• Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe

• Was die Wärmepumpe ausmacht

• Energiequellen der Wärmepumpe

• Kosten einer Wärmepumpe

• Fördermöglichkeiten

• Alternativen zur Wärmepumpe

• Vor- und Nachteile der Wärmepumpe

• Integration der Wärmepumpe

Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe ist revolutionär. Kennen Sie eine andere Heizungsform, die Wärme aus kostenloser und unbegrenzt verfügbarer Energie gewinnt? Wärmepumpen basieren anders als die meisten Heizungsarten nicht auf einem Verbrennungsprozess, um die in Brennstoffen gebundene Energie nutzbar zu machen. Stattdessen macht sich die Technologie die in der Umwelt gespeicherte thermische Energie zunutze. Grundwasser, Erdreich oder die Umgebungsluft dienen als Energielieferanten. Doch ganz ohne externe Zugaben kommt auch diese Heizungsart leider nicht aus: Ein Bauteil der Wärmepumpenheizung benötigt zusätzlich elektrische Energie, um das Funktionsprinzip aufrecht erhalten zu können.

Schliesslich ist die Umgebungstemperatur meist niedriger als die gewünschte Innentemperatur in den Wohnräumen. Die verfügbare Wärmeenergie muss daher verdichtet werden, bevor sie in das Heizungssystem eingespeist werden kann. Dieser Prozessschritt kommt nicht ohne die Zugabe von elektrischer Energie aus. Doch Schritt für Schritt: Wärmepumpen bestehen aus den folgenden Hauptkomponenten, die einen geschlossenen Kreislauf bilden.

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• Verdampfer

• Verdichter

• Kondensator

• Expansionseinrichtung

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In dieser Reihenfolge lässt sich auch der schrittweise Prozess zur Gewinnung von Heizwärme aus der Umgebungsenergie beschreiben. Im Kreislauf zirkuliert ein Kältemittel, ohne dessen spezielle Eigenschaften der Betrieb einer Wärmepumpe nicht möglich wäre. Während es die verschiedenen Stationen des Prozesses durchläuft, verändert es seinen Aggregatzustand.

Der Wärmequelle in der Wärmepumpe wird durch den Verdampfer auf einem niedrigen Temperaturniveau Wärme entzogen. Diese Wärme wird auf das Kältemittel übertragen. Dank seiner physikalischen Eigenschaften wechselt das Kältemittel bereits bei niedrigen Temperaturen seinen Zustand von flüssig zu gasförmig.

Mit Hilfe des Verdichters wird ein höheres Temperaturniveau in der Wärmepumpe erreicht. Das gelingt folgendermassen: Das gasförmige Kältemittel kann so weit verdichtet werden, bis die Temperatur den erforderlichen Wert überschreitet. Die Temperatur muss über der Vorlauftemperatur des Heizwassers liegen, nur so kommt die Wärme auch an den Heizkörpern an.

Im Kondensator (auch Verflüssiger) findet die Übertragung der Wärme vom Kältemittel an das Brauch- und Heizwasser statt. Im selben Mass wie sich diese Medien erwärmen, kühlt das gasförmige Kältemittel wieder ab. Dabei sinkt der Druck und es beginnt sich wieder zu verflüssigen.

Durch das Expansionsventil wird das Kältemittel im letzten Schritt wieder auf den Verdampfungsdruck entspannt. Es herrschen erneut die selben Druckverhältnisse wie zu Beginn des Prozesses und der Kreislauf kann von neuem beginnen.

Dieses Funktionsprinzip der Wärmepumpe ist das Alleinstellungsmerkmal dieser Heizungstechnologie. Doch wie wirkt sich das für die Eigentümer einer Wärmepumpe aus?

Für den Betrieb einer Wärmepumpe braucht es grundsätzlich keinen Anschluss an das Gasnetz und auch keine Gas- oder Heizöltanks. Die Wärmepumpe nutzt die Wärmeenergie aus der direkten Umgebung des Gebäudes. Sie müssen sich aber entscheiden, welches Trägermedium der Wärmeenergie Sie mit Ihrer Wärmepumpe anzapfen möchten. Neben dieser primären und kostenlosen Energiequelle benötigt die Wärmepumpe allerdings auch elektrische Energie für die Verdichtung der Wärme. Gänzlich unabhängig machen Sie sich also auch hier nicht von anderen Energiequellen.    Das Gute daran ist aber, dass die benötigte elektrische Energie für die Wärmepumpe lokal und CO2-neutral erzeugt werden kann.

So können Sie die Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage kombinieren. Diese liefert elektrische Energie für Ihren regelmässigen Bedarf und kann zudem den Verdichter der Wärmepumpe speisen. Damit Sie auch vorübergehende Spitzen im Wärmebedarf wirtschaftlich bedienen können, sollte die Wärmepumpe zudem mit einer weiteren Heizungstechnik gekoppelt werden. Wollen Sie sich auch hier nicht von fossilen Rohstoffen und deren unkalkulierbarer Preisentwicklung abhängig machen, dann bietet sich eine Holzheizung an. Wollen Sie weiterhin auf bewährte Technik setzen, dann kann auch ein Öl- oder Gasbrennwertkessel gute Dienste leisten zusätzlich zu ihrer Wärmepumpe.

Wärmepumpen werden danach unterschieden, auf welche Umweltenergiequelle sie zurückgreifen. Welche Quelle Sie für Ihre Wärmepumpe nutzen sollten, hängt vor allem vom Standort des Gebäudes ab. Doch auch rechtliche Rahmenbedingungen können Ihre Wahlfreiheit einschränken. Bei Wärmepumpen für Wohnimmobilien werden die folgenden Arten mit ihren zusätzlich notwendigen technischen Massnahmen unterschieden:

Die Wärme in der Luft lässt sich am einfachsten nutzen. Die Wärmepumpe benötigt lediglich eine Anlage zum Ansaugen und Ausblasen der Luft. Die Luft wird über einen Wärmeüberträger geleitet, der der Wärmepumpe die thermische Energie entzieht.Das Problem dabei: In der Luft befindet sich gerade dann besonders wenig Wärme, wenn diese am dringendsten von der Wärmepumpe gebraucht wird.

Rohrleitungen werden in bis zu 250 Meter Tiefe Bohrlöcher verlegt. Bei ungünstiger Beschaffenheit des Bodens stellen Flachkollektoren eine Alternative zu den Bohrungen dar. In den Rohren zirkuliert ein Trägermedium aus Wasser und Frostschutz, das die Wärme zur Pumpe transportiert.Der Vorteil im Vergleich zur Luft-Wärmepumpe: Die im Erdreich herrschenden Temperaturen sind weit stabiler als die der Luft. Sie benötigen in jedem Fall eine Bohrgenehmigung für die Sole-Wasser-Wärmepumpe.

Es müssen zwei Brunnen gegraben werden. Damit die Wärmeenergie genutzt werden kann, wird das Wasser aus dem ersten Brunnen nach oben gepumpt. Nachdem ihm die thermische Energie entzogen wurde, gelangt das Wasser über den zweiten Brunnen wieder in die Tiefe.Das Grundwasser weist als einziges aller Medien wirklich ganzjährig stabile Temperaturen auf. Die Nutzung von Wasser ist die verlustärmste Alternative, ist aber stark reglementiert. Es ist unerlässlich, dass Sie eine Bewilligung für die Wasserentnahme von Ihrer Gemeinde oder dem Kanton einholen für die Wasser-Wasser-Wärmepumpe.

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Jede der drei Alternativen hat ihre Vor- und Nachteile. Welche Technik für Sie die attraktivste ist, lässt sich im Rahmen einer individuellen Beratung klären. Grundsätzlich ist in der Schweiz die Umsetzung aller drei Wärmepumpe möglich.

Was kostet eine Wärmepumpe? Wie bei allen Heizungsarten lassen sich die Kosten für die Wärme in drei grundlegende Komponenten unterteilen. Diese sind:

• Kosten für Kauf und Installation der Wärmepumpe

• Kosten für die Erschliessung der Energieträger

• Kosten für die Inbetriebnahme

Aufgrund der Neuartigkeit der Technologie ist eine Wärmepumpe vergleichsweise teuer in der Anschaffung. Die zentralen Komponenten der Anlage sind immer gleich, unabhängig davon, durch über welches Medium auf die Umweltenergie zugegriffen werden soll. Lediglich die Peripherie unterscheidet sich. Zudem sind die Kosten für die Installation einer Wärmepumpenheizung abhängig von der Grösse der Anlage, ihrem technischen Stand sowie dem regionalen Verhältnis zwischen Angebot und Nachfrage.

Besser beziffern lassen sich dagegen die Kosten für den primären Energieträger. Diese liegen nämlich bei Null. Schliesslich müssen Sie nicht dafür bezahlen, dass Sie Luft oder Wasser aus der Umgebung ansaugen. Wofür Sie dagegen schon zur Kasse gebeten werden, das sind die technischen Einrichtungen zur Nutzbarmachung der Wärme aus den verschiedenen Medien. Eine genaue Angabe der Kosten ist schwierig möglich, doch eine Rangfolge lässt sich bilden: Während für die Luft-Wärmepumpe fast keine zusätzliche Technik benötigt wird, verlangt die Wasser-Wärmepumpe nach zwei Brunnen. Am teuersten fallen in der Regel aber die Bohrungen für die Sole-Wärmepumpe aus. Ein Beispiel: Man kann davon ausgehen, dass eine Erdwärmesonde dem Boden 45 Watt je Meter Bohrtiefe entzieht. Bei einer benötigten Wärmeleistung von 8,2 Kilowatt ergibt sich eine Bohrtiefe von über 180 Metern, die auch über mehrere Bohrlöcher verteilt werden kann. Jeder Meter Bohrtiefe schlägt mit etwa 100 Franken zu Buche.[2]

Ist die Wärmepumpe in Betrieb genommen, dann ist es vor allem die vom Verdichter umgesetzte elektrische Energie, die die laufenden Kosten bestimmt. Hier liegt auch der kritische Punkt beim Einsatz von Wärmepumpen, denn es gilt die Regel: Je niedriger die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und dem Heizungssystem ist, desto weniger muss der Verdichter arbeiten. Zwei Grössen beeinflussen den Verbrauch an elektrischer Energie der Wärmepumpe massgeblich.

• Vorlauftemperatur der Heizung: Durch den Einsatz grossflächiger Heizelemente kann die Temperatur des Heizwassers gesenkt werden, ohne Einbussen in der Wärmeentwicklung in Kauf zu nehmen.

• In der Umgebung vorhandene Wärme: Diesen Faktor haben Sie schlicht nicht im Griff. Vor allem an kalten Tagen wird das Heizen mit einer Luft-Wärmepumpe teuer.

Zugute halten kann man der Wärmepumpe, dass sie über lange Jahre besonders wartungsarm und zuverlässig arbeiten kann ohne hohe Sanierungskosten.

Apparate + Montagematerial CHF 20’800

De-/ Montage (inkl. Transport )CHF 5’000

Schwachstromarbeiten CHF 3’500

Baugesuch CHF 500

Baumeisterarbeiten CHF 3’500

Total CHF 33’300 (Richtpreis)
 

Als Basis dient ein älteres Einfamilienhaus mit einem Ölverbrauch von ca. 2500 Liter oder ca. 2500 m³ Gas.
Eingerechnet sind sämtliche Materialien wie Wassererwärmer (300l), Heizungsarmaturen und Pumpen. inkl. Rabatte, exkl MwSt. Beim Wechsel von einer Öl-Heizung (bis 15 kW) zu einem Anderen Wärmeerzeuger fallen nochmals 1050.00 CHF für die Stillegung und Entleerung des Tanks an.

Apparate + Montagematerial CHF 20’500

Erdwärmesonde CHF 24’500

De-/ Montage (inkl. Transport )CHF 7’100

Schwachstromarbeiten CHF 4’100

Baugesuch CHF 500

Baumeisterarbeiten CHF 4’500

Total CHF 61’200 (Richtpreis)

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Als Basis dient ein älteres Einfamilienhaus mit einem Ölverbrauch von ca. 2500 Liter oder ca. 2500 m³ Gas.
Eingerechnet sind sämtliche Materialien wie Wassererwärmer (300l), Heizungsarmaturen und Pumpen. inkl. Rabatte, exkl MwSt. Beim Wechsel von einer Öl-Heizung (bis 15 kW) zu einem Anderen Wärmeerzeuger fallen nochmals 1050.00 CHF für die Stillegung und Entleerung des Tanks an.

Die Kosten für die Wärmepumpe lassen sich senken, indem von der Politik geschaffene Fördermöglichkeiten in Anspruch genommen werden. Über die kantonalen Fördergelder können Sie sich bei der zentralen Anlaufstelle des Gebäudeprogramms informieren. Dort können Sie auch Ihr Fördergesuch stellen für ihre Wärmepumpe. Wollen Sie Fördermittel für die Anschaffung einer Wärmepumpe in Anspruch nehmen, dann sollten Sie die folgenden Punkte beachten:

• Anspruchsberechtigt ist nur, wer sein Fördergesuch vor Baubeginn in Papierform einreicht

• Prüfen Sie die Einhaltung der Förderbedingungen gründlich

Die meisten Kantone haben nämlich das Vorliegen eines Gütesiegels und eine Installation nach dem Leistungsumfang des WP-Systemmoduls zur Bedingung für eine Förderung gemacht. Beim WP-Systemmodul handelt es sich um einen Standard für Planung und Bau von Wärmepumpenanlagen für Privatanwender. Die Leistungen umfassen die Ausstellung eines Zertifikats nach erfolgreicher Prüfung der Installation und auch eine Nachkontrolle der Wärmepumpe durch den Hersteller innerhalb von zwei bis drei Jahren nach der Inbetriebnahme ist dabei vorgesehen. Erhalten Sie in Ihrem Kanton keine Fördermittel für den Ersatz der bestehenden Heizung durch eine Wärmepumpe, dann können Sie mit dem Anlagezertifikat einen Zuschuss von 1000 Franken beim Förderprogramm für Wärmepumpen der Organisation myclimate beantragen.

Das Prinzip der Wärmepumpe ist einzigartig. Keine andere für Privatanwender verfügbare Heizungstechnologie kommt ohne kostenpflichtigen primären Energieträger aus. Die Solarthermie nutzt zwar die ebenfalls kostenlose Sonnenenergie, eignet sich aber nur mit Einschränkungen so wie die Wärmepumpe für die komplette Versorgung eines Gebäudes mit Warmwasser und Wärme. Häuser, die allein mit Solarthermie beheizt werden sollen, müssen speziell dafür gestaltet werden. Die Wärmepumpe dagegen lässt sich auch in bereits bestehenden Gebäuden installieren. Dabei kann die Heizungsanlage mit Rohrleitungen und Heizkörpern in der Regel weitergenutzt werden.

Doch auch der alleinige Betrieb einer Wärmepumpe reicht für gewisse Gebäude (vor allem Grossanlagen) nicht aus. Wegen des verhältnismässig schlechten Wirkungsgrades an kalten Tagen stellt sich daher die Frage, mit welcher anderen Heizungsart sich die Wärmepumpe am besten kombinieren lässt. Hier bieten sich beinahe alle verbreiteten Lösungen für die Erzeugung von Strom und Wärme an. Zu den Techniken, welche am besten mit der Wärmepumpe harmonieren, zählen:

• Photovoltaik

• Solarthermie

• Holzheizung

• Gas-Brennwertkessel oder Öl-Brennwertkessel

Während Strom aus einer Photovoltaikanlage den Verdichter antreiben kann, kann die Solarthermie die Wärmepumpe bei der Bereitung von Warmwasser entlasten. Für das Abfangen von Belastungsspitzen eignen sich dagegen zuverlässige und effiziente Heizungsanlagen nach dem Verbrennungsprinzip. Auf diese Heitungsanlage kann umgeschaltet werden, wenn der Betrieb der Wärmepumpe unwirtschaftlich wird. Details zum Betrieb der Wärmepumpe in Kombination mit anderen Heizungsarten haben wir im Beitrag über die Hybridheizung für Sie zusammengestellt.

Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe hebt sie deutlich von den übrigen verfügbaren Lösungen für die Bereitstellung von Heizungswärme und Warmwasser ab. Die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe hängt aber stark davon ab, wie viel Strom sie verbraucht. Denn wenn der Verdichter zu viel Arbeit leisten muss, um die benötigten Temperaturen zu erreichen, dann schnellen die Heizkosten in die Höhe. Welche Chancen und Risiken allgemein beim Einsatz der Wärmepumpe bestehen, zeigt die Tabelle.

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Vorteile einer Wärmepumpe

• Geringer Wartungsaufwand

• Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen

• Vermeidung von Emissionen

• Niedrige Betriebskosten

• Möglichkeit zur Integration in bestehende Heizungsanlage

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Nachteile einer Wärmepumpe

• Teuer bei falscher Dimensionierung

• Hohe Anschaffungskosten

• Nutzung meist genehmigungspflichtig

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Dort wo die grösste Chance liegt, liegt also auch das grösste Risiko bei der Wärmepumpe, deshalb ist es bei der Wärmepumpe besonders wichtig, dass sie passend dimensioniert und optimal in die bestehende Heiztechnik eingebunden wird.

In der Kombinationsmöglichkeit und der Fähigkeit zur Integration in bestehende Heizungsanlagen liegt eine grosse Stärke der Wärmepumpentechnik. So lassen sich Öl- und Gasheizungen oft mit geringem Aufwand um eine Wärmepumpe erweitern. Dennoch werden Wärmepumpen vornehmlich in Neubauten eingesetzt. Diese zeichnen sich mit ihrem hohen energetischen Standard durch einen geringen Wärmebedarf aus. Hier kann die Wärmepumpe besonders effizient arbeiten, weil die Last des Verdichters gering ist.

Doch auch energetisch sanierte Altbauten und Wärmepumpen geben eine gute Kombination ab. Bevor eine Wärmepumpe in einen Altbau eingebaut wird, sollte die Wärmedämmung des Gebäudes aber auf den Stand der Technik gebracht werden. Insbesondere die Schweizer Baustandards Minergie, Minergie‑P und Minergie‑A lassen erkennen, dass sich der Umstieg auf die Wärmepumpe lohnen kann. Auch für die energetische Sanierung gibt es in der Regel einen Förderbetrag.