Eine Wärmepumpe ist ein Heizsystem, das Energie aus der Umwelt gewinnt. Durch einen thermodynamischen Kreislauf aus Verdampfen, Verdichten, Verflüssigen und Entspannen von Kältemittel wird Umweltwärme (Luft, Erde oder Grundwasser) in Heizenergie umgewandelt. Ein effizientes System erzeugt mit nur einer Kilowattstunde Strom durchschnittlich drei bis fünf Kilowattstunden Wärme und ist damit die effizienteste und nachhaltigste Heiztechnologie.
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Inhaltsverzeichnis:
Was genau ist eine Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe ist ein Heizsystem, das thermische Energie aus der Umgebung nutzt, um Wärme für Häuser zu erzeugen. Das kann natürliche Wärme aus dem Boden, der Luft oder dem Grundwasser sein.
Anders als Gas- oder Ölheizungen verbrennt sie keinen Brennstoff. Stattdessen nutzt sie einen physikalischen Prozess, um vorhandene Wärmeenergie zu "pumpen". Die Wärmeenergie wird von einem kälteren Ort (der Umgebung) zu einem wärmeren Ort (deinem Zuhause) gepumpt.
Das klingt zunächst wie ein Widerspruch. Wärme fließt doch immer vom Warmen zum Kalten? Genau hier liegt die Ingenieursleistung der Wärmepumpe. Sie überwindet dieses natürliche Gefälle mit Hilfe eines cleveren thermodynamischen Kreislaufs.
Wie ist eine Wärmepumpe aufgebaut?
Eine Heizungsanlage mit Wärmepumpe hat, wie auch vom Bundesverband Wärmepumpe beschrieben, grundsätzlich drei Komponenten:
Wärmequellenanlage (zieht Energie aus der Umgebung)
Wärmepumpe (macht die gewonnene Wärme nutzbar) Diese hat wiederum vier Bestandteile: Verdampfer, Verdichter (Kompressor), Verflüssiger (Kondensator) und Expansionsventil. Im Kältekreislauf zirkuliert ein Kältemittel.
Wärmeverteil- und Speichersystem (verteilt die Wärme im Haus)
Wie genau funktioniert eine Wärmepumpe?
Die Funktionsweise einer Wärmepumpe basiert auf dem Prinzip der Kompression: Wenn ein gasförmiges Kältemittel stark verdichtet wird, steigt seine Temperatur massiv an. Das System entzieht der Umwelt (Luft, Erde oder Wasser) thermische Energie, hebt diese durch einen elektrischen Kompressor auf ein nutzbares Temperaturniveau und gibt sie an dein Heizsystem ab. So wird Wärme effizient entgegen dem natürlichen Gefälle von außen nach innen verschoben.
Wie ein umgekehrter Kühlschrank
Der Vergleich mit dem Kühlschrank wird sehr häufig verwendet, um die Funktionsweise von Wärmepumpen zu erklären. Ein Kühlschrank funktioniert nämlich nach demselben Prinzip. Wie auch die Verbraucherzentrale erklärt, arbeitet jeder Kühlschrank mit einer Wärmepumpe. Beide Geräte nutzen einen identischen thermodynamischen Prozess. Der Kühlschrank entzieht seinem Innenraum kontinuierlich Wärme. Diese Wärme gibt er über die Lamellen auf der Rückseite an die Raumluft – in deine Küche – ab. Deshalb ist es hinter dem Kühlschrank immer etwas wärmer.
Eine Wärmepumpe macht das genau umgekehrt: Sie entzieht der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser Wärme. Diese Wärme gibt sie dann an dein Heizsystem ab. Was erstaunlich ist: Das Ganze funktioniert sogar, wenn die Außentemperatur unter dem Gefrierpunkt liegt. Richtig gehört: Wärmepumpen funktionieren auch bei Minusgraden, denn auch kalte Luft enthält thermische Energie. Kälter als -273,15 °C (absoluter Nullpunkt) darf es allerdings nicht sein
So funktioniert eine Wärmepumpe Schritt für Schritt
Quelle: Verbraucherzentrale NRW
1. Verdampfen: Wärme wird aus Umgebung aufgenommen
Das flüssige Kältemittel fließt durch ein Rohrsystem, das mit der Wärmequelle (Luft, Erde oder Grundwasser) in Kontakt steht. Das Kältemittel hat eine sehr niedrige Temperatur (deutlich niedriger als die Außenluft bzw. Erde). Diese Temperaturdifferenz reicht aus, damit Wärme von der Umgebung auf das Kältemittel übergeht. Durch die aufgenommene Wärme verdampft das Kältemittel und geht vom flüssigen in den gasförmigen Zustand über.
2. Verdichten: Temperatur wird durch Kompression erhöht
Das gasförmige Kältemittel strömt nun zum Verdichter (Kompressor). Dieser komprimiert das Kältemittel (nun gasförmig) auf einen deutlich höheren Druck. Dadurch erhitzt sich das Kältemittelgas. Nach der Verdichtung ist das Kältemittel warm genug, um Heizungswasser zu erwärmen.
3. Verflüssigen: Wärme wird an Heizsystem abgeben
Das heiße, unter Druck stehende Kältemittel gelangt in den Verflüssiger (Kondensator). Hier gibt es seine Wärme an das Heizungswasser ab. Das Heizungswasser hat eine niedrigere Temperatur als das Kältemittel. Wärme fließt also ganz natürlich vom heißen Kältemittel zum kühleren Wasser. Durch das Abkühlen kondensiert das gasförmige Kältemittel – es wird also wieder flüssig. Die erzeugte Wärme steht nun deinem Heizsystem zur Verfügung.
4. Entspannen: Druck wird am Expansionsventil abgebaut
Das wieder flüssige Kältemittel steht immer noch unter hohem Druck. Bevor der Kreislauf von vorne beginnen kann, muss der Druck abgebaut werden. Das geschieht im Expansionsventil. Durch eine enge Öffnung strömt das Kältemittel in einen Bereich mit niedrigerem Druck. Dabei kühlt es schlagartig ab. Nun hat das Kältemittel wieder seine ursprüngliche Temperatur. Es ist bereit, erneut Umweltwärme aufzunehmen. Der Kreislauf beginnt von vorne.
Komponente
Funktion
Zustand des Kältemittels
Energie-Transfer
Verdampfer
Nimmt Umweltwärme auf (Luft, Erde, Wasser)
Flüssig → Gasförmig (Sieden bei niedriger Temp.)
Input: Thermische Energie aus der Umwelt
Verdichter (Kompressor)
Erhöht durch mechanischen Druck die Temperatur
Gasförmig (wird sehr heiß und hochverdichtet)
Input: Elektrische Energie (Strom)
Verflüssiger (Kondensator)
Gibt die konzentrierte Wärme an das Haus ab
Gasförmig → Flüssig (Kondensation)
Output: Heizwärme für Heizkörper/Wasser
Expansionsventil
Baut den Druck schlagartig ab
Flüssig (wird sehr kalt durch Entspannung)
Prozess: Vorbereitung auf neue Wärmeaufnahme
Warum sind Wärmepumpen so effizient?
Hier liegt das eigentlich Faszinierende an der Wärmepumpe: Sie erzeugt selbst keine Wärme – sie transportiert sie nur. Der geringe Strom, den sie verbraucht, dient nicht zum Heizen, sondern zum Antrieb des Kompressors. Der Bundesverband Wärmepumpe fasst zusammen: Wärmepumpen beziehen rund dreiviertel der Energie zum Heizen aus der Umwelt. Um die kostenlose Umweltwärme nutzbar zu machen, benötigen sie lediglich einen kleinen Anteil Strom für Antrieb und Pumpe.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ): Effizienz messbar machen
Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch die Jahresarbeitszahl (JAZ) ausgedrückt. Laut Verbraucherzentrale gibt sie an, wie viele Einheiten Wärme die Heizung im Jahresschnitt mit einer eingesetzten Einheit Strom gewinnt. Moderne Luftwärmepumpen erreichen z.B. meist eine JAZ von 4. Das heißt, mit 1 kWh Strom werden 4 kWh Wärme erzeugt.
Die Effizienz der Wärmepumpe hängt von mehreren Faktoren ab
Temperaturdifferenz: Je geringer der Unterschied zwischen Wärmequelle und Heizwassertemperatur, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe.
Vorlauftemperatur: Wärmepumpen arbeiten am effizientesten mit niedrigen Vorlauftemperaturen zwischen 30 und 50 Grad, so die Verbraucherzentrale. Flächenheizungen wie Fußbodenheizungen sind daher ideal.
Wärmequelle: Verschiedene Wärmequellen liefern unterschiedlich konstante Temperaturen. Während die Außenluft sehr stark schwankt, bleibt die Temperatur im Erdreich und im Grundwasser eher konstant. Deshalb erreichen Erdwärme- und Grundwasserwärmepumpen in der Regel eine höhere JAZ.
Systemabstimmung: Eine optimal eingestellte Wärmepumpe arbeitet effizienter als eine falsch konfigurierte. Hier spielen Faktoren wie Heizkurve, Taktung und Warmwasserbereitung eine Rolle.
Wärmepumpen unterscheiden sich hauptsächlich durch ihre Wärmequelle. Die Bezeichnung folgt einem einfachen Schema: Der erste Begriff nennt die Wärmequelle, der zweite das Wärmeabgabemedium.
Kostengünstig, keine Erdarbeiten nötig, Effizienz sinkt bei niedrigen Außentemperaturen
Sole-Wasser-Wärmepump
Erdreich
Sehr effizient durch konstante Bodentemperatur, Kollektoren (1,2–1,5 m Tiefe) oder Sonden (bis 100 m), Genehmigung erforderlich
Wasser-Wasser-Wärmepumpe
Grundwasser
Höchste Effizienz, Förder- und Schluckbrunnen nötig, wasserrechtliche Genehmigung erforderlich
Luft-Luft-Wärmepumpep
Außenluft
Klimasplitgerät, kein Heizsystem nötig, keine Genehmigung erforderlich, auch zur Kühlung nutzbar, keine Warmwasserbereitung möglich
Natürlich hat jeder Typ gewisse Vor- und Nachteile. Die Wahl hängt von deinem Grundstück, deinem Budget und deinen Anforderungen ab.
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1Basierend auf internen Daten von Durchschnittswerten aller tado°-Nutzer, erhoben bis 30.11.23.
FAQs
Funktioniert eine Wärmepumpe auch bei Minusgraden?
Ja, absolut. Selbst bei -20 °C enthält die Außenluft noch nutzbare Wärmeenergie. Moderne Luftwärmepumpen arbeiten zuverlässig bis zu Temperaturen von -25 °C und darunter. Allerdings sinkt die Effizienz bei sehr niedrigen Außentemperaturen. Der Verdichter muss härter arbeiten, um die größere Temperaturdifferenz zu überwinden. Die JAZ einer Luftwärmepumpe kann an sehr kalten Tagen auf Werte von 2 bis 2,5 sinken. Wärmepumpen, die Erdwärme oder Grundwasser nutzen, sind davon kaum betroffen, da ihre Wärmequelle ganzjährig konstante Temperaturen liefert.
Wie laut ist eine Wärmepumpe?
Die Lautstärke variiert je nach Typ und Modell. Bei Grundwasser- und Erdwärmepumpen sind keine Lärmprobleme zu erwarten, da sie ohne große Ventilatoren auskommen. Luftwärmepumpen dagegen erzeugen Geräusche, die eventuell als störend empfunden werden können. Hier empfiehlt sich ein Schallschutz. Moderne Luftwärmepumpen verfügen oft über einen Nacht- oder Flüstermodus.
Can a heat pump also cool my home?
Some heat pumps can be used for cooling in summer. There are two modes: passive cooling and active cooling. Cooling capacity is limited – a heat pump won't replace a full air conditioning system – but it can make a real difference on hot days.
Wie lange hält eine Wärmepumpe?
Wärmepumpen sind langlebige Systeme. Die Lebenserwartung liegt bei 15 bis 25 Jahren – vergleichbar mit konventionellen Heizsystemen. Der Kompressor ist das Bauteil mit dem höchsten Verschleiß. Es empfiehlt sich, eine jährliche Inspektion durchführen zu lassen, um die Lebensdauer zu erhöhen. Die Kosten dafür sind überschaubar.
