Funktionsweise einer Wärmepumpe

Funktionsweise

Wie Funktioniert eine Wärmepumpe?

 

Eine Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt. Ein Kühlschrank erzeugt Kälte aus der Aussenwärme, während eine Wärmepumpe der Umwelt (Luft, Erde, Wasser) Energie entzieht und sie über den Wärmetauscher als Heizwärme an das Haus zurückgibt.

Aufbau und Funktionsweise einer Wärmepumpe

Die folgende Grafik zeigt in einzelnen Schritten den Aufbau und die Funktionsweise einer Wärmepumpe:

 

  1. Wärmequelle
  2. Wärmepumpe
     a) Verdampfer
     b) Kompressor
     c) Kondensator
     d) Expansionsventil
  3. Wärmeverteilung

Wärmepumpentypen

Je nachdem welchem Medium Energie entzogen wird (Erdreich, Wasser oder Luft), ergeben sich unterschiedliche Typen von Wärmepumpen:

 

  1. Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdsonde)
  2. Wasser-Wasser-Wärmepumpe
  3. Luft-Wasser-Wärmepumpe

Im Folgenden erklären wir die Funktionsweise dieser drei Wärmepumpen:

 

Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdsonde)

Sole-Wasser-Wärmepumpen – im Volksmund auch Erdsonde genannt – heizen mit Erdwärme. Es gibt unterschiedliche Möglichkeiten, die Wärme aus der Erde zu nutzen. Neben Erdsonden können auch Energiepfähle, Energiekörbe oder Erdregister erdverlegt werden. Die Erdsonde ist jedoch die mit Abstand am häufigsten genutzte Technik.

 

Funktionsprinzip Erdsonde

Aufgrund der konstanten Temperatur des Erdreichs haben Erdsonden einen hohen Wirkungsgrad, den man sich allerdings mit höheren Investitionskosten erkaufen muss. Erdsonden können nicht überall gebohrt werden, vor allem in Gebieten mit Grundwasservorkommen muss jeder Einzelfall geprüft werden. Eine Genehmigung der Gemeinde ist erforderlich.

 

Wasser-Wasser-Wärmepumpe (Grundwasser)

Bei Wasser-Wasser-Wärmepumpen gibt es zwei verschiedene Möglichkeiten des Energiebezugs:

  • Das Grundwasser (häufigster Fall) 
  • Das Oberflächenwasser (Seen, Flüsse, Bäche)
 
Funktionsprinzip der Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Bei einer Grundwasser-Wärmepumpe wird das Grundwasser über einen Saug- und Schluckbrunnen zugeführt und von einem Wärmetauscher aufgenommen (die Wärme wird entzogen). Das Grundwasser hat das ganze Jahr über fast die gleiche Temperatur, wodurch die Wärmepumpe einen sehr guten Wirkungsgrad hat.

Bei guter Qualität des Grundwassers können auch bestehende Brunnen verwendet werden. Entscheidend sind das Grundwasserniveau und die Mächtigkeit. Wie bei Erdsonden ist auch hier eine Genehmigung der Gemeinde erforderlich.

 

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Energie aus der Umgebungsluft, um das Haus zu heizen. Durch die Sonneneinstrahlung erwärmt sich die Luft fortlaufend neu. Die Wärmepumpe nimmt diese Energie auf einem niedrigen Temperaturniveau auf und bringt sie auf ein höheres Niveau. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe kann relativ einfach installiert werden und ist zudem sehr preiswert.

 

Innen- oder Aussenaufstellung der Luft-Wasser-Wärmepumpe?

Luft-Wasser-Wärmepumpen können sowohl aussen wie innen aufgestellt werden. Aus wirtschaftlicher Sicht sind beide Möglichkeiten gleichwertig.

  • Bei der Innenaufstellung wird die Luft-Wasser-Wärmepumpe in einem Kellerraum aufgestellt. Der vollständige Kreislauf befindet sich im Haus, lediglich der Be- und Abzug der Luft erfolgt über den Aussenbereich.
  • Die häufigste Installationsform ist die Aussenaufstellung. Hier werden Kompaktwärmepumpen eingesetzt, die im Aussengerät Wärme erzeugen und diese über den Speicher in den Heizraum weiterleiten.
  • Bei sogenannten Split-Wärmepumpen wird der Kreislauf geteilt, der Verdampfer befindet sich im Freien und der Verflüssiger im Haus.

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Vor- und Nachteile der Innen- und Aussenaufstellung

Innenaufstellung

Wärmepumpe in Innenaufstellung

  • keine Aussenaufstellung
  • kaum Lärmbelastung

 

  • Platzbedarf
  • Luftleitungen durch Hauswand
Aussenaufstellung

Wärmepumpe in Aussenaufstellung

  • einfach nachrüstbar
  • minimale Durchdringungen der Gebäudehülle
  • ideale Aufstellung, wenn sie kompakt und direkt am Gebäude möglich ist

 

  • Optik durch Aufstellung im Aussenbereich
  • leichte Geräuschemissionen
  • aussenliegende Heizungs-Wasserleitungen
Split-Geräte

Wärmepumpe Split

  • geringe Platzanforderung im Innenraum

 

  • aussenliegende Kühlmittelleitungen (falls nicht direkt am Haus angebracht)

Luft, Erdwärme oder Wasser - Welche Wärmepumpe brauche ich?

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ist einfach zu installieren, im Verhältnis kostengünstig und daher die am weitesten verbreitete Form von Wärmepumpen in der Schweiz.

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2016 waren knapp 67 % aller verkauften Wärmepumpen in der Schweiz Luft-Wasser-Wärmepumpen.

Sogenannte Erdsonden (Sole-Wasser-Wärmepumpen) sind sehr energieeffizient – allerdings mit höherem Installationsaufwand im Vergleich zu Luft-Wasser-Wärmepumpen. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe (Grundwasser) ist zwar äusserst effizient, aber sie wird aus Wasserschutzgründen nur selten genehmigt und installiert. Welche Wärmepumpe letztlich die beste Lösung für Ihr Haus ist, muss am konkreten Beispiel entschieden werden.

Wärmepumpe versus Ölheizung
  Luft-Wasser Sole-Wasser (Erdsonde) Ölheizung
Installationsaufwand mittel hoch mittel
Wirkungsgrad mittel hoch tief
Anschaffungskosten mittel hoch tief
Betriebs- und Energiekosten mittel tief hoch
 

Wärmepumpen - Produkte und Hersteller

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Weitere Vorteile der Wärmepumpen

  • Eine Ölheizung ist zwar in der Anschaffung billiger, aber auf längere Sicht kommt man wegen der niedrigeren Betriebskosten mit einer Wärmepumpe besser weg.

  • Langfristig lässt sich ein durchschnittliches Ein- oder Mehrfamilienhaus mit einer Wärmepumpe günstiger heizen.
  • Eine Wärmepumpe verbraucht 3-mal weniger Energie als eine Ölheizung.

  • Nicht weniger als 70-80 % der Energie einer Wärmepumpe stammen aus der Umwelt.

  • Eine Wärmepumpe ist umweltfreundlicher als eine Ölheizung.

  • Wärmepumpen benötigen kaum Wartung und verfügen über eine durchschnittliche Lebensdauer von 20 Jahren.

 

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