Luft/Wasser-Wärmepumpen gehören zu den effizientesten und umweltfreundlichsten Heizsystemen, die erneuerbare Energiequellen nutzen. Sie nutzen die Umgebungsluft als Wärmequelle und wandeln diese in Heizenergie um, die dann zur Beheizung des Hauses und zur Warmwasserbereitung genutzt wird. Aber wie funktioniert eine Luft-Wärmepumpe genau? In diesem Artikel erklären wir Ihnen Schritt für Schritt die Funktionsweise einer Luft-Wärmepumpe und zeigen die wichtigsten Vorteile und Anwendungsbereiche auf.
Was ist eine Luft-Wärmepumpe?
Eine Luft-Wärmepumpe ist ein Heizsystem, das die in der Außenluft enthaltene Wärme nutzt, um Gebäude zu heizen oder zu kühlen. Es gibt zwei Luft-Wärmepumpenarten: die Luft/Wasser-Wärmepumpe und die Luft/Luft-Wärmepumpe.
- Luft/Wasser-Wärmepumpe: Diese Luft/Wasser-Wärmepumpe überträgt die gewonnene Wärmeenergie an ein Wassersystem, das dann Heizkörper, Fußbodenheizungen oder die Warmwasserbereitung im Haus versorgt.
- Luft/Luft-Wärmepumpe: Bei der Luft/Luft-Wärmepumpe wird die Wärme direkt an die Raumluft abgegeben, ohne den Umweg über ein Wassersystem.
Wie funktioniert eine Luft-Wärmepumpe mit Außenluftwärme?
Die Luft/Wasser-Wärmepumpe nutzt die Umweltenergie in Form von Luft, um sie in Heizwärme umzuwandeln. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab:
- Ansaugen der Außenluft: Über die Außeneinheit wird die Umgebungsluft angesaugt, selbst bei niedrigen Temperaturen.
- Wärmeaufnahme durch das Kältemittel: Die in der Luft enthaltene Wärme wird in einem großen Wärmetauscher an ein Kältemittel abgegeben, das schon bei niedrigen Temperaturen verdampft. Das Kältemittel zirkuliert in einem geschlossenen System und nimmt die Wärme auf, indem es verdampft.
- Kompression des Kältemittels: Ein Verdichter (Kompressor) erhöht den Druck des verdampften Kältemittels, wodurch sich dessen Temperatur stark erhöht.
- Wärmeübertragung an das Heizungssystem: Die Wärmeenergie auf hohem Temperaturniveau wird über einen Wärmetauscher an das Heizungs- oder Warmwassersystem des Hauses abgegeben.
- Kältemittelkreislauf: Nach der Wärmeabgabe verflüssigt sich das Kältemittel im Wärmetauscher und wird über ein Expansionsventil wieder in den ersten Wärmetauscher geführt. Hier beginnt der Kreislauf von Neuem.
Dieser Prozess ist so effizient, dass selbst bei Außentemperaturen weit unter dem Gefrierpunkt noch ausreichend Wärme gewonnen werden kann, um das Haus zu beheizen. Die Wärmepumpe kann zudem umgekehrt auch als Kühlgerät genutzt werden, indem der Prozess umgekehrt wird.
Aufbau einer Luft/Wasser-Wärmepumpe
Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe von NIBE besteht grundsätzlich aus zwei Hauptkomponenten: der Außeneinheit und der Inneneinheit. Beide Teile arbeiten zusammen, um die Energie der Außenluft als Heizenergie für das Gebäude zu nutzen.
- Außeneinheit: Diese Komponente wird in der Nähe des Hauses im Außenbereich aufgestellt. Sie enthält den Ventilator, der die Außenluft ansaugt, sowie den Verdampfer, den Verflüssiger und den Verdichter, die dafür verantwortlich sind, die Wärme aus der Luft aufzunehmen und die Temperatur zu erhöhen. Dies ist der eigentliche Wärmepumpenprozess.
- Inneneinheit: Diese Einheit befindet sich innerhalb des Hauses und enthält eine Umwälzpumpe, die die gewonnene Wärme an das Heizungssystem weiterleitet. Sie enthält oft auch den Warmwasserspeicher und die Steuerungselektronik, um die Heiz- und Kühlprozesse zu regeln.
Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen wird die Außeneinheit meist an der Hausfassade oder in deren Nähe installiert. Die Innenaufstellung ist durch die kompakte Inneneinheit einfach zu realisieren. Sie kann problemlos in Keller oder Hauswirtschaftsräume integriert werden.
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Luft-Wärmepumpe zum Kühlen einsetzen
Neben der Heizung kann eine Luft/Wasser-Wärmepumpe auch zur Kühlung von Gebäuden verwendet werden. Der Kühlprozess funktioniert ähnlich wie beim Heizvorgang, nur dass der Kreislauf umgekehrt abläuft. Statt Wärme aus der Außenluft aufzunehmen und ins Haus zu leiten, wird die Wärme aus dem Gebäudeinneren entzogen und nach draußen abgegeben.
Diese Funktion ist besonders in den Sommermonaten nützlich und verwandelt die Luft/Wasser-Wärmepumpe in ein flexibles System, das ganzjährig für ein angenehmes Raumklima sorgt.
Wie funktioniert eine Luft-Wärmepumpe im Winter?
Eine häufige Frage bei Luft/Wasser-Wärmepumpen ist, wie sie im Winter funktionieren, wenn die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen. Tatsächlich sind moderne Wärmepumpenheizungen, wie die von NIBE, speziell darauf ausgelegt, auch bei extremen Minusgraden effizient zu arbeiten. Selbst bei Außentemperaturen von bis zu -20 °C kann die Wärmepumpe genügend Wärme aus der Luft gewinnen, um das Gebäude zu heizen.
Der Verdichter in der Wärmepumpe sorgt dafür, dass die Temperatur des Kältemittels selbst bei niedrigen Außentemperaturen stark erhöht wird. Durch diese Technik bleiben die Räume angenehm warm und auch Warmwasser kann zuverlässig bereitgestellt werden. Bei extrem kalten Temperaturen kann zusätzlich ein Heizstab aktiviert werden, um die benötigte Wärmeleistung zu gewährleisten. Besonders in Ländern mit strengen Wintern, wie Schweden, haben sich die Systeme von NIBE bewährt.
Montagemöglichkeiten: Split oder Monoblock
Bei der Installation von Luft/Wasser-Wärmepumpen gibt es zwei gängige Bauweisen: Split-Systeme und Monoblock-Systeme.
- Split-Wärmepumpen: Bei dieser Variante sind die Außeneinheit, die die Luft ansaugt und die Wärme aufnimmt und die Inneneinheit, die die Wärme an das Heizsystem weitergibt, getrennt. Die Verbindung zwischen beiden Einheiten erfolgt über Kältemittelleitungen. Der Vorteil eines Split-Systems liegt in den geringeren Investitionskosten.
- Monoblock-Wärmepumpen: Hier sind alle wichtigen Komponenten, wie Verdichter und Wärmetauscher, in einer einzigen Außeneinheit untergebracht. Diese wird außerhalb des Hauses installiert und die Wärme wird über isolierte Wasserleitungen in das Heizsystem des Hauses geleitet. Monoblock-Systeme sind oft einfacher zu installieren, da keine speziellen Kältemittelleitungen erforderlich sind und nur wenig Platz im Innenraum benötigt wird.
Beide Wärmepumpenheizungen haben ihre Vorteile. Welche Wärmepumpenart die richtige ist, hängt von den baulichen Gegebenheiten und den individuellen Anforderungen ab.
Leistung und Jahresarbeitszahl von Luft-Wärmepumpen
Die Leistung einer Luft/Wasser-Wärmepumpe wird durch die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ) und den Coefficient of Performance (COP) bestimmt. Beide Werte sind wichtige Kennzahlen, die Aufschluss über die Effizienz der Wärmepumpe geben.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) beschreibt die Effizienz der Wärmepumpe über das gesamte Jahr hinweg. Sie errechnet sich aus dem Verhältnis von erzeugter Wärmeenergie zur eingesetzten elektrischen Energie. Eine JAZ von 4 bedeutet beispielsweise, dass die Wärmepumpe im Jahresdurchschnitt das Vierfache der eingesetzten Energie als Wärme bereitstellt. Typischerweise erreichen Luft/Wasser-Wärmepumpen eine JAZ zwischen 3 und 4, je nach Betriebsbedingungen.
Der Coefficient of Performance (COP) ist ein rechnerisch ermittelter Prüfwert, der die momentane Effizienz in einem Betriebspunkt der Wärmepumpe unter Standardbedingungen angibt. Ein COP-Wert von 4 zeigt an, dass aus 1 kWh elektrischer Energie 4 kWh Wärmeenergie erzeugt werden. Der COP liegt bei modernen Luft/Wasser-Wärmepumpen im Bereich von 3 bis 5 und kann beim Kauf einer Wärmepumpe als Vergleichskriterium genutzt werden.
Diese Werte verdeutlichen die hohe Effizienz von Luft/Wasser-Wärmepumpen, insbesondere im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen, wodurch sich langfristig erhebliche Energieeinsparungen erzielen lassen.
Vorteile und Nachteile einer Luft-Wärmepumpe
Luft/Wasser-Wärmepumpen bieten eine Vielzahl von Vorteilen, die sie zu einer beliebten Wahl für umweltbewusste Hausbesitzer machen. Dennoch gibt es auch einige Aspekte, die beachtet werden sollten, bevor man sich für dieses Heizsystem entscheidet.
Vorteile:
- Energieeffizienz: Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen erneuerbare Energie aus der Umgebungsluft, was den Stromverbrauch erheblich senken kann. In Kombination mit einem geringen CO₂-Ausstoß tragen sie zur Reduzierung des ökologischen Fußabdrucks bei.
- Geringe Betriebskosten: Nach der Installation sind die laufenden Kosten für eine Luft/Wasser-Wärmepumpe im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen deutlich niedriger, da hauptsächlich nur der Strom für den Betrieb des Systems bezahlt werden muss.
- Flexibilität: Sowohl für Neubauten als auch in Bestandsgebäuden eignet sich die Wärmepumpe für die Nachrüstung. Sie können mit anderen Technologien wie Photovoltaikanlagen oder Lüftungssystemen kombiniert werden, um die Effizienz weiter zu steigern.
- Zusätzliche Kühlfunktion: Viele Luft/Wasser-Wärmepumpen können im Sommer auch zur Kühlung eingesetzt werden, was einen doppelten Nutzen bietet.
Nachteile:
- Abhängigkeit von Außentemperaturen: Bei sehr niedrigen Temperaturen kann die Effizienz einer Luft/Wasser-Wärmepumpe sinken, da die Wärmegewinnung aus der Außenluft erschwert wird. Moderne Wärmepumpen wie die von NIBE sind jedoch speziell auf kalte Klimazonen ausgelegt und arbeiten auch bei extremen Minusgraden effizient.
- Platzbedarf für Außeneinheit: Die Außeneinheit der Wärmepumpe benötigt Platz im Freien und kann unter Umständen Geräusche erzeugen. Die Lärmbelastung ist zwar minimal, sollte aber bei der Platzierung bedacht werden.
- Warmwasserbereitung mit Luft/Luft-Wärmepumpe nicht möglich: Anders als bei Luft/Wasser-Wärmepumpen kann eine Luft/Luft-Wärmepumpe das Warmwasser nicht direkt aufbereiten, was einen zusätzlichen Heizmechanismus erfordert, wenn Warmwasser benötigt wird.
Mit welchen Techniken kann die Luft/Wasser-Wärmepumpe kombiniert werden?
Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe lässt sich hervorragend mit weiteren Technologien kombinieren, um die Effizienz zu steigern und die Nutzung erneuerbarer Energien zu maximieren. Einige der beliebtesten Kombinationen sind:
- Photovoltaikanlage: Durch die Kombination einer Luft/Wasser-Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage kann der benötigte Strom für den Betrieb der Wärmepumpe direkt aus Solarenergie gewonnen werden. Dies reduziert nicht nur die Energiekosten, sondern macht das Heizsystem insgesamt nachhaltiger. Mit der PV-Smart-Technologie von NIBE kann die Wärmepumpe zudem optimal auf den Solarstrom abgestimmt werden, um den Eigenverbrauch zu maximieren.
- Lüftungsanlagen: Eine Wärmepumpe kann mit einer Lüftungsanlage kombiniert werden, um gleichzeitig für frische Luft und eine effiziente Heizung zu sorgen. Solche Systeme sind besonders in gut gedämmten Neubauten sinnvoll, wo eine kontrollierte Wohnraumlüftung benötigt wird.
- Smart Price Adaption: Mit der Smart Price Adaption mit myUplink von NIBE lässt sich die Wärmepumpe an dynamische Strompreise anpassen. Das System optimiert den Betrieb der Wärmepumpe so, dass diese immer dann arbeitet, wenn der Strom am günstigsten ist. Dies führt zu weiteren Einsparungen und einem noch effizienteren Betrieb.
Die Kombination dieser Technologien ermöglicht es, die Vorteile der Luft/Wasser-Wärmepumpe voll auszuschöpfen und sowohl Heizkosten als auch den CO₂-Ausstoß weiter zu reduzieren.
Kosten einer Luft/Wasser-Wärmepumpe im Vergleich zu anderen Wärmepumpentypen
Die Kosten einer Wärmepumpe variieren je nach Typ und Ausführung. Luft/Wasser-Wärmepumpen bieten im Vergleich zu anderen Wärmepumpen eine kosteneffiziente Lösung, wobei es auch innerhalb der verschiedenen Modelle Preisunterschiede gibt. Im Folgenden sind die durchschnittlichen Anschaffungskosten für verschiedene Wärmepumpentypen dargestellt:
| Art der Wärmepumpe | Durchschnittliche Anschaffungskosten |
|---|---|
| SPLIT Luft/Wasser-Wärmepumpe | 16.000 |
| Luft/Wasser-Wärmepumpe NIBE S2125 | 27.500 |
| Abluft-Wärmepumpe | 25.500 |
| Sole/Wasser-Wärmepumpe (Ringgraben) | 26.500 |
| Sole/Wasser-Wärmepumpe (Erdwärmekörbe) | 26.500 |
| Sole/Wasser-Wärmepumpe (Erdsonde) | 34.500 |
| Wasser/Wasser-Wärmepumpe | 33.000 |
Diese Preise beziehen sich auf Wärmepumpen mit einer Heizlast von etwa 7 kW und der Bereitstellung von Warmwasser für einen 4-Personen-Haushalt, inklusive 19 % Mehrwertsteuer. Die Investitionskosten mögen im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen zunächst hoch erscheinen, jedoch sind die Betriebskosten aufgrund der hohen Effizienz der Wärmepumpen in der Regel deutlich niedriger.
Welche Förderungsmöglichkeiten stehen mir zur Verfügung?
Für den Einbau einer Luft/Wasser-Wärmepumpe gibt es in Deutschland verschiedene staatliche Wärmepumpen Förderungen, die den Umstieg auf energieeffiziente Heiztechniken finanziell unterstützen. Die Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG EM) richtet sich vor allem an Eigenheimbesitzer, die ihre Immobilie energetisch sanieren möchten.
Dabei können Sie sowohl einen Zuschuss als auch einen zinsgünstigen Ergänzungskredit erhalten. Besonders attraktiv ist die Förderung beim Austausch veralteter Öl- und Gasheizungen, da hier die höchsten Zuschüsse gewährt werden.
Wann lohnt sich eine Luft-Wärmepumpe?
Eine Wärmepumpe im Neubau lohnt sich in vielen Fällen, da moderne Gebäude meist gut gedämmt sind und die Wärmepumpe ihre Effizienz hier optimal entfalten kann. Die Heizkosten lassen sich im Vergleich zu herkömmlichen Systemen erheblich senken, während gleichzeitig die Umwelt geschont wird.
Auch im Altbau kann es sinnvoll sein, eine Wärmepumpe nachzurüsten, insbesondere wenn eine energetische Sanierung geplant ist. Durch Maßnahmen wie die Verbesserung der Dämmung und den Einsatz von Niedertemperatur-Heizkörpern oder Fußbodenheizungen kann die Wärmepumpe auch in älteren Gebäuden effizient arbeiten.
Zudem lohnt sich der Einbau einer Wärmepumpe besonders für Hausbesitzer, die von staatlichen Förderprogrammen profitieren können. Durch Zuschüsse und günstige Kredite wird die Investition in eine Wärmepumpe wirtschaftlich attraktiver. Langfristig führen die niedrigeren Betriebskosten und die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu erheblichen Einsparungen.
Luft/Wasser-Wärmepumpen von NIBE
NIBE bietet eine breite Auswahl an leistungsstarken und effizienten Luft/Wasser-Wärmepumpen an, die sowohl für Neubauten als auch für die Nachrüstung in Bestandsgebäuden geeignet sind. Die Wärmepumpen von NIBE zeichnen sich durch ihre hohe Effizienz und Langlebigkeit aus.
NIBE S2125
- Höchste Effizienz für Neubau und Heizungstausch
- Bis 20 kW Heizlast leistungsvariabel heizen und kühlen
- Natürliches Kältemittel R290
- Hohe Ladetemperatur von bis zu 75 °C und bis zu 65 °C bei -25 °C Außentemperatur
- Neues Design für sehr geräuscharmen Betrieb, auch bei voller Leistung
NIBE F2120
- Höchste Effizienz für Neubau und Heizungstausch
- Bis 20 kW Heizlast leistungsvariabel heizen und kühlen
- EVI-Verdichter-Technologie
- Hohe Ladetemperatur von bis zu 65 °C und bis zu 63 °C bei -25 °C Außentemperatur
- Geräuscharmer Betrieb, auch bei voller Leistung
NIBE F2050
- Für Neubau und Modernisierung
- Bis 9,5 kW Heizlast leistungsvariabel heizen und kühlen
- Ladetemperatur bis zu 58 °C bei -20 °C Außentemperatur
- Äußerst kompakte Geräteeinheiten
- Geräuscharmer Betrieb
NIBE F2040
- Für Neubau und Modernisierung
- Bis 20 kW Heizlast leistungsvariabel heizen und kühlen
- Ladetemperatur bis zu 58 °C bei -20 °C Außentemperatur
- Kompakte Geräteeinheiten
- Zeitgesteuerte Schallreduzierung
