Wärmepumpe: Effizientes Heizen mit Umweltenergie

Geht es um die Beheizung der eigenen vier Wände, fällt es vielen Hausbesitzern schwer, die passende Heiztechnik zu finden. Eine Alternative zu unsicheren Brennstoffkosten ist dabei die Wärmepumpe. Sie nutzt thermische Energie, die in Luft, Erde oder Wasser gespeichert ist und sorgt für mollige Wärme im eigenen Zuhause. Wie eine Wärmepumpe funktioniert, welche Arten es gibt und wie viel eine Wärmepumpenheizung kostet, erfahren Sie im folgenden Text.

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist eine Heizung, welche die in der Umwelt gespeicherte thermische Energie nutzt, um Gebäude zu erwärmen. Anders als bei Holz-, Öl- oder Gasheizungen funktioniert das jedoch nicht durch eine Verbrennung, sondern über einen komplizierten technischen Prozess. Wie in einem Kühlschrank kommt es darauf an, thermische Energie mit geringen Temperaturen auf ein höheres Niveau anzuheben. Während das im Kühlschrank dazu führt, dass das Innere angenehm kühl bleibt, ermöglicht der Prozess in der Wärmepumpe, dass die Umweltwärme im Heizungssystem verwendet werden kann. 

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Was alle Wärmepumpen-Arten eint, ist die grundsätzliche Funktionsweise. Dabei kommen folgende Bauteile zum Einsatz: zwei Wärmeübertrager, ein Verdichter, ein Entspannerventil. Darüber hinaus ist die Wärmenutzungsanlage, also ein geschlossenes Rohrnetz, wichtig, um die Wärme auch in die gewünschten Bereiche im Gebäude zu leiten. Wie die folgende Grafik zeigt, erfolgt der Prozess in einem Kreislauf. 

Schema der Funktionsweise einer Wärmepumpe
© heizung.de 

Der erste Wärmeübertrager (der Verdampfer) überträgt dabei die thermische Energie aus Luft, Erde oder Wasser auf ein Kältemittel, das durch besondere physikalische Eigenschaften bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft. Das ist eine Voraussetzung für den zweiten Schritt des Wärmepumpen-Prozesses. Denn in diesem erhöht ein Verdichter den Druck des dampfförmigen Kältemittels so weit, bis seine Temperatur über der des Heizungssystems liegt. Nur so kann die Wärme über einen weiteren Wärmeübertrager (den Verflüssiger) auch an das Heizungssystem abgegeben werden. Während das Kältemittel dabei abkühlt, sinkt sein Druck und das Medium wird langsam wieder flüssig. Vollständig regeneriert fließt das Kältemittel durch das Entspannungsventil, das den Druck auf den Ausgangszustand zurückbringt, zurück zum Verdampfer und der Wärmepumpen-Prozess beginnt von vorn. Detaillierte Informationen finden Sie unter "Funktionsweise einer Wärmepumpe".

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Wann arbeitet eine Wärmepumpe am effizientesten?

Was Sie wissen sollten, ist, dass die Effizienz der Wärmepumpe steigt, je niedriger der Temperaturhub über den meist elektrisch angetriebenen Verdichter (in der Regel ein Scrollverdichter) ist. Eine Wärmepumpe arbeitet also immer dann besonders wirtschaftlich, wenn sich die thermische Energie der Umwelt mit einer hohen Temperatur gewinnen lässt und die Temperatur im Heizungssystem niedrig ist. Möglich wird das zum Beispiel durch die Kombination einer Sole-Wärmepumpe mit einer Flächenheizung oder groß dimensionierten Heizkörpern.

Gewusst? Auch mit einer Außentemperatur von 15 Grad Celsius lässt sich Heizwärme erzeugen. Erfahren Sie mehr in unserem FAQ.

Welche Energiequellen nutzt die Wärmepumpenheizung?

Je nachdem, in welcher Region sich Ihr Gebäude befindet, kann die Umweltenergie der Wärmepumpe aus verschiedenen Quellen gewonnen werden. Zur Auswahl steht dabei die Nutzung der thermischen Energie aus:

  • der Luft
  • dem Erdreich
  • dem Grundwasser
Darüber hinaus gibt es Sonderanlagen wie Abwasser-Wärmepumpen, die thermische Energie sogar aus dem Abwasser gewinnen können.  

Thermische Energie aus der Luft als Energiequelle

Funktionsschema für Wärme aus der Luft - Luft-Wasser-Wärmepumpe
© heizung.de

Die Luft ist die Umweltenergiequelle, die Sie mit einer Wärmepumpe am einfachsten anzapfen können. Denn alles, was dafür nötig ist, ist eine Vorrichtung zum Ansaugen und Ausblasen der Außenluft. Soll die Luft-Wasser-Wärmepumpe im Inneren des Gebäudes aufgestellt werden, funktioniert das zum Beispiel über Kanäle, die das Heizgerät mit Lüftungsgittern in der Außenwand verbinden. Mit einem Gerät zur Außenaufstellung entfallen sogar diese Kanäle und die thermische Energie der Luft kann direkt aus der Umgebung gewonnen werden.

Besonderheit: Bei der Energiequelle Luft ist allerdings zu berücksichtigen, dass diese im Winter – in der Zeit, in der die Heizung am meisten gebraucht wird – oft nur mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt vorhanden ist. Dadurch müssen die Wärmeübertrager, über welche die kalte Außenluft geleitet wird, immer frostfrei gehalten werden. Das Resultat: Die Effizienz der Wärmepumpe sinkt.

Mit Erdwärme heizen und wie das funktioniert

Abbildung der Funktionsweise der Sole-Wasser-Wärmepumpe
© heizung.de

Wie in der Luft ist auch in der Erde thermische Energie gespeichert, die Sie mit Sole-Wasser-Wärmepumpen zum Heizen nutzen können. Möglich wird das über Rohrleitungen, die in das Erdreich eingebracht werden und wodurch ein Gemisch aus Wasser und Frostschutzmittel zirkuliert. Diese Sole genannte Flüssigkeit entzieht der Erde Wärme und transportiert sie zur Wärmepumpe. 

Je nach Platz und Bodenbeschaffenheit können die Leitungen zum Beispiel in Form von Erdwärmesonden oder Flachkollektoren eingebracht werden. Bei einer Sondenbohrung werden die Kunststoffrohre (Sonden) in bis zu 100 Meter tiefen Bohrlöchern installiert. Während jeder Meter dem Erdreich dabei eine thermische Energie von etwa 50 Watt entziehen kann, benötigen Sie zur Beheizung eines modernen Gebäudes circa 150 Tiefenmeter, die sich auf mehrere Bohrungen aufteilen lassen. Sind Sondenbohrungen aus technischen oder rechtlichen Gründen nicht möglich, können Sie die thermische Energie der Erde auch direkt unter der Oberfläche gewinnen – über Flächenkollektoren. So ähnlich wie bei einer Fußbodenheizung, werden die Rohre dabei in einer Tiefe von etwa 1,50 Metern verlegt. Während jeder Quadratmeter dem Boden etwa 25 Watt entzieht, benötigen Sie zum Beheizen eines modernen Einfamilienhauses eine Gesamtfläche von rund 350 Quadratmetern. Eine besondere Form der Sole-Wärmepumpe ist das Heizen mit dem Eisspeicher

Besonderheit: Im Vergleich zur Luft kann die thermische Energie aus dem Erdreich ganzjährig mit höheren Temperaturen gewonnen werden. Das erhöht die Effizienz der Wärmepumpe und senkt die anfallenden Heizkosten. Allerdings sind Tiefenbohrungen genehmigungspflichtig und nicht überall zulässig. Auskunft bekommen Sie in der Regel bei Ihrem Landratsamt.

Die Energie aus dem Grundwasser nutzen

Funktionsweise der Wasser-Wasser-Wärmepumpe anhand der Abbildung eines Hauses
© heizung.de

Wie in der Luft oder dem Erdreich ist thermische Energie auch im Grundwasser gespeichert. Nutzen können Sie diese über zwei Brunnen, die das Wasser aus der Tiefe zur Wasser-Wasser-Wärmepumpe und zurück in das Erdreich transportieren. Wichtig dabei ist, dass die Brunnen in Fließrichtung des Grundwassers mit einem Mindestabstand installiert werden. Denn nur so lässt sich gewährleisten, dass bereits abgekühltes Grundwasser nicht noch einmal zum Heizgerät gelangt. Ob eine Wärmepumpenheizung ohne Weiteres mit dem Grundwasser eingesetzt werden kann, entscheidet sich nach einer Prüfung der Wasserqualität. Denn verschiedene chemische Inhaltsstoffe können den Wärmetauscher stark belasten und die Funktion einschränken. 

Besonderheit: Im Vergleich zu Luft und Erde zählt die im Grundwasser gespeicherte thermische Energie durch ganzjährig konstante Temperaturen zu einer der effizientesten Quellen für Wärmepumpen. Die Nutzung ist jedoch genehmigungspflichtig und nicht überall erlaubt. Ob eine Wasser-Wärmepumpe in Ihrer Region zulässig ist, erfahren Sie bei Ihrem Landratsamt.

Was kostet eine Wärmepumpe?

Die größten Unterschiede treten bei der Wahl der Umweltenergiequelle auf. Denn während bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Innenaufstellung oder zur Außenaufstellung kaum zusätzliche Technik erforderlich ist, müssen bei einer Sole-Wärmepumpe auch die Sondenbohrungen oder Flachkollektoren bezahlt werden. Generell entstehen dabei Kosten von etwa 60 bis 80 Euro pro Meter Tiefenbohrung oder 10 bis 20 Euro pro Quadratmeter Flächenkollektor. Bei einer Wasser-Wärmepumpe entstehen Kosten durch die Bohrung der beiden Brunnen, über die Grundwasser zum Heizgerät und zurück in das Erdreich transportiert wird. Bei einem typischen Einfamilienhaus belaufen sich diese auf etwa 5.000 bis 6.000 Euro.

Kosten für die Wärmepumpe selbst

Die Wärmepumpe selbst besteht unabhängig der Umweltenergie-Quelle aus den gleichen Komponenten. Für den Einsatz in einem Einfamilienhaus entstehen dabei Kosten von etwa 8.000 bis 12.000 Euro, die jedoch durch eine Förderung für eine Wärmepumpe unterstützt werden können. Die Preise variieren grundsätzlich stark nach Region, Hersteller sowie Dienstleister und stellen damit nur eine grobe Kosteneinschätzung dar.

Kosten für den Betrieb der Wärmepumpe

Da die meisten Wärmepumpen elektrisch arbeiten, verursachen sie auch Stromkosten. Die Höhe der Betriebskosten richtet sich dabei nach der gewählten Umweltenergie-Quelle, dem energetischen Stand des Gebäudes und der Art, wie die Wärme an die Räume übertragen wird und kann nur für jedes Gebäude einzeln ermittelt werden.

Wenn Sie eine Wärmepumpe mieten wollen, anstatt sie zu kaufen, empfiehlt sich unser Artikel Heizung mieten – worauf Sie achten sollten.

Wärmepumpen mit anderen Systemen ergänzen und kombinieren

Wärmepumpen lassen sich mit unterschiedlichen Heizsystemen kombinieren. So können Sie zum Beispiel im Neubau zusätzlich zur Wärmepumpe eine Gasheizung mitplanen. Sie dient als Spitzenlastkessel, wenn es im Winter sehr kalt draußen wird oder an einigen Tagen überdurchschnittlich mehr Wärme im Haus benötigt wird. Ebenfalls möglich ist es, eine bestehende Gasheizung durch eine neue Wärmepumpe zu ergänzen. Damit rüsten Sie Ihr zu Hause zukunftssicher nach und können auch staatliche Fördermittel beantragen. 

Ebenso möglich sind Kombinationen mit Wärmeerzeugern auf Basis erneuerbarer Energien, wie etwa Pelletheizungen oder Solaranlagen. Bei Letzterem haben Sie die Möglichkeit, die Wärmepumpe durch eine Solarthermie oder eine Photovoltaikanlage zu ergänzen. In beiden Fällen nutzen Sie eine weitere Umweltenergie – die Sonnenstrahlung – und reduzieren weiter die CO₂-Emission im Betrieb Ihrer Anlage. 

Die thermische Solaranlage unterstützt bei der Bereitstellung der Warmwasserbereitung. Unter günstigen Voraussetzungen können Sie sogar die Wärmepumpe im Sommer komplett ausschalten. Entscheiden Sie sich eher für die Photovoltaik, erzeugen Sie den benötigten Strom für die Wärmepumpe einfach selbst auf Ihrem Dach. Damit machen Sie sich noch unabhängiger von Energieversorgern und können sicher sein, wo der Strom herkommt. In beiden Fällen senken Sie darüber hinaus Ihre Heizkosten.

Vor- und Nachteile der Wärmepumpe auf einen Blick

Eine ausführlichere Auflistung der Vor- und Nachteile einer Wärmepumpe finden Sie im Beitrag "Vorteile der Wärmepumpe". Die folgende Tabelle bietet eine Zusammenfassung über alle Vor-und Nachteile.

VorteileNachteile
geringe Heizkostenvergleichsweise hohe Anschaffungskosten
Unabhängigkeit von Preisschwankungen fossiler Energieträger
höherer Aufwand durch Genehmigungen
Finanzierung über staatliche Fördermittel möglichhohe Stromkosten bei fehlerhafter Planung
wartungsarmer Betriebmehr Geräusche bei ungünstiger Außenaufstellung
Schonung fossiler Ressourcen -
CO₂-freier Betrieb-

Weiterführende Themen zur Wärmepumpe

In der folgenden Übersicht finden Sie weitere Spezialthemen zur Wärmepumpe – vom Einsatz in Bestandsgebäuden über Propan als Kältemittel bis hin zu einer Checkliste, die Ihnen bei der Kaufentscheidung helfen soll.

Themen Kurzbeschreibungen
Wärmepumpe im AltbauFür alle Hausbesitzer die in Ihrem Gebäude eine Wärmepumpe nachrüsten möchten und sich fragen, ob sich das auch in einem Bestandsgebäude lohnt.
Propan-WärmepumpeFür alle, die sich fragen, ob es Alternativen zu den gängigen Kältemitteln, die in Wärmepumpen verwendet werden, gibt.
Welche Wärmepumpe passt zum Haus?Hier finden Sie Informationen darüber, was es zu beachten gilt, bevor Sie eine Wärmepumpe einbauen lassen und wie Sie die optimale Lösung für sich finden.
Checkliste: Wärmepumpe kaufenSie benötigen alle Informationen rundum die Wärmepumpe in einem kostenlosen Pdf zum Ausdrucken? 
CO2-Wärmepumpe
Hier finden Sie Details zu Wärmepumpen, die sich vor allem für große Wohn- und Industriegebäude eignen und wo ein hohes Temperaturniveau erforderlich ist. 
WärmezählerErfahren Sie hier, warum sich ein Wärmemengenzähler lohnt, vor allem dann, wenn Sie Fördermittel beantragen möchten. 
JahresarbeitszahlFür alle, die sich einen Eindruck über die Effizienz und Leistung verschiedener Wärmepumpen verschaffen möchten.

In unserem Beitrag "Alternativ heizen" erhalten Sie zudem einen Überblick über weitere Möglichkeiten, wie Sie die Abhängigkeit von fossilen Energieträgern reduzieren können.   

Heizung.de Autor Alexander Rosenkranz
Fazit von Alexander Rosenkranz
Wärmepumpen sind effiziente Heizgeräte, die moderne Gebäude nachhaltig mit Energie versorgen, das Klima entlasten und die Energiewende unterstützen können. Um hohe Heizkosten zu vermeiden, liegt der Schwerpunkt allerdings auf einer umfassenden und ausgereiften Planung. Fakt ist, nicht jedes Haus ist für eine Wärmepumpe geeignet.
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