum Heizen verwenden.

Luft

Auch wenn es im ersten Moment merkwürdig klingt: Luft enthält immer thermische Energie in Form von Wärme. Zumindest bis zu einem Temperaturgrenzwert von -273,15 Grad Celsius. So tief liegt also auch das theoretische Nutzungspotenzial. In der Praxis kann eine Luft-Wasser-Wärmepumpe bis zu -20 Grad Celsius wirtschaftlich arbeiten – je nach lokalen und baulichen Voraussetzungen.

Eisspeicher

Eisspeicher sind hoch effizient und innovativ. Sie funktionieren wie eine Zisterne mit eingebauten Wärmetauschern und werden mit Leitungswasser gefüllt. In der Regel werden sie in den Boden eingelassen und durch einen Solar-Luftabsorber auf dem Dach versorgt. Der Absorber zieht die Wärme aus der Umgebungsluft sowie der Sonnenstrahlung und führt sie dem unterirdischen Speicher zu.

Abwärme

Auch Abwärme ist eine mögliche Energiequelle, allerdings limitiert. Die Menge und das Temperaturniveau variieren stark, da sie vom bewohnten Raum abhängen. Die zur Verfügung stehende Wärme lässt sich mit einer Warmwasser-Wärmepumpe zur Warmwasserbereitung nutzen.

Mann mit einer Wärmepumpe im Hintergrund

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Luft-Wasser-Wärmepumpe

Unterschiede von Wärmepumpenheizungen

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen. Sie alle heizen nach dem gleichen technischen Prinzip, unterscheiden sich jedoch durch die von ihnen genutzte Wärmequelle, Effizienz und Kosten. Abhängig von lokalen Voraussetzungen sind auch nicht alle Wärmepumpenheizungen an jedem Ort installierbar.

Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Luft, Wasser-Wasser-Wärmepumpen das Grundwasser und Sole-Wasser-Wärmepumpen Erdwärme als Wärmequelle. Über ein Rohrsystem, das mit einem Kältemittel befüllt ist, wird die aufgenommene Wärme transportiert. Während des Transports muss die Temperatur des Kältemittels technisch weiter erhöht werden, da sie meist unter dem Nutzniveau liegt. Dazu nutzen die Wärmepumpen Strom.

Im direkten Vergleich liefern Wasser-Wasser-Wärmepumpen am meisten Wärme, gefolgt von Erdwärmepumpen. Auf dem Papier schneiden Luft-Luft-Wärmepumpen hinsichtlich ihrer Effizienz am schlechtesten ab. Sie sind deshalb jedoch nicht automatisch schlechter, denn ihre Effizienz misst sich an vielen weiteren Faktoren.

Welche Faktoren haben Einfluss auf die Effizienz von Wärmepumpen?

Jahresarbeitszahl

Die Jahresarbeitszahl, kurz JAZ, ist die wohl wichtigste Kenngröße zur Einschätzung der Effizienz von Wärmepumpen. Sie ist ein aussagekräftiger Indikator dafür, wie viel Wärme eine Heizungsanlage pro Einheit des eingesetzten Stroms erzeugt. Die Jahresarbeitszahl wird über den Zeitraum eines Jahres gemessen und so die daraus resultierende Heizleistung ermittelt. Je höher der Wert der Jahresarbeitszahl ist, desto effizienter die Heizung. 

Als Richtwert für Effizienz wird eine JAZ von mindestens 3 angesehen. Studien zufolge gleichen Wärmepumpen dieser Kategorie die Umwandlungsverluste bei der Stromerzeugung mehr als aus, sodass die Gesamtrechnung positiv, also effizient, bleibt.

Da die Berechnungen und Messungen zur Bestimmung der Jahresarbeitszahl unter Laborbedingungen durchgeführt werden, können sich diese von der in der Realität erreichten Effizienz unterscheiden. So ist es wichtig, sich vor der Umrüstung genau beraten zu lassen, welcher Wärmepumpentyp zum Heizen im individuellen Gebäude sinnvoll ist.

Luft-Luft-Wärmepumpe

Leistungszahl (COP)

Der „coefficient of performance“ gibt das Verhältnis von eingesetzter Energie und gewonnener Wärme an. Diese Leistungszahl gilt jedoch als weniger aussagekräftig als die Jahresarbeitszahl, da es sich bei ihr nur um eine Momentaufnahme handelt.

Was passiert, wenn eine Wärmepumpe zu wenig Wärme bereitstellt?

Zu Zeiten, in denen der Wärmebedarf größer als die Fördermenge ist, wird das Wasser in der Heizung elektrisch erwärmt. Dieser Vorgang benötigt Energie und treibt dadurch den Stromverbrauch in die Höhe. Deshalb empfiehlt es sich, die Anlage im Voraus genau zu planen, sodass die Zusatz-Heizstäbe möglichst selten zur Verwendung kommen.

Kinder

 

Wärmepumpenheizungen und Klimaschutz

Heizungen mit Wärmepumpentechnologie nutzen Umweltenergie. Diese ist grün und erneuerbar – das allein macht eine Heizung aber noch nicht klimafreundlich. Wie so oft kommt es auf die richtige Kombination an. Der Strom, den Wärmepumpen zum Eigenbetrieb und zur Aufheizung des Kältemittels nutzen, kommt nach wie vor als Mischstrom beim Verbraucher an. Was aus der Steckdose kommt, ist leider zum Großteil immer noch Strom aus Kohlekraftwerken. Das bedeutet: Je effizienter das Heizsystem die Energie aus der jeweiligen Wärmequelle nutzt, desto grüner wird es. Möglichst wenig Strom soll möglichst viel Wärme erzeugen.

Stellschrauben gibt es deshalb einige. Der Ausbau von erneuerbaren Energien wird in absehbarer Zeit den Anteil von Ökostrom im Stromnetz erhöhen. Dadurch wird jede Wärmepumpenheizung mit der Zeit automatisch klimafreundlicher. Unabhängig davon lässt sich jede Wärmepumpenheizung jedoch auch mit eigenem Solarstrom aus der heimischen Anlage betreiben. Oder mit zertifiziertem Ökostrom beliefern. So lassen sich die ohnehin verhältnismäßig geringen Stromkosten der Heizungen weiter umweltfreundlich reduzieren.

Fördermittel

Wärmepumpen sind Heizungen, die Heizkosten minimieren und die Umwelt wesentlich weniger belasten als andere Heizsysteme. Der so geleistete Beitrag zum Klimaschutz durch regenerative Heizsysteme wird mit attraktiven staatlichen Förderprogrammen unterstützt.

Seit 2021 regelt die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) die Förderung von Einzelmaßnahmen und Vollsanierungen für Gebäude nach Effizienzhaus-Standard. Einzelmaßnahmen können demnach über das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gefördert werden. Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) fördert mit zinsgünstigen Krediten inklusive Tilgungszuschüssen Komplettsanierungen und Neubauten mit Effizienzhausklasse.

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Fotos: Jimmy Eriksson (Agency: NORD ID/NORD DDB) / Vattenfall Media, Jorrit Lousberg / Vattenfall Media, Elisabeth Toll / Vattenfall Media, Stellan Stephenson / Vattenfall Media, Milan / Adobe Stock