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Erdwärme und Wärmepumpe

Wärmepumpen sind die erste Wahl, wenn es darum geht Heizkostenersparnis und umweltschonende Wärmeerzeugung zusammenzubringen. Denn die Energie, die eine Wärmepumpe nutzt, stellt die Umwelt unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung. Das vollwertige Heizsystem benötigt nur einen geringen Anteil Strom für Antrieb und Pumpe, um diese Energie nutzbar zu machen. Eine Wärmepumpe macht unabhängig von fossilen Brennstoffen und trägt aktiv zur Reduzierung des CO2-Ausstoßes und zum Klimaschutz bei.

Was ist eine Wärmepumpe?

Die Wärmepumpe arbeitet nach einem einfachen Prinzip und erzielt dabei eine erstaunlich effektive Wirkung. Vereinfacht gesagt funktioniert eine Wärmepumpe nach dem Kühlschrankprinzip – nur umgekehrt. Während der Kühlschrank die Wärme nach außen leitet, holt sich die Wärmepumpe Energie aus der Luft oder dem Erdreich über das Heizungssystem in den Wohnraum.

Die der Umgebung entzogene Wärme wird anschließend genutzt, um das in der Wärmepumpe befindliche Kältemittel zum Verdampfen zu bringen. Der Kältemitteldampf wird anschließend verdichtet, um die notwendige Temperatur für unterschiedliche Heizsysteme zu erhalten.

Unterschiedliche Heizsysteme erfordern unterschiedliche Temperaturen. Eine Heizung mit Radiatoren beispielsweise erfordert Temperaturen von bis zu 70 Grad Celsius. Eine Fußbodenheizung kommt dagegen mit einem Vorlauf von 35 Grad Celsius aus. Um einen möglichst wirtschaftlichen Betrieb einer Wärmepumpenheizung zu sichern, kommt es auf das komplette Heizsystem an. Viessmann Wärmepumpen können sowohl Fußbodenheizungen als auch Radiatoren mit ausreichender Wärme versorgen. Damit eignen sie sich sowohl für die Modernisierung eines Altbaus als auch für den Neubau.

Ausschlaggebend für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Konstruktion des Kältekreises. Sie zeichnen sich durch einen leisen, vibrationsarmen und äußerst langlebigen Betrieb aus. Zur Wärmeerzeugung wird in der Natur vorhandene Wärme entzogen und mit ihr ein Kältemittel verdampft, das bereits bei geringer Temperatur siedet.

Der strombetriebene Verdichter komprimiert das dabei entstehende Gas und bringt es auf ein höheres Temperaturniveau. Ein Wärmetauscher überträgt die Energie aus dem erwärmten Gas auf den Heizkreislauf. Dabei verflüssigt sich das noch unter Druck stehende Kältemittel wieder und wird in einem Expansionsventil entspannt. Die Temperatur sinkt dabei stark ab. Danach beginnt der Kreislauf und mit ihm das Heizen mit Wärmepumpe von vorn.

Verdichterprozess der Wärmepumpe

Zum Zentrum hin immer wärmer:
Bei einer Ausgangstemperatur zwischen 5 und 18 °C wird am Ende eine Vorlauftemperatur bis zu 72 °C erzielt.

Energiequellen für die Wärmepumpe

Die im Einzelfall beste Wärmequelle für die Wärmepumpe hängt von den örtlichen Gegebenheiten und dem Wärmebedarf ab. Wärmepumpen können verschiedene Energiequellen nutzen:

Energiequelle Luft – unbegrenzte Verfügbarkeit, geringste Investitionskosten

 

Luft ist überall und kostenfrei vorhanden. Darüber hinaus enthält Umgebungsluft immer Wärme – auch wenn es sich draußen klirrend anfühlt. Der untere Temperaturgrenzwert liegt physikalisch bei -273,15 Grad Celsius. Das bedeutet, jede Temperatur, die darüber liegt, enthält noch thermische Energie, die man nutzen könnte. Auch wenn es in der Theorie möglich ist, lässt sich ein wirtschaftlicher Betrieb mit einer Wärmepumpe nur bis etwa -20 Grad Celsius erreichen. Die Aufstellung der Wärmepumpe ist sowohl innerhalb als auch außerhalb des Gebäudes möglich. 

 

Wärme aus der Luft

[1] Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher

Wärme aus der Luft
mit Außeneinheit

[1] Split Luft/Wasser-Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher
[4] Außeneinheit

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Energiequelle Erdreich – über Erdkollektoren oder Erdsonden

 

Ähnlich wie die Umgebungsluft befindet sich im Erdreich auch immer Wärme, die das Heizen mit Wärmepumpen ermöglicht. Das Besondere am Erdreich als Wärmequelle sind die verhältnismäßig hohen und konstanten Temperaturen. Ab einer Tiefe von etwa 10 Metern bleiben diese selbst im gesamten Winter auf einem verhältnismäßig hohen Niveau. Mit zunehmender Tiefe steigen die Temperaturen und mit ihnen die Menge an thermischer Energie, die mithilfe von Erdsonden angezapft werden könnte.

Neben der Energiegewinnung durch Erdwärmesonden besteht auch die Möglichkeit, oberflächennah Erdwärme zu gewinnen. Dazu werden Erdkollektoren wie Flächenkollektoren, Grabenkollektoren oder Energieabsobermatten verwendet.

 

Wärme aus dem Erdreich
(Sonde)

[1] Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher

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Wärme aus dem Erdreich
(Kollektor)

[1] Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher

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Energiequelle Wasser – besonders hohe Effizienz und zu beachtende Wasserqualität

 

Neben der Umgebungsluft und dem Erdreich hat das Grundwasser auch ganzjährig hohe Wärmeenergie, die als Energiequelle für eine Wärmepumpe infrage kommt. Um die thermische Energie nutzen zu können, ist eine Brunnenanlage bestehend aus Saug- und Schluckbrunnen notwendig. Je nach Standort sind diese Anlagen aus Umwelt- und Gewässerschutzgründen nicht zugelassen.

Aber auch in Gegenden, wo eine Brunnenanlage erlaubt ist, bedeutet das nicht automatisch einen wirtschaftlichen Betrieb. Denn die Wasserzusammensetzung hat einen entscheidenden Einfluss auf den reibungslosen und effizienten Wärmepumpenbetrieb. Ist die Nutzung einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe nicht möglich, bietet sich in der Praxis die Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Eisspeicher oder Erdkollektoren als gute Alternative an.

 

Wärme
aus dem Grundwasser

[1] Wärmepumpe
[2] Speicher-Wassererwärmer
[3] Heizwasser-Pufferspeicher

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Energiequellen Luft, Erdreich und Sonne – Eisspeicher mit hoher Effizienz

 

Innovativ ist die Nutzung eines Eisspeichers als Energiequelle. Dabei handelt es sich um eine Zisterne mit eingebauten Wärmetauschern, die im Garten vergraben und mit normalem Leitungswasser gefüllt wird. Auf dem Dach des Hauses entziehen Solar-Luftabsorber die Wärme aus der Umgebungsluft sowie der Sonnenstrahlung und führen diese dem Speicher zu. Darüber hinaus nutzt der Eisspeicher das Erdreich als Wärmequelle.

 

Wärme aus dem Erdreich, der Luft und von der Sonne (Eisspeicher)

[1] Wärmepumpe
[2] Eisspeicher
[3] Solar-/Luft-Absorber

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Energiequelle Abwärme – abhängig von Verfügbarkeit, Menge und Temperaturniveau

Vor allem an kalten Tagen ist die Luft in einem bewohnten Raum deutlich wärmer als die Außenluft. Diese Wärme lässt sich mit einer Warmwasser-Wärmepumpe nutzen. Diese übernimmt unabhängig von der vorhandenen Heizungsanlage problemlos die Warmwasserbereitung. Warmwasser-Wärmepumpen von Viessmann sind für den Umluft- oder Abluftbetrieb ausgelegt und wahlweise mit integriertem Solar-Wärmetauscher und Solarregelung zur direkten Nutzung der Solarenergie erhältlich.