Luft-Luft-Wärmepumpe: Funktion, Kosten und Einsatz

Funktionsweise und Unterschied zu anderen Wärmepumpenarten

Eine Wärmepumpenheizung macht Umweltwärme zum Heizen nutzbar. Möglich ist das mit einem technischen Prozess, der in aller Regel mit Strom funktioniert. Er nimmt thermische Energie aus der Umgebung auf, hebt das Temperaturniveau an und gibt Wärme an ein nachfolgendes System ab.  

Als Wärmequelle kommt bei einer Luft-Luft-Wärmepumpe die Außenluft oder die Abluft einer Lüftungsanlage infrage. Thermische Energie überträgt sie dann direkt auf die Raumluft oder die Zuluft der Lüftungstechnik. Auf diese Weise bringt die Anlage auch ohne Rohre oder Heizflächen ausreichend Wärme in einzelne Räume oder ganz Häuser ein.

Im Detail erklärt: Wie funktioniert eine Luft-Luft-Wärmepumpe?

Im Inneren des Wärmeerzeugers läuft der gleiche Prozess wie bei jeder anderen Wärmepumpenart ab. Er basiert auf einem speziellen Kältemittel, das bei der Aufnahme thermischer Energie vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand übergeht. In dieser Form strömt es zu einem Verdichter, der mit dem Druck auch die Temperatur erhöht. Im nächsten Schritt passiert das heiße Kältemittel einen Wärmeübertrager, an dem es Wärme an die Raumluft oder die Zuluft einer Lüftungsanlage abgibt. Während sich diese erwärmt, sinkt die Temperatur des Kältemittels wieder ab. Ein Entspannungsventil reduziert den Druck, das Medium geht in den flüssigen Zustand über und nimmt erneut Wärme aus der Umgebung auf.

Unterschied zwischen Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpe

Im Grunde basieren Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpe auf dem gleichen Funktionsprinzip. Der Unterschied liegt in der Nutzung der thermischen Energie. Während Luft-Wasser-Systeme thermische Energie auf das Heizungswasser übertragen, erwärmen Luft-Luft-Systeme die Raumluft direkt. Möglich ist das zum Beispiel in Kombination mit einer Lüftungsanlage. Ist die Luft-Luft-Wärmepumpe mit dieser verbunden, nimmt sie Wärme aus der verbrauchten Abluft auf. Sie hebt deren Temperaturniveau an und erhitzt Zuluft, die dann zu den verschiedenen Räumen strömt.

Verschiedene Bauarten der Luft-Luft-Wärmepumpe im Vergleich  

Geht es um den Einsatz der Luft-Luft-Wärmepumpe, sind im Wesentlichen zwei Bauarten zu unterscheiden. So gibt es Kompaktgeräte in Form von Split-Klimaanlagen und Luft-Luft-Wärmepumpen für Luftheizungen.

• Split-Klimageräte bestehen aus einer Innen- und einer Außeneinheit. Letztere saugt Umgebungsluft an, um dieser Energie zu entziehen. Sie enthält den Verdichter und leitet heißes Kältemittel zur Inneneinheit weiter. In dieser gibt das Medium Wärme an die Raumluft ab, die es im Umluftprinzip erhitzt. Damit das funktioniert, befindet sich neben einem Wärmeübertrager auch ein Ventilator zum Umwälzen der Raumluft in der Inneneinheit. Zu unterscheiden sind Single-Splitanlagen (eine Inneneinheit und eine Außeneinheit) sowie Multi-Splitanlagen (mehrere Inneneinheiten und eine Außeneinheit).  
• Luftheizungen saugen verbrauchte Luft aus dem Haus ab, um diese über einen Wärmerückgewinner nach außen abzuführen. Gleichzeitig holt die Anlage frische Luft von außen herein. Sie leitet die Luftmassen über einen Wärmeübertrager (zum Beispiel Plattenwärmetauscher) und heizt sie mit der Energie der verbrauchten Abluft vor. Die Luft-Luft-Wärmepumpe greift die übrige Restwärme der Abluft auf und bringt die Zuluft auf höhere Temperaturen.

Grundsätzlich können beide Arten der Luft-Luft-Wärmepumpe heizen und kühlen. Beim Heizen im Winter sind Anlagen in Luftheizungen jedoch im Vorteil. Denn diesen steht mit der Abluft ein wärmeres Medium zur Verfügung. Sie müssen das Temperaturniveau weniger stark anheben und verbrauchen dadurch weniger Strom. Aufwand und Kosten bei der Anschaffung sind dafür um einiges höher als bei Split-Klimageräten, die sich ohne zusätzliche Komponenten einfach und schnell installieren lassen.  

Voraussetzungen und Einsatzbereiche der modernen Heiztechnik

Grundsätzlich verrichten Split-Klimaanlagen und Wärmepumpen für die Luftheizung in Neu- und Altbauten zuverlässig ihren Dienst. Sinnvoll ist der Einsatz allerdings nicht in jedem Fall. Ein Grund dafür istie vergleichsweise geringe Wärmespeicherfähigkeit der Luft. Ist der Wärmebedarf im Haus hoch, setzt das hohe Volumenströme voraus. Diese lassen sich wiederum nur mit leistungsstarken Geräten und groß dimensionierten Kanälen verteilen. Das heißt, ist der Wärmebedarf zu hoch, steigen die Anschaffungs- und Betriebskosten. Damit sich eine Luftheizung lohnt, sollte der zum Heizen nötige Volumenstrom dem hygienisch bedingten Volumenstrom entsprechen. Das setzt Wärmebedarfswerte voraus, die in der Regel nur Passiv- und Niedrigstenergiehäuser erreichen.

Ein zweiter Punkt ist der Unterschied zwischen Heiz- und Quelltemperatur. Ist dieser sehr hoch, benötigt der Verdichter der Anlage viel Strom und die Heizkosten steigen. Kann eine Luft-Luft-Wärmepumpe hingegen auf Wärmequellen wie die Abluft aus dem Haus zurückgreifen, sinkt der Temperaturunterschied. Der Verdichter muss weniger leisten und der Heizenergieverbrauch sinkt. Das ist ein Grund, aus dem sich das Heizen mit einer Luft-Luft-Wärmepumpe in Form einer Split-Klimaanlage vor allem in der Übergangszeit lohnt. Hier sind die Außentemperaturen mild und die Technik verbraucht wenig Strom. 

SCOP informiert über Effizienz einer Split-Klimaanlage beim Heizen

Wie effizient Luft-Luft-Wärmepumpen den gesamten Winter über heizen, verrät der SCOP-Wert (Seasonal Coefficient of Performance). Dieser beschreibt das Verhältnis von abgegebener thermischer zu aufgenommener elektrischer Leistung im Laufe einer Heizsaison. Liegt der Wert beispielsweise bei drei, benötigt die Anlage durchschnittlich eine Kilowattstunde Strom, um drei Kilowattstunden Wärme einzubringen. Für einen Wärmebedarf von 15.000 Kilowattstunden wären dabei etwa 5.000 kWh Strom nötig.  

Die Berechnung des SCOP basiert auf den Effizienzwerten an verschiedenen Messpunkten, die je nach Region festgelegt sind. Um die Angaben in Herstellerunterlagen richtig einschätzen zu können, ist es daher notwendig, Daten aus der richtigen Region zu wählen. Für Deutschland ist das Mitteleuropa mit der Referenzstadt Straßburg.

Erdwärmetauscher sorgen einfach für eine höhere Effizienz

Um die Effizienz der Luft-Luft-Wärmepumpe zu steigern, lassen sich in Lüftungssysteme integrierte Anlagen mit einem Erdwärmetauscher ausstatten. Dabei handelt es sich um ein großes, unterirdisch verlegtes Kunststoffrohr. Strömt die Außenluft durch dieses hindurch, nimmt sie Erdwärme auf und kommt mit merklich höheren Temperaturen im Haus an. Im Sommer lässt sich die Luft auf diese Weise ohne Verbrauchskosten etwas herunterkühlen, um auch den Kühlprozess zu unterstützen.

Vorteile und Nachteile einer Luft-Luft-Wärmepumpe im Überblick  

Sind die Gegebenheiten günstig, sorgen die Anlagen energie- und kostensparend für wohlige Wärme. Sie lassen sich vergleichsweise einfach installieren und kommen ohne separate Heizflächen aus. Nachteilig ist hingegen, dass Luft-Luft-Wärmepumpen wartungsintensiv sind. So ist die regelmäßige Reinigung von Filtern und Kanälen einer Lüftungsanlage wichtig, um die Keim- und Schimmelbildung zu vermeiden. Bei Split-Klimageräten kommt hinzu, dass diese im Winter nicht immer allein heizen können und außen sowie innen mit einer entsprechenden Geräuschentwicklung verbunden sind.  

Die wichtigsten Vorteile der Wärmepumpenart:  

• Luft-Luft-Wärmepumpe kommt ohne Flächenheizung und ähnliches aus
• kostengünstiger als die Installation einer wasserführenden Heizung  
• einfache und schnelle Installation von Split-Klimaanlagen
• Luftreinigung durch Filter bei Luftheizsystemen und Split-Klimageräten  
• energiesparender Heizbetrieb, wenn die Voraussetzungen erfüllt sind

Die wichtigsten Nachteile der Luft-Luft-Wärmepumpe:

• hohe Betriebskosten bei ineffizienten Geräten und ungünstigen Bedingungen
• Anlagen mit Lüftungssystemen sind wartungsintensiver als Wasserheizungen
• Heizen mit Wärmepumpe und Lüftung lohnt sich nur bei gutem Wärmeschutz
• keine Warmwasserbereitung mit Luft-Luft-Wärmepumpen (extra System nötig)

Unser Tipp: Lassen Sie die Situation vor Ort von einem Energieberater oder Fachhandwerker prüfen. Der Experte stellt fest, ob die Technik infrage kommt oder ob sich die Installation alternativer Wärmepumpenanlagen mehr lohnt. Beispiele dafür sind Luft-Wasser-Wärmepumpen, Sole-Wasser-Wärmepumpen oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen.

Kosten und aktuelle Förderangebote 

Wie hoch bei einer Luft-Luft-Wärmepumpe die Kosten ausfallen, lässt sich nicht pauschal sagen. Denn diese hängen immer auch von der örtlichen Situation ab. Kommt eine kompakte Split-Wärmepumpe zum Einsatz, zahlen Sie je nach Ausführung etwa 1.000 bis 3.000 Euro pro Gerät und Raum. Für komplette Lüftungssysteme sind die Ausgaben höher. Denn hier zahlen Sie neben dem Preis der Luft-Luft-Wärmepumpe selbst auch für Kanäle und deren Einbau in Ihrem Haus. Insgesamt liegen die Anschaffungskosten für ein Einfamilienhaus damit bei etwa 20.000 bis 25.000 Euro. 

Förderung der Luft-Luft-Wärmepumpe senkt die Kosten bei der Anschaffung

Um fossile Energieträger zu ersetzen und CO2 einzusparen, vergibt der Staat eine attraktive Förderung für die Luft-Luft-Wärmepumpe. Erhältlich ist diese über die Bundesförderung für effiziente Gebäude für Einzelmaßnahmen (BEG EM) in Form von Zuschüssen. Wie hoch diese ausfallen und welche Alternativen zur Förderung infrage kommen, erklären wir detailliert im Beitrag zur Förderung der Wärmepumpe.