Die Funktionsweise einer Luftwärmepumpe

Die Luftwärmepumpe (auch Luft-Luft- oder Luft-Wasser-Wärmepumpe) ist eine innovative Umweltheizung, die thermische Energie vom niederen zum höheren Temperaturniveau transportieren kann. Möglich ist das mit einem technischen Prozess. Dieser nimmt Wärme aus der kalten Umgebungsluft auf. Er hebt das Temperaturniveau mit Gas oder Strom an und macht die Umweltwärme somit zum Heizen und für die Warmwasserbereitung nutzbar. In den folgenden Abschnitten beantworten wir die wichtigsten Fragen zur Funktion von Luftwärmepumpen.

Wie funktioniert eine Luftwärmepumpe?

Eine Luft-Luft- oder Luft-Wasser-Wärmepumpe funktioniert mit einem Kältemitte-Kreislauf in vier Schritten.

Schritt 1: Aufnahme von Umweltwärme

Ein Ventilator leitet Außenluft über einen Wärmeübertrager. Der sogenannte Verdampfer überträgt die thermische Energie auf eine Flüssigkeit. Die Außenluft kühlt sich dabei ab und das sogenannte Kältemittel im Inneren der Luftwärmepumpe verdampft.

Schritt 2: Temperaturhub der Luftwärmepumpe

Das gasförmige Kältemittel strömt nun zu einem Verdichter, der den Druck des Mediums erhöht. Dieser Vorgang lässt die Temperatur ansteigen und ist Voraussetzung dafür, dass sich die Luftwärmepumpe zum Heizen und für die Warmwasserbereitung nutzen lässt. Während der Verdichter mit Strom oder Gas arbeiten kann, steigt sein Verbrauch mit der Temperaturdifferenz zwischen Umgebungsluft und Heizungs- oder Trinkwasser bzw. Zuluft.

Schritt 3: Abgabe der Heizwärme

Das erwärmte und noch immer gasförmige Kältemittel strömt nun durch einen zweiten Wärmeübertrager. Der sogenannte Verflüssiger überträgt die mitgeführte Energie dabei auf Heizungswasser, Trinkwasser oder Raumluft (Letzteres gilt für Luft-Luft-Wärmepumpen). Das Kältemittel kühlt sich dabei ab und geht allmählich in den flüssigen Aggregatzustand über.

Schritt 4: Entspannung des Kältemittels

Nun fließt das überwiegend flüssige Medium durch ein Expansionsventil. Dieses sorgt dafür, dass der Druck auf den Ausgangszustand sinkt und alles Kältemittel im flüssigen Zustand vorliegt. Anschließend strömt es zum Verdampfer und der Kreislauf beginnt von vorn.

[VIDEO] Luftwärmepumpe: Funktion einfach erklärt

Im Video erklärt der Hersteller Wolf anhand einfacher Beispiele aus dem Alltag, wie eine Luftwärmepumpe funktioniert.

Welche Voraussetzungen gibt es für die Heizung mit Luftwärmepumpe?

Grundsätzlich genügt es, wenn für die Luftwärmepumpe ein zentrales Heizungssystem vorhanden ist. Denn ganz gleich, wie warm oder kalt die Luft draußen ist: Die Luftwärmepumpe lässt sich immer zum Heizen oder für die Warmwasserbereitung einsetzen. Bei sehr niedrigen Außen- und sehr hohen Heizwassertemperaturen verbraucht der Verdichter allerdings mehr Energie. Um den Gas- oder Stromverbrauch einer Wärmepumpe zu senken, sollte das Heizungssystem also mit niedrigen Vorlauftemperaturen auskommen. Möglich ist das mit großen Heizkörpern oder noch besser: Mit einer Flächenheizung. Letztere nutzt sehr große Flächen, um die Räume im Haus zu erwärmen. Sie kommt mit besonders niedrigen Vorlauftemperaturen aus und ist daher eine Voraussetzung für den sparsamen Betrieb der Luftwärmepumpenheizung.

Kann ich mit einer Luftwärmepumpe Heizung und Warmwasser betreiben?

Ja. Eine Wärmepumpe dient neben der Heizung auch der Warmwasserbereitung. Da die Trinkwassertemperaturen oft höher sind, mindert das allerdings die Effizienz. Denn zur Warmwasserbereitung muss der Verdichter das Kältemittel stärker erwärmen. Er verbraucht mehr Energie und die Heizkosten steigen. Günstig ist daher die Kombination mit einer Solaranlage für Warmwasser.

Lässt sich eine Luft-Wasser Wärmepumpe mit Solar kombinieren?

Ja. Die Kombination von Luftwärmepumpe und Solaranlage ist sogar gut. Denn so kann sich die Solarthermie im Sommer und in der Übergangszeit nahezu allein um die Warmwasserbereitung kümmern. Die Wärmepumpe bleibt dabei aus oder arbeitet nur zum Heizen. Das entlastet den Verdichter und senkt den Gas- oder Stromverbrauch.

Wichtig: Wenn Luftwärmepumpe und Solarthermie zusammenarbeiten, muss auch ein Wärmespeicher vorhanden sein. Erwärmt die Solartechnik nur das Trinkwasser, genügt ein Trinkwasserspeicher. Unterstützt die Solaranlage auch die Heizung, ist die Installation von einem Pufferspeicher oder einem Schichtladespeicher erforderlich.

Muss ich für die Wärmepumpe einen Pufferspeicher installieren?

Grundsätzlich arbeitet die Luftwärmepumpe auch ohne Pufferspeicher. Das gilt vor allem dann, wenn ein elektrischer Inverter-Motor im Einsatz ist. Über diesen lässt sich die Verdichterleistung bedarfsgerecht regulieren, sodass die Luftwärmepumpe nie mehr Energie produziert als nötig. Verhängt der Energieversorger allerdings Sperrfristen ist ein Wärmespeicher vorzusehen. Alternativ zum Pufferspeicher kann auch eine großflächige Fußbodenheizung diese Aufgabe übernehmen.

Übrigens: Bei den Sperrfristen handelt es sich um bestimmte Zeiten am Tag, an denen elektrische Luftwärmepumpen keinen Strom vom Versorger bekommen. Auf diese Weise lassen sich die Lasten besser verteilen und die öffentlichen Netze werden geschont. Im Gegenzug bieten Versorger dafür aber auch Wärmepumpenstrom (günstige Wärmepumpentarife für den Strom aus dem Netz) an.

Wie erkenne ich, ob eine Luftwärmepumpenheizung effizient arbeitet?

Ob eine Luftwärmepumpe effizient arbeitet, lässt sich am COP und der JAZ erkennen. Der COP (Coefficient of Performance oder Leistungszahl) steht für das Verhältnis der erzeugten Wärmeleistung zur aufgenommenen Energie. Der Wert ist besser, je höher sein Betrag ausfällt. Denn das symbolisiert einen vergleichsweise geringen Energieeinsatz. Hersteller ermitteln den COP allerdings auf dem Prüfstand. Er unterliegt bestimmten Standards und ist vor allem dann interessant, wenn Hausbesitzer eine Luftwärmepumpe kaufen wollen. Denn dabei können sie die Effizienz verschiedener Geräte einfach miteinander vergleichen.

Aber Achtung: Der COP-Wert basiert immer auf bestimmten Umwelt- und Heizwassertemperaturen. Wer die Kennwerte verschiedener Anlagen vergleicht, sollte also sicherstellen, dass diese auch übereinstimmen. Bei einer Luft-Wasser Wärmepumpe finden Verbraucher dabei Angaben wie COP A4/H35. Während die Ziffer hinter dem „A“ für die Lufttemperatur steht, zeigt die Ziffer hinter dem Buchstaben „H“ die Heizwassertemperatur, die der Berechnung zugrunde liegt.

Die JAZ (Jahresarbeitszahl) spiegelt hingegen die Effizienz im Betrieb der Anlage wider. So beschreibt sie das Verhältnis der zugeführten Energie zur tatsächlich erzeugten Heizwärme in einem Jahr.  

Welche Arten der Luft-Wärmepumpe gibt es?

Grundsätzlich lassen sich Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpen voneinander unterscheiden. Während Ersterer Luft für eine Lüftungsanlage erwärmen, nutzen Luft-Wasser-Wärmepumpen die gewonnene Energie für eine Warmwasserheizung oder die Warmwasserbereitung.

Übrigens: Eine Sonderform der Luftwärmepumpe ist die Trink-/Brauch- oder Warmwasser-Wärmepumpe. Diese dient allein der Warmwasserbereitung im Haus. Sie ist mit einem Speicher verbunden und vergleichsweise günstig.

Luft-Wasser Wärmepumpen zum Heizen sind darüber hinaus in zwei Arten erhältlich. So lassen sich Monoblock- und Split-Wärmepumpen unterscheiden. Was die einzelnen Arten kennzeichnet, erklärt die folgende Tabelle.

Luftwärmepumpen-Art Beschreibung Einsatz/ Aufstellung
Monoblock-Wärmepumpe alle Bauteile der Luftwärmepumpe befinden sich in einem Gehäuse; Außenaufstellung (nur Heizwasserleitungen führen in das Haus); Innenaufstellung (in der Fassade sind zwei große Lüftungsgitter zum Ansaugen und Ausblasen der Außenluft erforderlich)
Split-Wärmepumpe Ventilator, Verdampfer und Verdichter befinden sich in einem Außengerät; Verflüssiger, Hydraulik und Regelung sind im Innengerät untergebracht; Kältemittelleitungen verbinden Außen- und Innengerät; Kombinierte Außen- und Innenaufstellung; reduzierte Lärmbelastung der Wärmepumpe

Grundsätzlich unterscheiden sich die Funktionsweisen von Monoblock- und Split-Wärmepumpen nicht. Da Letztere genau wie Klimasplitgeräte auf Standardbauteile der Kälte- und Klimatechnik setzen, bieten einige Hersteller die Luftwärmepumpen zu günstigeren Preisen an.  

Einsatzbereiche, Vor- und Nachteile der Wärmepumpe

Die Luftwärmepumpenheizung lässt sich grundsätzlich in jedem Haus installieren. Für einen effizienten Betrieb sollte die Heizung allerdings mit niedrigen Vorlauftemperaturen auskommen.

Kann ich eine Luftwärmepumpe im Altbau installieren?

Ja. Eine Luftwärmepumpe im Altbau ist möglich. Damit sie sich nicht als Kostenfalle entpuppt, können Hausbesitzer bereits vorher einfach prüfen, ob sich die Technik effizient nutzen lässt. Dazu drehen sie die Vorlauftemperatur ihrer aktuellen Heizung einfach auf etwa 45 Grad Celsius herunter. Kommen alle Räume auch im tiefsten Winter auf wohlige Temperaturen, kommt eine Luftwärmepumpe im Altbau infrage. Um auf Nummer sicherzugehen, empfehlen wir dabei auch die Beratung durch einen unabhängigen Energieberater.

Zur Info: Experten aus ihrer Region finden Sie in unserem Sanierungs-Netzwerk. Eine staatlich geförderte und sehr günstige Vor-Ort-Beratung (Kosten maximal 30 Euro) bietet darüber hinaus auch die Verbraucherzentrale-Energieberatung an.

Ist das Haus für den alleinigen (monovalenten) Betrieb eine Luftwärmepumpenheizung nicht geeignet, stellt die Hybridheizung eine interessante Alternative dar. Dabei kombinieren Fachbetriebe die Luft-Wasser-Wärmepumpe über einen Pufferspeicher mit der alten Gasheizung oder Ölheizung. Eine intelligente Regelung wählt dann automatisch die günstigste Heizungsart und sorgt so für besonders niedrige Heizkosten. Ist die alte Gasheizung oder Ölheizung nicht mehr zu retten, bieten Hersteller hybride Heizsysteme auch als Kompaktgeräte an. Diese enthalten alle nötigen Komponenten und sind besonders platzsparend.

Welche Vorteile und Nachteile hat eine Luftwärmepumpe?

Die Luftwärmepumpe nutzt kostenfreie Umweltwärme zum Heizen. Ist das Haus geeignet, arbeitet sie dabei sparsam und zuverlässig. Hinzu kommt die Tatsache, dass die Luftwärmepumpenheizung günstiger als andere Wärmepumpenarten (Grundwasser- oder Erdwärmepumpe) ist. Ein Nachteil ist hingegen die Abhängigkeit von den Außentemperaturen. So sinkt die Effizienz, je kälter es draußen wird. Passt das Haus nicht zur Technik, kann die Luftwärmepumpe außerdem hohe Heizkosten verursachen. Die folgende Tabelle zeigt die Vorteile und Nachteile im Vergleich.

Vorteile der Luftwärmepumpe Nachteile der Luftwärmepumpe
Heizen mit kostenfreier Umweltwärme Effizienz sinkt bei fallenden Außentemperaturen
niedrige Heizkosten, wenn das Haus zur Technik passt passt die Heizung nicht zum Haus, können hohe Heizkosten die Folge sein
erprobt, wartungsarm und zuverlässig im Betrieb Ventilator und Kompressor können störende Geräusche verursachen
viele Einsatzbereiche sind möglich (im Neu- wie im Altbau)  
Wärmepumpe kann das Haus über die Flächenheizung auch kühlen  
einfache Installation und vergleichsweise günstige Technik  
Fördermittel senken die Anschaffungskosten und kommen der Wirtschaftlichkeit zugute  

Luftwärmepumpe kaufen: Darauf kommt es an

Möchten Bauherren oder Hausbesitzer eine Luftwärmepumpe kaufen, sind einige Dinge zu beachten. So sollte das geplante oder installierte Heizsystem grundsätzlich mit niedrigen Vorlauftemperaturen auskommen. Denn nur so läuft die Anlage tatsächlich hocheffizient, günstig und umweltfreundlich. Wichtig ist außerdem eine Heizlastberechnung, um die benötigte Leistung der Luftwärmepumpenheizung genau bestimmen zu können.  

Unser Tipp: Noch bevor Bauherren oder Hausbesitzer eine Luftwärmepumpe kaufen, sollten sie sich von einem unabhängigen Energieexperten beraten lassen. Dieser prüft, ob die Technik tatsächlich zum Haus passt und ermittelt, wie effizient die Heizung später läuft. Das schafft Sicherheit in Bezug auf Stromverbrauch, Heizkosten und mögliche Einsparungen.

Wie viel kann eine Luftwärmepumpe kosten?

Die Kosten einer Luft-Wasser-Wärmepumpe setzen sich aus den Preisen der Geräte und den Lohnkosten der Fachfirmen zusammen. Geht es um den Einsatz in Einfamilienhäusern, liegen die Preise moderner Luftwärmepumpen bei 6.000 bis 10.000 Euro. Inklusive Einbau können Verbraucher also mit Ausgaben von 8.000 bis 13.000 Euro rechnen. Hinzu kommen Kosten von etwa 50 Euro für die jährliche Wartung der gesamten Luftwärmepumpenheizung. Da die Technik ohne Verbrennung und Schornstein auskommt, fallen für den Schornsteinfeger keine weiteren Ausgaben an.

Gibt es Fördermittel für eine Luftwärmepumpenheizung?

Ja. Fördermittel gibt es in Form hoher Zuschüsse vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Erreicht die Wärmepumpe im Bestand eine Jahresarbeitszahl von 3,5, bekommen Hausbesitzer finanzielle Unterstützung in Höhe von mindestens 1.300 Euro. Bei einer Jahresarbeitszahl von 4,5 sind sogar Zuschüsse von mindestens 1.950 Euro möglich. Im letztgenannten Fall gibt es die Luftwärmepumpen-Förderung sogar im Neubau. Bauherren können die Anschaffungskosten der Technik dabei um mindestens 1.300 Euro senken.

Für Hausbesitzer gibt es darüber hinaus zusätzlich:

  • 500 Euro für den Einbau lastmanagementfähiger Wärmepumpen mit Pufferspeicher (mind. 30 l/kW)
  • 500 Euro für die Installation einer Solarthermie- oder Biomasseanlage
  • 50 Prozent der möglichen Förderung extra, wenn eine Sanierung zum KfW-Effizienzhaus 55 erfolgt
  • 10 Prozent der anfallenden Kosten für eine nachträgliche Optimierung der bestehenden Heizungsanlage.

Wichtig: Wer von der Förderung für die Luftwärmepumpe profitieren möchte, muss die entsprechenden Anträge unbedingt vor dem Vertragsabschluss mit einer Fachfirma beim BAFA beantragen. Rückwirkend ist das leider nicht mehr möglich. Wichtig ist außerdem, dass die geplanten Luft-Wasser-Wärmepumpen in der Liste förderfähiger Geräte des BAFAs aufgeführt sind.

Wie hoch ist bei einer Luftwärmepumpe der Stromverbrauch?

Der Stromverbrauch einer Luft-Wasser-Wärmepumpe hängt neben der Geräteeffizienz vor allem auch vom Haus ab. Entscheidend ist dabei die Höhe der Vorlauftemperatur. Lässt sich diese niedrig einstellen, erreicht die Anlage eine höhere Jahresarbeitszahl und verbraucht dementsprechend weniger Strom. Da sich pauschale Werte an dieser Stelle nicht angeben lassen, empfehlen wir die individuelle Beratung durch einen Energieberater.

Ein Beispiel: Benötigt ein Haus 12.000 kWh Wärme im Jahr, liegt der Stromverbrauch einer Luftwärmepumpe (JAZ 3,5) bei rund 3.500 kWh. Beziehen Hausbesitzer Wärmepumpenstrom mit einem Preis von 20 ct/kWh ergeben sich dabei jährliche Stromkosten von 700 Euro. Sinkt die Jahresarbeitszahl durch ungünstige Bedingungen auf einen Wert von 2,5, steigt der Stromverbrauch der Luft-Wasser-Wärmepumpe auf rund 4.800 kWh im Jahr. Die Stromkosten steigen damit auf rund 960 Euro.

Wie kann ich die Effizienz der Luftwärmepumpe steigern?

Fachbetriebe kennen eine Reihe von Maßnahmen, mit denen sich die Effizienz einer Luftwärmepumpenheizung steigern lässt.

Tipp 1: Vorlauftemperatur der Heizung senken 

Die erste Stellschraube ist dabei die bereits mehrfach erwähnte Vorlauftemperatur der Heizung. Wer diese herunterdreht, entlastet den Verdichter und senkt den Stromverbrauch. Unter Umständen müssen Experten dazu auch einige Heizflächen austauschen oder eine Flächenheizung einbauen.

Tipp 2: Warmwasserbereitung über die Luftwärmepumpe reduzieren

Eine weitere Möglichkeit ist es, den Anteil der Warmwasserbereitung zu reduzieren. Denn dieser erfordert häufig hohe Systemtemperaturen, die die Effizienz der Luftwärmepumpe mindern. Abhilfe schafft hier zum Beispiel eine Solarthermieanlage. Auch die Kombination mit einer bestehenden Gasheizung oder Ölheizung ist dabei denkbar.

Tipp 3: Temperatur der Wärmequelle anheben 

Der Stromverbrauch des Verdichters lässt sich aber auch senken, indem Verbraucher die Temperatur der Wärmequelle anheben. Einfach erklärt heißt das: Strömt die Luft mit höheren Temperaturen in die Luft-Wasser-Wärmepumpe, muss der Verdichter weniger leisten und die Effizienz steigt. Möglich ist das durch das Beimischen von Abluft aus dem Haus. Außerdem lässt sich die Außenluft der Wärmepumpe auch über einen sogenannten Erdwärmetauscher (EWT) ansaugen. Dabei strömen die kalten Luftmassen durch ein unterirdisch verlegtes Rohr. Sie nehmen thermische Energie aus dem Boden auf und strömen mit höherer Temperatur zur Wärmepumpenheizung.

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