Luft, Erde und Wasser: Welche Arten der Wärmepumpe gibt es?

Luft, Erde, Wasser – das sind die Energiequellen der Wärmepumpe. Doch was bedeuten Doppelbezeichnungen wie Wasser-Wasser- und Luft-Luft-Wärmepumpe?

 

Die Doppelnamen von Wärmepumpen bezeichnen Quelle (1) und Speicher (2). Diese Grafik zeigt alle möglichen Kombinationen.

 

Die Doppelnamen der Wärmepumpen werden nach den beiden zum Einsatz kommenden Medien benannt. Der erste Begriff bezeichnet die Wärmequelle, der zweite Begriff die Speicherart. Wasser-Wasser-Wärmepumpen gewinnen also die Wärme aus der Wärmequelle Wasser (zum Beispiel Grundwasser) und erhitzen damit das Speicherwasser im Haus.

 

 

Erde

Das Erdreich ist ein kostenloser und ergiebiger Wärmespeicher und stellt daher eine ideale Wärmequelle dar. Mit Kältemittel gefüllte Kupferrohre dienen als Transportmittel und speichern die Energie im Warmwasserspeicher. Von den drei Quellen Erde, Luft und Wasser ist in den meisten Fällen Erde die erste Wahl, denn die Effizienz ist hier die höchste, der Verschleiß der Komponenten der geringste. Weitere Besonderheit der Erdwärme: Sie ist im Gegensatz zur Luft-Wasser-Wärmepumpe weder sicht- noch hörbar.

Kollektoren

Der sogenannte Flachkollektor nutzt hauptsächlich gespeicherte Sonnenenergie – gleichmäßig und unabhängig von Tag und Nacht. Hierfür werden Kupferrohre auf einer Fläche von 200 bis 800 m² im Garten verlegt. Dafür ist ein 0,8-1,5 Meter tiefer Graben nötig, in den die Rohre in einem Abstand von 30-60 Zentimetern zueinander verlegt werden. Schon bei dieser geringen Tiefe ist die Jahresmitteltemperatur des Bodens ausreichend hoch sowie ganzjährig konstant warm. Nach Abschluss der Arbeiten kann der Graben wieder geschlossen werden. Der Garten ist wieder ohne Einschränkungen nutzbar. Je nach Größe und Wärmeabgabe des Hauses fällt die Größe des Kollektors unterschiedlich aus, die Gesamtlänge der Kollektoren beträgt 400 bis 1.200 Meter. Zu guter Letzt spielt auch die Bodenbeschaffenheit eine Rolle: Je feuchter, desto besser die Wärmeleitfähigkeit. Mit Direkterdwärme-Systemen (auch Direktverdampfung genannt) werden die höchsten Effizienzwerte aller heute bekannten Erdkollektorsysteme erzielt.

Erdsonde (Sole-Wasser)

Bei der Sole-Wasser Wärmepumpe wird die Energie nicht aus der Horizontalen wie beim Flachkollektor, sondern aus der Vertikalen gewonnen. Die Tiefe bei diesem System beträgt zwischen 50 und 100 Meter. Die Bohrung ist genehmigungspflichtig. Auch hier sind sehr hohe Effizienzwerte zu erreichen. Diese Lösung bietet sich deshalb vor allem als Alternative an, wenn der Garten nicht genügend groß ist: die Effizienz ist bei Flachkollektoren ähnlich hoch, die Kosten und Risiken der Erschließung dieser Quelle jedoch wesentlich günstiger.

 

Luft

Luft-Wasser

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt für die Erhitzung des Speicherwassers die Umgebungsluft. Dafür wird ein Außengerät mit einem Ventilator aufgestellt (Größe: ca. 0,4 x 1 x 1 Meter (T x B x H)), der die Umgebungsluft ansaugt, für die Erwärmung nutzt und abgekühlt wieder an die Umwelt abgibt. Dieses System eignet sich sowohl für den Neubau als auch speziell für die Heizungssanierung im Gebäudebestand. Dort sind nachträgliche Eingriffe in das Erdreich meist unerwünscht oder kostenaufwändig. Nachteilig sind hierbei Verschleißteile erwähnenswert, die getauscht und gewartet werden müssen – wobei dies erst nach jahrelangem Dauerbetrieb Thema wird. Die Förderhöhe ist bei der Luft-Luft-Wärmepumpe außerdem am geringsten. Gute Luft-Wasser-Wärmepumpen haben eine Leistungsfähigkeit von bis zu Minus 40 °C, ein zusätzliches Heizgerät (z.B. Heizstab) ist deshalb nicht nötig. Auch für den Einsatz bei bivalent betriebenen Anlagen (also in Zusammenarbeit mit einem zweiten Energiesystem) ist die Wärmequelle Luft geeignet. In der Praxis zeigen korrekt geplante Luftwärmepumpe nur marginale Effizienzunterschiede zur Wärmequelle Wasser.

Luft-Luft

Auch bei der Luft-Luft-Wärmepumpe wird die Energie aus der Luft gewonnen. Jedoch dient bei dieser Art der Wärmepumpe nicht Wasser, sondern ebenfalls Luft als Speichermeidum. Bei dieser Art wird mit der verbrauchten Altluft über einen Wärmetauscher die neue Frischluft erwärmt – durch kontrollierte Lüftung wird geheizt.Vor allem in Passivhäusern sind Luft-Luft-Wärmepumpen empfehlenswert, denn durch die hohe Wärmedämmung ist auch die Luftwechselrate nur gering – der Sauerstoffanteil sinkt und damit die Luftqualität im Haus. Neben dem Effekt, dass die Wärme effizient genutzt sorgt die Luft-Luft-Wärmepumpe also für deutlich höhere Luftqualität.

 

Wasser

Ist Grundwasser in vertretbarer Tiefe und Menge sowie mit entsprechender Temperatur vorhanden, bietet sich der Einsatz einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe an. Eine konstante Temperatur von 8-12 °C sorgt für einen optimalen Heizbetrieb. Dazu sind zwei Brunnen erforderlich: Ein Förder- und ein Schluckbrunnen. Der Schluckbrunnen sollte vom Förderbrunnen mindestens 15 Meter entfernt liegen. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe weist ebenfalls sehr hohe Effizienzwerte auf und ist weder sicht- noch hörbar. Nachteile: für die Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind mehrere Genehmigungen der Behörden notwendig. Außerdem gilt die Wasser-Wasser-Wärmepumpe als risikobehafteter, da im Falle eines Ausfalls der Fehler meist nur sehr aufwendig zu beheben ist. Sie ist deshalb vorrangig zu empfehlen, wenn das Grundwasser sehr nah und das Grundstück sehr klein ist. Alternativ hierzu haben sich Modelle etabliert, bei denen nahegelegene Seen/Teiche als Energiequelle genutzt werden – an der tiefsten Stelle beträgt die Temperatur meist nicht weniger als 4 °C und ist somit für Wärmepumpen ausreichend.

Fazit

Weil sich mit der Zeit unterschiedlichste Quellen und Speichermedien entwickelt haben, haben sich die Doppelnamen für Wärmepumpen etabliert. Durch diese Vielfältigkeit gibt es heute kaum noch Bedingungen, unter denen der Einsatz einer Wärmepumpe nicht sinnvoll ist. Es gilt, jedes Wärmepumpen-Projekt genau zu prüfen, um die ideale Systemlösung zu erhalten.