Arten von Wärmepumpen im Überblick

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Um Umweltenergie in Wärmeenergie zum Heizen und für Warmwasser zu verwandeln, nutzen Wärmepumpen alle dasselbe Prinzip. Doch worin unterscheiden sich einzelne Wärmepumpen-Arten dann? Wir zeigen Ihnen Gemeinsamkeiten und die wichtigsten Unterschiede der gängigsten Wärmepumpenheizungen.

Die Wärmequelle macht den Unterschied

Alle Wärmepumpen für Ein- oder Zweifamilienhäuser funktionieren mit Strom. Dieser ist notwendig, um den für Wärmepumpen typischen Kreislauf sicherzustellen. Strom dient bei diesen Heizgeräten jedoch nur als Hilfsenergie und nicht primär zur Wärmegewinnung. Denn Wärme gewinnt die Wärmepumpe vor allem aus der Umweltwärme. Und genau hier unterscheiden sich die einzelnen Wärmepumpen-Arten: Sie beziehen aus unterschiedlichen Quellen Wärmeenergie aus der Umwelt.

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Vier Schritte zur Wärmeerzeugung als Gemeinsamkeit aller Wärmepumpen

Selbst bei niedrigen Temperaturen unter dem Gefrierpunkt können Wärmepumpen noch Energie aus der Umwelt beziehen. Dabei kommt ein Funktionsprinzip zum Einsatz, das sich schon seit vielen Jahrzehnten bei Kühlschränken bewährt hat. Es handelt sich um die Umkehrung der Fließrichtung von Wärmeenergie. Ein wichtiger Bestandteil dieses Funktionsprinzips ist ein Kältemittel.

Funktionsprinzip von Wärmepumpen
Funktionsprinzip von Wärmepumpen
  1. Im ersten Schritt ist das Kältemittel noch flüssig. Es fließt durch Rohrleitungen und kommt in Kontakt mit der Umweltenergie, welche die Wärmepumpe bezieht. Solange das Kältemittel kälter als die Umweltwärme ist, die auf das Mittel trifft, kommt es zum nächsten Schritt.
  2. Im Verdampfer verdampft das Kältemittel unter Einfluss der Umweltwärme.
  3. Im Verdichter wird der entstandene Kältemittel-Dampf mit Hilfe von elektrischer Energie noch weiter komprimiert. Dabei entsteht Wärme. Diese wird über einen Wärmetauscher an ein Trägermedium abgegeben. Bei den gängigen Wärmepumpen-Arten ist das Wasser.
  4. Durch die Abgabe von Wärmeenergie kühlt das Kältemittel wieder herunter und wird flüssig. Es steht jedoch noch unter Druck. Über ein Ventil wird der Druck reduziert. Durch die Entspannung fließt das Kältemittel wieder zurück an den Ausgangspunkt. Dort beginnt der Kreislauf wieder von vorn.
Wärmepumpen holen Wärme aus Erde, Luft und Wasser
Wärmepumpen holen Wärme aus Erde, Luft und Wasser

Einzelne Wärmepumpen-Arten und ihre Besonderheiten

Die unterschiedlichen Wärmepumpen-Arten funktionieren also alle gleich. Sie unterscheiden sich jedoch durch die Art der Wärmeaufnahme.

  • Luft-Wasser-Wärmepumpe: Diese Wärmepumpen beziehen Wärmeenergie über die Außenluft. Ein Ventilator bläst diese zum Kältemittel, damit dieses verdampfen kann. Luft-Wasser-Wärmepumpen gibt es als Monoblock- oder Splitgeräte. Monoblock-Wärmepumpen enthalten alle notwendigen Bauteile in einem Gehäuse. Sie können außen oder im Haus installiert werden. Splitgeräte bestehen aus zwei Einheiten. Eine Außeneinheit verfügt über den Verdampfer und den Ventilator, der ihm die Außenluft zuführt. Die andere Einheit beinhaltet den Verdichter und Wärmetauscher. Diese Komponenten werden im Haus installiert. Sie sind durch eine Leitung mit dem Außengerät verbunden.
  • Erdwärme macht Sinn: sie ist immer und überall verfügbar.
    Erdwärme macht Sinn: sie ist immer und überall verfügbar.
  • Sole-Wasser-Wärmepumpen: Diese auch Erdwärmepumpen genannten Geräte beziehen Umweltwärme aus dem Boden. Dafür werden im Boden Erdsonden oder Erdkollektoren verlegt, durch die eine Solelösung strömt. Diese frostsichere Lösung nimmt die Wärmeenergie des Bodens auf und führt sie zum Kältemittel, wo dann der Wärmepumpenkreislauf beginnt. Erdsonden können bis zu 100 Meter tief im Boden versenkt werden. Erdkollektoren werden meist unterhalb der Frostgrenze eingerichtet. Beide Varianten haben den Vorteil, dass unter der Erde ganzjährig konstante Temperaturen herrschen. Die Wärmepumpe benötigt dann weniger Strom, um die Umweltwärme durch Verdampfen und Verdichten anzureichern.
  • Drei Kreisläufe braucht die Sole-Wasser-Wärmepumpe
    Drei Kreisläufe braucht die Sole-Wasser-Wärmepumpe
  • Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Diese Wärmepumpen nutzen die Energie des Grundwassers, um daraus Wärme zum Heizen zu beziehen. Zu diesem Zweck wird ein Brunnen gebohrt, der zwei Zugänge hat. Das warme Grundwasser wird vom Saugbrunnen zum Verdampfer geführt, wo es Wärme abgibt. Danach strömt es über einen zweiten Brunnen, den Sickerbrunnen, weiter von der Austrittstelle entfernt wieder nach unten. Diese Variante hat den Vorteil, dass das Grundwasser ganzjährig ein sehr konstantes Temperaturniveau von 8 bis 12°C aufweist.
  • Zur Wasser-Wasser-Wärmepumpe gehören zwei Brunnen
    Zur Wasser-Wasser-Wärmepumpe gehören zwei Brunnen
  • Luft-Luft-Wärmepumpe: Diese Wärmepumpen arbeiten ähnlich wie Luft-Wasser-Wärmepumpen. Sie beziehen die Wärmeenergie aus der Außenluft. Diese wird zum Verdampfer geführt. Dort wird die Wärme auf Luft übertragen, die dann erwärmt in das Gebäude geblasen wird. Ähnlich funktionieren auch sogenannte „Split“-Klimaanlagen, die im Winter zum Heizen genutzt werden.
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Welche Art von Wärmepumpe ist für mein Gebäude geeignet?

Bis auf die Luft-Luft-Wärmepumpe sind alle anderen Wärmepumpen-Typen in hohem Maße energieeffizient. Im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpen, sind die Geräte, die Umweltwärme aus dem Boden bzw. Grundwasser beziehen, noch effizienter. Das lässt sich u.a. an der sogenannten Jahresarbeitszahl (JAZ) festmachen, die bei Erdwärmepumpen oder Grundwasserwärmepumpen in der Regel über 5 liegt.

Wenn es baulich oder geologisch möglich ist, bieten Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen die höchste Leistung. Sie eignen sich dafür, Ein- oder Zweifamilienhäuser ganzjährig zuverlässig mit Wärme zu versorgen. Luft-Wasser-Wärmepumpen hingegen sind deutlich temperaturanfälliger. Bei sehr kalten Außentemperaturen kann der Stromverbrauch deutlich steigen. Hier kommt es dann vor allem auf das Klima der Region, den Gebäudezustand und die Dimensionierung der Anlage an, wie effiziente diese arbeitet.

Grundsätzlich ist eine Wärmepumpe unabhängig von ihrer Bauart sinnvoll, um unabhängig von Öl und Gas emissionsfrei zu heizen.

Große Unterschiede bei den Kosten

Die günstigste der drei wichtigsten Wärmepumpen-Arten für die Wärmewende ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Entsprechende Systeme lassen sich schon für rund 20.000 Euro installieren. Der Vorteil besteht im geringen Platzbedarf und der flexiblen Installation.

Erdwärmepumpen mit Erdkollektoren oder -sonden kosten in der Regel ab 30.000 Euro, abhängig vom Aufwand, der für die Bohrungen erforderlich ist. Ähnlich teuer sind Grundwasser-Wärmepumpen.

Hausbesitzer können jedoch für alle drei genannten Wärmepumpen hohe staatliche Förderung erhalten. Dadurch reduzieren sich die Investitionskosten massiv. Vor allem die Sole- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen benötigen im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe deutlich weniger Strom, weil das Energielevel unter der Erde auf einem konstant hohen Niveau ist.

Langfristig sparen Hausbesitzer mit einer Wärmepumpe somit Energiekosten.

Wärmepumpe an der Wand eines Einfamilienhauses installiert. Hausbild, das erneuerbare Energiequellen zeigt © guteksk7, stock.adobe.com
Bei der Installation einer Wärmepumpe ist es wichtig, die geografischen und baulichen Gegebenheiten des Einfamilienhauses zu berücksichtigen, um die optimale Energiequelle und die passende Wärmepumpentechnologie auszuwählen © guteksk7, stock.adobe.com

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Welche Wärmepumpe eignet sich für eine Heizungssanierung?

In Altbauten oder bei geringem Platzangebot bietet sich die Luft-Wasser-Wärmepumpe für die Heizungssanierung an. Diese Geräte lassen sich mit entsprechender Regeltechnik auch mit bestehenden Gas- oder Ölheizungen zu einer Hybridheizung kombinieren. Die Heizungen mit fossilen Energieträgern werden dann lediglich zur Heizungsunterstützung bei sehr kalten Temperaturen genutzt. Den Rest des Jahres erzeugt die Wärmepumpe umweltfreundlich Wärme mit kostenloser Umweltenergie.

Grundsätzlich gilt: Auch im Altbau und selbst bei Temperaturen bis -20°C können Luft-Wasser-Wärmepumpen noch wirtschaftlich arbeiten.

Beratung nutzen, um die beste Lösung zu finden

Wer die hohen Fördergelder bei Wärmepumpen erhalten möchte, benötigt eine Energieberatung. Im Rahmen dieser Dienstleistung wird dann außerdem ermittelt, welches Heizsystem das beste für das Gebäude ist. Die Planung und Konzeption der neuen Wärmepumpenheizung ist darüber hinaus wichtig, damit das Heizsystem effizient bleibt.

Das gilt übrigens auch für die Wartung. Wärmepumpen sind zwar sehr wartungsarm. Dennoch lohnt es sich, die Wärmepumpenheizung regelmäßig warten zu lassen. Dabei werden u.a. die Einstellungen der Heizung überprüft und so wird sichergestellt, dass das Heizsystem die erzeugte Wärmeenergie optimal nutzt.

Luft-Wasser-Wärmepumpe im Keller © Gerd, stock.adobe.com
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