Luftwärmepumpe

Alle Wärmepumpen dienen der Gewinnung von Wärme aus der Umwelt. Während bei der Erdwärmepumpe diese Wärme der Erde entnommen wird, nutzen Luft-Wärmepumpen eben Luft als Wärmequelle. Dabei ist prinzipell immer ein nutzbares Potenzial vorhanden, wenn die Temperatur über dem absoluten Nullpunkt (-273 °C) liegt.

Ähnlich wie bei einem Brunnen braucht jedoch das Heben dieses „Schatzes“ auch wieder Energie: Und dabei ist schnell einsichtig, dass es mehr Hebe-Energie braucht, je tiefer die Quelle liegt, bzw. je höher der Entnahmepunkt ist. Im Zusammenhang mit Wärmepumpen sind dies das Temperaturniveau der Außenluft (unten) und das Temperaturniveau, mit dem die Wärme ins Haus geliefert werden soll (oben). Das ist die Vorlauftemperatur des Heizkreises bei der Luft/Wasser-Wärmepumpe oder der Heizluft bei der Luft/Luft-Wärmepumpe.

Der Prozess des Hebens ist der Kern der Wärmepumpe. Der weitaus größte Teil der Wärmepumpen nutzt einen Kompressorkreislauf. Das funktioniert ähnlich wie beim Kühlschrank. Beim Kühlschrank wird dem kalten Innenraum weitere Wärme entzogen und an die Umgebung (Küche) auf höherem Niveau abgegeben.

Bei der Wärmepumpe als Heizung wird die Luft durch einen ersten Wärmetauscher geblasen, wobei sie weiter abgekühlt wird und gleichzeitig das Kältemittel verdampft. Dies hat am Ende des Verdampfers eine Temperatur, die durch Kompression erhöht wird. Indem das Kältemittel auf einen hohen Druck gebracht wird, steigt seine Temperatur auf z.B. 80°C. Nun wird dieses heiße Gas in einem zweiten Wärmetauscher wieder abgekühlt. Dabei übergibt es seine Wärmeenergie an das Heizwasser oder die Heizluft. Bei dieser starken Abkühlung kondensiert das Kältemittel großenteils wieder. Durch ein Drosselventil gelangt das Kältemittel wieder an den Start seiner Reise (alles in der Einheit 1).

Das erzeugte Warmwasser dient nun der Raumheizung (4), so wie man es von jeder Kesselheizung auch kennt. Es gibt Schwankungen zwischen Lieferung und Bedarf an Wärme und es gibt Abschaltzeiten, die viele Stromversorgungsunternehmen zur Glättung ihres Stromangebots in Spitzenzeiten verhängen. Zum Abpuffern dieser Schwankungen ist in den meisten Anlagen ein Pufferspeicher eingebaut (2).  Die Steuerung (3) ist ein wichtiger Bestandteil, der von vielen Herstellern nicht ausreichend beachtet wird.

Da die Effektivität des Prozesses besser ist, je geringer die Abgabetemperatur ist, bemüht man sich bei Heizungen mit Wärmepumpen darum, die Vorlauftemperatur möglichst gering zu halten. Obwohl es durchaus möglich ist, Vorlauftemperaturen von 50 oder auch 60 Grad zu erreichen, steigt die Effektivität erheblich, wenn nur 35°C abgenommen werden müssen. Wenn die Wahl besteht, wie z.B. bei Neubauten, dann werden Flächenheizungen installiert. Für eine Fußboden- oder Wandheizungen ist eine Vorlauftemperatur von 35°C immer völlig ausreichend.

Dies begünstigt dann auch eine hohe Jahresarbeitszahl (JAZ). Die JAZ ist das Verhältnis der innerhalb eines Jahres gelieferten Wärme zur eingesetzten elektrischen Energie. Zu jedem Temperaturverhältnis zwischen innen und außen gehört ein sogenannter COP (Coefficient of Performance). Der COP drückt genau für diesen Betriebspunkt das Verhältnis gelieferter zu eingesetzter Energie aus.

Da im Verlauf eines Jahres sehr unterschiedliche Witterungsverhältnisse durchlaufen werden, schwankt der COP zwischen Werten von etwa 20 im Sommer und 2 im Winter. Typische Werte der JAZ liegen für die Luftwärmepumpen zwischen 3 und 5. Für die Förderung durch das BAFA wird ein Minimum von JAZ≥3,3 im Gebäudebestand, bzw JAZ≥3,5 im Neubau gefordert. Wird dieser Wert vorher von einem Energieberater berechnet und nach einem Jahr durch Messungen bestätigt, dann beträgt die Förderung für die Nachrüstung in einem Einfamilienhaus mit 160 m² Wohnfläche z.B. 1.500 Euro.

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