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Inhaltsverzeichnis

Wärmepumpen - Funktionsweise und Bauarten

Bild: Wärmepumpe Einsatzbereiche Allgemeines
Allgemeines zur Wärmepumpe | © ri / pixabay CC0

Man kann grob vier verschiedene Bauarten von Wärmepumpen unterscheiden, die darin verschieden sind, welche Wärmequelle sie nutzen (Luft, Wasser oder Erde) und auf welchem Wege sie die gewonnene Wärme weitergeben. Ihre jeweiligen Einsatzbereiche unterscheiden sich ebenso wie die Kosten für Anschaffung und Betrieb.

Grundsätzlich gilt: je aufwendiger die Erschließung der Wärmequelle, desto teurer die Anschaffung. Dafür arbeiten diese Geräte aber effizienter, dadurch sind die laufenden Kosten niedriger. Das Funktionsprinzip ist bei allen Wärmepumpen grundsätzlich das gleiche - im Grunde funktionieren sie wie ein „umgekehrter Kühlschrank“: Der jeweiligen Wärmequelle wird die Wärme entzogen.

Diese trifft in einem „Verdampfer“ genannten Wärmetauscher auf ein Kältemittel, das hierdurch verdampft. Ein elektrisch betriebener Kompressor verdichtet den Dampf, wodurch sich dessen Druck und Temperatur erhöhen. In einem weiteren Wärmetauscher, dem „Verflüssiger“, kondensiert das heiße Gas und gibt seine Wärme dabei wieder ab. Das nun wieder flüssige Kältemittel wird - über eine Drossel, die es „entspannt“ (also den Druck senkt) - zurück in den Verdampfer geführt, wo der Kreislauf von Neuem beginnt.

Bauarten

Man kann grob drei Arten von Wärmepumpen unterscheiden, je nach Wärmequelle: Es gibt Luft-, Wasser- und Erdwärmepumpen. Die meisten Modelle nutzen Wasser als Wärmemedium, das in das zentrale Heizungssystem des Hauses eingespeist wird. Lediglich die Luft-Luft-Wärmepumpe geht einen anderen Weg und gibt die Wärme über ein Lüftungssystem ab.

Wärmepumpe Wärmequelle Wärmemedium Art der Heizung
Luft-Luft Abluft, Umgebungsluft Luft Lüftungssystem
Luft-Wasser Umgebungsluft Wasser Heizkörper, Flächenheizung
Sole-Wasser Geothermie Wasser Heizkörper, Flächenheizung
Wasser-Wasser Grundwasser Wasser Heizkörper, Flächenheizung

Wärmepumpe im Neubau nutzen

Bild: Wärmepumpe Einsatzbereich Neubau
Im Neubau immer sinnvoll: Wärmepumpe | © dimitrisvetsikas1969 / pixabay CC0

Im Neubau kannst Du prinzipiell alle Arten von Wärmepumpen nutzen, je nachdem, ob Du eher eine unkomplizierte oder eine langfristige Lösung vorziehst. Aufgrund der unkomplizierten Installation und der entsprechend geringen Anschaffungskosten wird häufig zur Luft-Wasser-Wärmepumpe gegriffen.

Allerdings ist die Sole-Wasser-Wärmepumpe hier absolut konkurrenzfähig: Durch die im Neubau mögliche Kombination mehrerer Arbeitsschritte (ein Bagger beispielsweise wird ohnehin benötigt) sind die Erdarbeiten relativ preisgünstig.

Staatlich gefördert werden alle Wärmepumpen, die den technischen Mindestanforderungen (JAZ 4,5 oder besser, Flächenheizung als Wärmeverteilsystem) entsprechen, mit 35 Prozent der förderfähigen Kosten, die bei der Installation anfallen. Das lohnt sich in der absoluten Summe natürlich am meisten bei der Anschaffung einer teureren Erdwärmepumpe oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Zudem verbraucht eine Erdwärmepumpe deutlich weniger Energie als die Luft-Wasser-Wärmepumpe.

Luft-Luft-Wärmepumpen sind nur in wenigen Ausnahmefällen eine geeignete Lösung, vor allem weil sie seit der Umstellung der Förderbedingungen vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) gar nicht mehr bezuschusst werden.

Durch den Einsatz von sinnvollen Ergänzungen, wie etwa Photovoltaik (im Idealfall in Verbindung mit einem Stromspeicher) lassen sich die laufenden Kosten einer Wärmepumpe noch weiter senken. Und wenn man ihren Energiebedarf vollständig aus einer regenerativen Quelle deckt, ist sie auch besonders gut für die Umwelt.

Beispiele

Die Standardlösung im Neubaubereich ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe, da sie besonders günstig und unkompliziert zu installieren ist. Bereits mit rund 15.000 Euro (abzüglich 35 Prozent Förderung, wenn die Anforderungen erfüllt werden) bist Du hier dabei. Es sind allerdings auch effizientere und daher umweltfreundlichere Szenarien denkbar. Eine gute Lösung wäre die Kombination einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mit einer Photovoltaik-Anlage, wenn möglich mit einem Stromspeicher.

Die Anschaffungskosten für eine Erdwärmepumpe liegen bei um die 20.000 Euro, wiederum abzüglich der 35 Prozent Förderung; die deutlich geringeren laufenden Kosten machen sie langfristig günstiger als die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Die Kombination mit Solarstrom macht diese Lösung ganz besonders umweltverträglich.

Einfamilienhaus oder Mehrfamilienhaus?

Welche Wärmepumpe sich besonders lohnt, hängt auch davon ab, ob man mit ihr ein Einfamilienhaus oder ein Mehrfamilienhaus beheizen möchte. Für ein Einfamilienhaus ist grundsätzlich jede Wärmepumpe geeignet. Bevorzugter Einsatzbereich für die Luft-Luft-Wärmepumpe ist hier allerdings ein Passivhaus. Ansonsten hängt die Wahl in erster Linie von den örtlichen Gegebenheiten ab. Folgende Fragen solltest Du klären, ehe Du Dich für eine Wärmepumpe entscheidest:

Ist der Untergrund geeignet für eine Erdwärmepumpe mit Sonde oder Kollektor? Ist Grundwasser in ausreichender Qualität und Menge vorhanden, um eine Grundwasserwärmepumpe zu nutzen? Möchtest Du mit der Wärmepumpe nur die Heizung speisen, oder soll sie auch der Warmwasserbereitung dienen? Und soll die Wärmepumpe nur zur Heizung, oder zusätzlich zur (aktiven oder passiven) Kühlung verwendet werden?

Die gleichen Fragen sind auch bei der Wahl der passenden Lösung für ein Mehrfamilienhaus maßgeblich. Prinzipiell kommen hier die gleichen Optionen in Frage wie im Einfamilienhaus, je nach Grundbedingungen. Generell hängt die Wahl von der Verfügbarkeit der Energiequellen ab - prinzipiell kann auch eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ein Mehrfamilienhaus mit Wärme versorgen. Außerdem ist in diesem Einsatzbereich sowohl die Installation einer zentralen Wärmepumpe denkbar als auch der Einsatz separater Lösungen für die einzelnen Wohneinheiten.

Allerdings ist der Energiebedarf, sowohl für die Heizung als auch für die Warmwasserbereitung, bei Mehrfamilienhäusern höher als in anderen Einsatzbereichen. Für Mehrfamilienhäuser gibt es daher spezielle Profi-Anlagen mit sehr hoher Leistung. Alternativ kann man auch mehrere Wärmepumpen in Reihe einsetzen.

Eine weitere Möglichkeit sind hybride Lösungen, die nur die Grundlast und die Warmwasserbereitung einer Wärmepumpe überlassen. Die Spitzenlast an kalten Tagen deckt dann ein weiterer Kessel. Hier wäre etwa eine konventionelle Gas-Brennwertheizung denkbar. Wer erneuerbare Energie nutzen möchte und den nötigen Stauraum für den Brennstoff hat, kann auch eine Pelletheizung einbauen.

Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe im Neubau

Bild: Wärmepumpe Wirtschaftlichkeit Neubau
Wirtschaftlichkeit der verschiedenen Wärmepumpen | © moerschy / pixabay CC0

Alle Wärmepumpen zeichnen sich durch hohe Wirtschaftlichkeit aus. Im Detail gibt es allerdings Unterschiede:

Während Erd- und Wasser-Wärmepumpen besonders effizient arbeiten, dafür jedoch in der Anschaffung teurer sind, muss man für die Installation von Luft-Wärmepumpen weniger investieren, aber höhere laufende Kosten einkalkulieren.

Nachfolgend erhältst Du eine Übersicht, nach wie vielen Jahren sich welche Wärmepumpe amortisiert - und wie sich im Vergleich dazu konventionelle Brennwertheizungen mit Gas und Öl schlagen.

Anlage 5 Jahre 10 Jahre 20 Jahre 25 Jahre
Luft-Wasser-Wärmepumpe 17.800 € 21.100 € 29.300 € 34.400 €
Wasser-Wasser-Wärmepumpe 18.400 € 20.900 € 27.100 € 31.000 €
Sole-Wasser-Wärmepumpe 15.300 € 18.000 € 23.800 € 28.900 €
Ölheizung mit Tank + Solar-Heizungsunterstützung + Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung 28.900 € 31.900 € 39.600 € 44.400 €
Gasheizung mit Anschluss + Solar-Heizungsunterstützung + Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung 27.200 € 30.000 € 37.100 € 41.600 €

Wärmepumpe im Altbau nutzen

Bild: Wärmepumpe Einsatzbereich Altbau
Ohne Sanierung keine Wärmepumpe | © angu19 / pixabay CC0

Weitere mögliche Einsatzbereiche für Wärmepumpen liegen im Altbau - allerdings eignet sich hier nicht jedes Gebäude gleichermaßen. Es sind bestimmte Grundbedingungen zu erfüllen, damit sich die Investition in eine Wärmepumpe in einem Haus des Gebäudebestands lohnt.

Welche das sind, wie konkrete Beispiele aussehen könnten und nach welcher Zeit sich die Aufrüstung auf eine Wärmepumpe auch finanziell lohnt, wird im Folgenden gezeigt.

Notwendiger Gebäudezustand

Generell ist auch der Bestandsbau ein sinnvoller Einsatzbereich für die verschiedenen Wärmepumpen. Allerdings kann man diese nur in Gebäuden mit einem geringen Wärmebedarf effizient einsetzen. Die Installation einer Wärmepumpe lohnt sich also nur bei energetisch sanierten Häusern mit einer modernen Wärmedämmung, luftdichten Türen und Fenstern etc.

Außerdem wird es bei der Umrüstung auf eine Wärmepumpe oft nötig, die alten Heizkörper auszutauschen: Eine Wärmepumpe arbeitet am effizientesten mit großflächigen Verteilern. Es bietet sich also die Installation von Flachheizkörpern oder direkt einer Flächenheizung (Wand-, Decken-, oder die besonders beliebte Fußbodenheizung) an, da diese mit deutlich niedrigeren Vorlauftemperaturen auskommen als die klassischen Rippenheizkörper.

Beispiele

Im Altbau ist eine Wärmepumpe meist nur dann wirtschaftlich einsetzbar, wenn das Gebäude saniert wird. Welche Stufe des KfW-Effizienzhauses hierbei erreicht wird, ist nicht einmal so wichtig, denn selbst mit der „schlechtesten“ Stufe 115 sind bereits gute Einsparungen möglich.

Außerdem ist für die Effizienz einer Wärmepumpe die Vorlauftemperatur des Systems wichtig. Mit einer guten Dämmung lässt sich diese schon ein gutes Stück reduzieren. Noch weiter lässt sich die Vorlauftemperatur senken, wenn eine Flächenheizung eingebaut wird, also etwa eine Fußboden- oder Wandheizung.

Prinzipiell kann man auch in diesem Einsatzbereich alle Arten von Wärmepumpen einsetzen. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist allerdings besonders beliebt, da sie unkompliziert nachrüstbar ist, während bei allen anderen Typen umfangreichere Bauarbeiten (Erdarbeiten, Bohrungen, Wanddurchbrüche für Luftkanäle etc.) nötig werden - die im Altbau häufig komplizierter und teurer sind als bei einem Neubau.

Allerdings gehören alle Umfeldmaßnahmen, die bei der Installation einer Wärmepumpe anfallen, zu den förderfähigen Gesamtkosten. Das heißt, dass die Installation einer Wärmepumpe inklusive Bauarbeiten und auch die Entsorgung der alten Heizungsanlage vom BAFA mit mindestens 35 Prozent der förderfähigen Kosten gefördert werden (wenn du zuvor eine Ölheizung besessen hast, sind sogar 45 Prozent drin).

Außerdem ist eine zusätzliche Förderung über die KfW mit dem Kredit 167 möglich, da dieser mit dem BAFA-Programm kombinierbar ist - solange die Höhe der Förderung nicht höher ist als die Kosten der gesamten Maßnahme. Über den Kredit KfW 151 oder den Zuschuss KfW 430 ist alternativ die Förderung einer Wärmepumpe indirekt im Rahmen der Effizienzhaus-Sanierung möglich.

Quelle: © EnergieAgentur.NRW GmbH / youtube.com

Einfamilienhaus oder Mehrfamilienhaus?

Bild: Wärmepumpe Einsatzbereich Mehrfamilienhaus
Mit der Wärmepumpe ein Mehrfamilienhaus beheizen? | © Free-Photos / pixabay CC0

Im Neubau lohnt sich der Einsatz einer Wärmepumpe nicht nur im Ein-, sondern auch im Mehrfamilienhaus. Aber wie ist das im Altbau? Sind Mehrfamilienhäuser hier ebenfalls ein sinnvoller Einsatzbereich für eine Wärmepumpe oder lohnt sich die Nachrüstung nur bei kleineren Gebäuden?

Generell ließe sich eine Lösung mit Wärmepumpe auch in diesem Einsatzbereich realisieren. Insbesondere eine Luft-Wasser-Wärmepumpe lässt sich unkompliziert nachrüsten und ist potenziell in der Lage, ein (entsprechend saniertes) größeres Gebäude zu beheizen. Allerdings müssen auch bei Mehrfamilienhäusern natürlich in den meisten Fällen noch die alten Heizkörper ersetzt werden, wenn sie effektiv mit einer Wärmepumpe beheizt werden sollen. Die Nachrüstung einer Wärmepumpe in einem Gebäude mit einem größeren Wärmebedarf wäre also mit nicht unerheblichen Zusatzkosten verbunden.

In diesem Einsatzbereich bietet es sich daher an, auf eine alternative regenerative Heiztechnik auszuweichen: Die Holzheizung. Sie wird hier im Normalfall mit Holzpellets befeuert; Hackschnitzel und Scheitholz wird man im Mehrfamilienhaus eher seltener finden. Eine Pelletheizung ist im Betrieb vergleichsweise preisgünstig und kohlendioxidarm, in der Anschaffung aber eher teuer; außerdem muss ein Pelletlager vorhanden sein. Dafür kann eine Pelletheizung allerdings auch höhere Temperaturen liefern als eine Wärmepumpe.

Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe im Altbau

Unter den entsprechenden Bedingungen ist eine Wärmepumpe im Altbau eine umweltfreundliche Alternative. Aber wie sieht es hier mit der Wirtschaftlichkeit aus? Lohnt sich der Umstieg auf eine Wärmepumpe auch finanziell oder sollte ich lieber auf eine moderne konventionelle Heizung setzen? Eine Beispielrechnung für einen sanierten Altbau mit 140 Quadratmetern Wohnfläche, der von vier Personen bewohnt wird:

Anlage 5 Jahre 10 Jahre 20 Jahre 25 Jahre
Luft-Wasser-Wärmepumpe 17.900 € 27.400 € 51.100 € 65.900 €
Wasser-Wasser-Wärmepumpe 22.100 € 29.000 € 46.000 € 57.000 €
Sole-Wasser-Wärmepumpe 19.500 € 27.000 € 46.000 € 57.000 €
Ölheizung (Brennwert) 42.800 € 51.200 € 72.400 € 85.600 €
Gasheizung (Brennwert) 40.700 € 48.400 € 67.700 € 79.800 €

Sowohl kurzfristig als auch auf lange Sicht sind alle Wärmepumpen deutlich wirtschaftlicher als Gas- und Ölheizungen. Zudem ist davon auszugehen, dass sich diese Tendenz durch die geplante CO2-Bepreisung noch einmal deutlich zuungunsten der konventionellen Heizungen verschieben wird. Mit einer Wärmepumpe bist Du also auf jeden Fall auf der sichereren Seite - sowohl wirtschaftlich als auch in Sachen Umweltschutz.

Alternativen zur Wärmepumpe

Bild: Wärmepumpe Alternativen Holzheizung
Holzheizung als Alternative zur Wärmepumpe | © Obed Hernández / unsplash CC0

Während eine Wärmepumpe im Neubau eigentlich immer eine gute Wahl ist, lohnt sich ihr Einsatz im Bestandsbau nur unter bestimmten Bedingungen.

Wenn eine Dämmung bzw. Sanierung des Gebäudes das Budget sprengen würde oder wenn der Wärmebedarf insgesamt zu hoch ist, lohnt es sich, über sinnvolle Alternativen für diese Einsatzbereiche nachzudenken.

Eine gute, weil ebenfalls relativ umweltfreundliche und im Betrieb auch nicht übermäßig teure, Alternative ist die Holzheizung. Sie gilt als klimaneutral, da das Kohlendioxid, das beim Verbrennen von Holz frei wird, ursprünglich durch dieses gebunden wurde. Im Gegensatz zu fossilen Brennstoffen entsteht hier demnach kein zusätzliches Kohlendioxid. Im Gegensatz zur Wärmepumpe ist eine Holzheizung nicht auf niedrige Systemtemperaturen angewiesen, sondern kann ohne nennenswerte Verluste hohe Temperaturen liefern.

Eine Holzheizung kann man etwa mit Hackschnitzeln befeuern. Diese sind besonders preisgünstig, brauchen allerdings viel Platz. Auch die Verfeuerung von Scheitholz in einem Holzvergaser ist möglich; hier wird aber ebenfalls einiges an Platz benötigt, und zusätzlich noch Zeit, da dieser manuell nachgefüllt werden muss. In den meisten Fällen wird man sich daher wahrscheinlich für eine Pelletheizung entscheiden, denn ihr Brennstoff ist nicht nur am unkompliziertesten zu handhaben, sondern sie ist auch noch die effizienteste aller Holzheizungen.

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