Wärmepumpen sind eine saubere Alternative zu Gaskasseln, Ölkesseln oder Holzfeuerungen. Die Technik ist seit mehr als hundert Jahren bekannt, nutzt sie doch das umgekehrte Prinzip eines Kühlschranks. Sogar harte Winter lassen sich damit gut und kostengünstig überstehen – wie Zehntausende Geräte in der Schweiz, in Österreich oder in Skandinavien beweisen.
1. Denken Sie von der Wärmenutzung her!
Die Wärmepumpe ist eine Technik, die das althergebrachte Wissen des Heizungsbauers und des Schornsteinfegers über den Haufen wirft. Denn sie kommt ohne Flamme aus und kann die gewünschte Heizwärme temperaturgenau erzeugen. Werden nur 25 Grad Celsius oder 40 Grad Celsius in den Heizflächen benötigt, wird die Wärmepumpe nur 40 oder 45 Grad Celsius im Pufferspeicher bereitstellen. Über die hydraulischen Anschlüsse und die Verrohrung liegen in den Heizflächen die gewünschten 35 bis 40 Grad Celsius an.
Das hat Konsequenzen: Bisher haben viele Heizungsinstallateure darauf vertraut, dass die heißen Gasflammen oder Ölfeuerungen (rund 1.000 Grad Celsius) in jedem Fall ausreichen, um die Räume im Winter auf 20 Grad Celsius oder 22 Grad Celsius zu erwärmen. Deshalb sind die allermeisten Heizungen in Deutschland viel zu groß dimensioniert, laufen in ungünstiger Teillast. Die Wärmepumpe setzt die kostbare Energie viel effektiver und genauer ein. Die erste Frage, die sich stellt: Wie hoch sind die Heiztemperaturen, die man im Haus erreichen will?
2. Heißer Vorlauf passt nicht zur Wärmepumpe!
Die Wärmepumpe nutzt ein leicht flüchtiges Arbeitsmittel, das schon bei geringen Temperaturen verdampft. Ein elektrischer Verdichter drückt dieses Arbeitsgas zusammen, das sich dabei erwärmt – wie in einer Luftpumpe fürs Fahrrad. Entscheidend ist die Energie, die das Arbeitsmittel aufnimmt, wenn es vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht. Weil die Wärmepumpe keine Flamme hat, kann sie nicht lügen: Sie arbeitet immer dann besonders gut und sparsam, wenn der Spagat zwischen der Temperatur in ihrer Wärmequelle und der Heiztemperatur in den Räumen möglichst klein ist. Soll heißen: Klassische Heizkörper oder Radiatoren mit mehr als 55 Grad Celsius im Vorlauf kann man mit einer Wärmepumpe nicht wirklich effektiv versorgen. Besser passen Heizflächen mit geringeren Systemtemperaturen zur Wärmepumpe.
3. Leistung hängt von der Wärmequelle ab!
Irgendwoher muss die Energie kommen, damit das Arbeitsmittel im Arbeitskreis der Wärmepumpe verdampfen kann. Bei Luft-Wärmepumpen nutzt man die Temperaturen der Außenluft. Einleuchtend: Je wärmer es draußen ist, desto besser verdampft das Arbeitsmittel. Das bedeutet auch: Spätestens bei null Grad Celsius haben solche Wärmepumpen große Probleme, ein modernes Wohngebäude zu heizen. Dann braucht man einen zweiten (bivalenten) Wärmeerzeuger, der an besonders kalten und knackigen Tagen einspringt. Das kann ein Gasbrenner sein, oder aber – viel besser – eine zweite Wärmepumpe, die ihre Energie aus der Erde holt.
4. Starke Arbeitspferde nutzen Erdwärme!
Die Erde stellt Energie auf mehreren Wegen bereit. Unterhalb der Frostgrenze von rund 1,5 Metern wirkt sich im Winter die Sonnenwärme aus, die der Boden während der warmen Monate gespeichert hat. Diese Energie kann man mit großflächigen Absorbern oder sogenannten Erdkörben anzapfen. Dazu werden Gräben ins Grundstück gefräst und PE-Rohre verlegt, in denen eine frostgeschützte Sole kreist. Je länger der Winter dauert, desto mehr Wärme wird dem Boden entzogen.
Die zweite Variante sind Erdbohrungen, mit denen die Wärmepumpe ihre Energie aus tieferen Erdschichten holt. In 30, 40 oder gar hundert Metern Tiefe ist die Temperatur weitgehend unabhängig von der Sonne, dort wirkt sich der geothermische Wärmestrom aus dem Erdinnern aus. Braucht eine Wärmepumpe viel Energie, wird man den Solekreis an solche Bohrungen anschließen. Oder man zapft eine Grundwasserader an, etwa durch spezielle Brunnen (offenes System) oder Soleleitungen (geschlossenes System). Das Grundwasser hat ganzjährig zwischen acht und zehn Grad Celsius. Das ist ideal, um hohe Leistungen aus der Wärmepumpe zu ziehen.
Die Nachteile: Für oberflächennahe Erdwärmeabsorber muss man das Grundstück umpflügen, der schöne Garten ist dann passé. Tiefreichende Erdbohrungen sind teuer, zudem bedürfen sie der Genehmigung durch Geologen und Wasserämter. Gleiches gilt für Wärmepumpen am Grundwasser. Deshalb ist genau abzuwägen, welche Variante wirtschaftlich ist. Denn im Betrieb verursachen Wärmepumpen in der Regel nur geringe Kosten.
Der unschlagbare Vorteil: Erdwärmepumpen können pro Kilowattstunde Antriebsstrom bis zu sechs oder gar sieben Kilowattstunden Wärme erzeugen. Luftgeführte Wärmepumpen schaffen nur drei bis 3,5 Kilowattstunden.
5. Kühlung ist Unsinn!
Immer wieder ist die Rede davon, dass Wärmepumpen nicht nur heizen, sondern auch kühlen können. Rein technisch stimmt das, denn schaltet man die Umwälzpumpe im Solekreis um, wird die Wärme aus den Räumen nach draußen ins Erdreich gefördert (sogenannte reversible Betriebsweise). In der Realität ist das jedoch energetischer Unsinn, denn an heißen Sommertagen muss zu diesem Zweck die Umwälzpumpe im Solekreis unablässig rotieren. Sie frisst viel Strom, denn meist läuft sie dann auch nachts durch. Denn das ganze System der Wärmeübertragung über die Heizflächen, die Wärmepumpe und den Solekreis der Wärmepumpe ist thermisch gesehen viel zu schwach und zu träge, um wirklich effektiv zu kühlen. Man kann einen Raum um maximal zwei Grad Celsius abkühlen, wenn man die Wärmepumpe unablässig einsetzt und ausreichend Heizflächen zur Wärmeaufnahme zur Verfügung stehen. Das lohnt sich nicht. Bei sehr hohen Außentemperaturen sollte man den Solarstrom lieber einsetzen, um elektrische Kompressionstechnik für die Raumkühlung (Klimaanlage) zu betreiben. Oder man baut die Häuser gleich so, dass sie nicht überhitzen – durch lange, schattige Vordächer und ausreichend Überhitzungsschutz vor den Fenstern (zum Beispiel Rollläden oder Jalousien).
6. Extra-Zähler für die Wärmepumpe lohnt meistens nicht!
Viele Energieversorger haben spezielle Nachttarife oder Niedrigtarife für den Antriebsstrom der Wärmepumpen angeboten. Dazu wurde ein Wärmepumpenzähler gesetzt, der den Stromverbrauch aus dem Netz des Energieversorgers misst. Betreibt man eine Wärmepumpe vorrangig mit eigenem Sonnenstrom, lohnen sich die Ausgaben für den Zähler (Miete) und seine Installation meist nicht mehr. Zumal die Niedertarife in den vergangenen Monaten geschmolzen sind wie das Eis auf den Gletschern der Alpen. Es kann und wird in den meisten Fällen kostengünstiger sein, die Wärmepumpe mit Sonnenstrom zu betreiben und im Winter auf ganz normalen Netzstrom auszuweichen. Allerdings: Das sollte Ökostrom sein, damit die Wärmepumpe ihrem Ruf als besonders saubere Technik gerecht werden kann.
7. Nachhelfen mit Solarthermie? Lieber nicht!
Vor wenigen Jahren wurden Wärmepumpen in Kombination mit solarthermischen Kollektoren propagiert. Im Prinzip gibt es zwei Varianten: Die Solaranlage schickt ihre Wärme in den gleichen Pufferspeicher wie die Wärmepumpe. Die Wärmepumpe springt erst an, wenn die Sonnenwärme aus den Kollektoren auf dem Dach nicht mehr ausreicht. Das kann man machen, wenn man zu viel Dachfläche und zu viel Geld hat. Denn die Sonnenwärme steht ausgerechnet dann zur Verfügung, wenn sie nicht gebraucht wird – in den warmen Monaten. Sie lässt sich eigentlich nur in dieser Zeit für Warmwasser nutzen.
Die zweite Variante: Der Solekreis einer Erdwärmepumpe wird über das Dach geführt, um an sonnigen Wintertagen zusätzlich Wärme aufzunehmen. Man spricht vom solaren Vorlauf einer Wärmepumpe. Der Ertrag ist ziemlich gering, und Solarkollektoren sind teuer – wegen des Kupfers und der aufwändigen Installation auf dem Dach. Sie müssen hydraulisch bis zur Wärmepumpe verrohrt werden, die meist ebenerdig oder im Keller steht. Also wird noch mehr Kupfer gebraucht. Das ist nur in wenigen Ausnahmefällen wirklich sinnvoll.
8. Nachhelfen mit Photovoltaik? Unbedingt!
Besser ist es, das Dach mit photovoltaischen Solarmodulen zu belegen und den Strom für den Verdichter der Wärmepumpe zu nutzen. Nun werden Schlaumeier sagen, dass auch der Sonnenstrom nur in den warmen Monaten zur Verfügung steht. Das stimmt aber nicht ganz, weil die Photovoltaik vom Lichtangebot der Sonne abhängt, nicht von ihrer fühlbaren Wärme. In bestimmten Regionen wie beispielsweise in den Alpen hat die Wintersonne sehr viel Kraft, die Module liefern an wolkenfreien Tagen viel Sonnenstrom. Hinzu kommen Reflexionen vom Schnee, die die Ausbeute erhöhen. Packt man die Solarmodule auf einen beweglichen Tracker, kann man sie der Sonne nachführen, also die Stromausbeute noch einmal deutlich erhöhen. Tracker können den Modultisch nahezu senkrecht stellen, auf diese Weise rutscht Schnee ab. Solarthermische Kollektoren lassen sich nur schwer nachführen, dann knirscht vor allem die Verrohrung zum Gebäude.
Und: Selbst wenn das Haus keine Wärme braucht, kann man den Sonnenstrom auf vielfältige Weise verwenden – für Warmwasser (elektrisch bereitet oder mit kleiner Wärmepumpe), für den Haushaltsstrom, den elektrischen Rasenmäher, das Pedelec oder das Elektroauto. Man kann mit Strom viel einfacher ein Haus oder einige Räume kühlen als mit thermischen Systemen. Die ökonomischen Vorteile von Sonnenstrom sind schlagend, denn Strom kann man – bei Bedarf – in Wärme wandeln, Wärme aber nicht in Strom. Zumindest nicht bei den Temperaturen in den Sonnenkollektoren.
9. Wärmepumpen als mehrstufiges System (Kaskade) auslegen!
Wärmepumpen lassen sich wunderbar kombinieren, auch das ist ein klarer Vorteil gegenüber Brennern mit Gas oder Öl. Wenn es draußen in der Übergangszeit etwas kühler wird, springt die erste Heizwärmepumpe an (der Scheitholzkamin tut’s auch). Bei sinkenden Temperaturen springt eine zweite Wärmepumpe hinzu, später eine dritte – für die wenigen, sehr eisigen Tage im Winter. Solche Kaskadensysteme werden vor allem in Gewerbegebäuden und in der Industrie genutzt, um die Heizsysteme möglichst kosteneffektiv auszulegen. Auch für den Fall, dass eine Wärmepumpe versagt, bleibt die Heizung intakt. Allerdings haben Wärmepumpen auch in dieser Hinsicht deutliche Vorteile: Sie werden nicht so heiß wie Brenner, eigentlich haben nur der Verdichter und die Pumpen im Arbeitskreis und im Heizkreis bewegte Teile. Dadurch sinkt der Verschleiß gewaltig.
10. Möglichst kleine Wärmeleistung für größere Speicher!
Einen Nachteil hat die Wärmepumpe, der sich jedoch bei fachgerechter Planung und Installation kaum bemerkbar macht. Sehr hoher, kurzzeitiger Wärmebedarf ist mit dieser Technik kaum zu machen – im Unterschied zu 1.000 Grad Celsius heißen Brennern. Deshalb braucht die Wärmepumpe immer einen ausreichend großen Pufferspeicher, den sie über einen längeren Zeitraum thermisch aufladen kann. Doch sind Wärmequelle, Wärmepumpe, Pufferspeicher und Wärmenutzung gut aufeinander abgestimmt, gibt es keine effektivere Wärmetechnik, die obendrein ohne Rauchgase, Kamine und Lärm auskommt. Eine saubere Sache!
11. Installation dem Fachhandwerker überlassen!
Wärmepumpen benötigen viel Erfahrung bei der Planung sowie eine hohe Qualität bei der Installation. Deshalb sollte man nur mit Installateuren und Planern arbeiten, die ausreichend Referenzen vorweisen können. Diese Referenzen lassen sich sehr leicht bewerten: Entscheidend ist nicht die Schönheit einer Installation oder ihre technische Meisterschaft, sondern die Stromrechnung für den Betrieb der Wärmepumpe (Netzstrom). Eine ordentlich geplante und gebaute Wärmepumpenanlage braucht nur sehr wenig Betriebsstrom. Möglicherweise ist die Investition höher als für Gastechnik, aber das lässt sich schnell für zehn oder 20 Jahre durchrechnen. (Heiko Schwarzburger)
