Luft-Wasser-Wärmepumpe: Heizen mit Wärme aus der Umgebungsluft

Was ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe? 

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist eine Umweltheizung zur Wärmegewinnung aus der Luft. Möglich ist dies durch einen speziellen technischen Prozess. Dabei entzieht sie der Umgebungsluft Wärme, hebt diese auf ein höheres Niveau und gibt sie an das Heizungswassers der Zentralheizung ab. So sorgt die Wärmepumpe mit Luft und ganz ohne fossile Energieträger effizient für warme Räume. Bei Bedarf übernimmt sie aber auch die Warmwasserbereitung. Das grundlegende Prinzip von Wärmepumpen fasst das folgende Video einfach zusammen. 

Luft-Wasser- oder Luft-Luft-Wärmepumpe? 

Häufig wird die Luft-Wasser-Wärmepumpe auch als Luftwärmepumpe bezeichnet. Grundsätzlich ist das nicht falsch. Zu Verwirrungen kann es aber trotzdem kommen. Denn es gibt zwei Arten von Wärmeerzeugern, die die Umgebungsluft als Energiequelle nutzen: Luft-Wasser- und Luft-Luft-Wärmepumpen. Letztere übertragen Heizwärme direkt auf die Luft im Haus. Sie kommen ohne Heizflächen aus und sind insgesamt kompakter. Ein typisches Beispiel ist die Split-Klimaanlage, die in aller Regel auch mit einer Heizfunktion ausgestattet ist. Bei dieser nimmt die Luftwärmepumpe bei niedrigen Außentemperaturen Wärme der Außenluft auf, um die Raumluft zu erhitzen. Geht es um den Einsatz in wasserführenden Zentralheizungen, kommen Luft-Wasser-Wärmepumpen zum Einsatz. Sie sind der Standard im Heizungsbereich. Verwenden wir im Folgenden den Begriff Luftwärmepumpe, ist diese Variante gemeint. 

Die Aufstellmöglichkeiten sind variabel

Es gibt Luft-Wärmepumpen in Split-Bauweise und als Kompaktgerät. Dadurch ergeben sich verschiedene Varianten zur Auftellung:

• Kompaktgeräte bestehen aus nur einem Gerät, das alle Komponenten enthält. Es kann innen oder außen aufgestellt werden. Bei der Innenaufstellung bezieht es die Außenluft über Kanäle, die durch die Außenwand führen. Bei Außenanlagen sind diese nicht notwendig. Aufgrund der Geräuschentwicklung muss hier jedoch ein Mindestabstand von drei Metern zum Nachbargrundstück gewährleistet werden.  
• Splitgeräte bestehen aus einer Außen- und einer Inneneinheit. Während sich der Verdampfer dabei in der Außenheinheit vor dem Haus befindet, werden alle übrigen Funktionen von der Inneneinheit übernommen. Eine Luft-Wärmepumpe in Split-Bauweise ist platzsparender und kommt ohne große Mauerdurchbrüche aus.

Kosten der Luft-Wasser-Wärmepumpe

Für Einfamilienhäuser mit einer Heizleistung von acht bis zwölf Kilowatt belaufen sich die Kosten einer solchen Wärmepumpe auf rund 10.000 bis 16.000 Euro. Inbegriffen sind sämtliche Anbauteile sowie Zubehör wie Rohrleitungen. Der konkrete Preis hängt insbesondere vom Wärmepumpentyp ab. Die Außenaufstellung kann im Vergleich zur Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Innenaufstellung etwas teurer sein. Zudem muss zwischen Anlagen mit Invertertechnik, Wasserführung sowie modulierenden Anlagen unterschieden werden. Auch Kombinationen mit elektrischen Zusatzheizungen sind denkbar. Hausbesitzer sollten sich diesbezüglich von einem fachkundigen Installateur beraten lassen, um auch das für sich passende System zu finden.

Handwerker- und Materialkosten beachten

Für die Aufstellung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe muss mit Handwerkerkosten von 1.500 bis 2.500 Euro gerechnet werden. Zubehörteile wie Rohrleitungen bei der Außenaufstellung können mit bis zu 1.000 Euro zu Buche schlagen. Insgesamt hängen die konkreten Kosten der Außenluft-Heizung von unterschiedlichen Faktoren ab. So können die Kosten beispielsweise regional sehr verschieden sein. Die angegebenen Kosten für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe sind lediglich Richtwerte zur Orientierung.  

Wartungskosten sind gering

Weil die Luft-Wärmepumpe nahezu wartungsfrei ist, entstehen jedes Jahr nur etwa 50 bis 100 Euro an Kosten für einen Techniker, der die Kältemittelleitungen auf Dichtigkeit prüft.

Spezielle Tarife für Wärmepumpenstrom

Eine Wärmepumpe arbeitet zu einem Viertel mit Unterstützung von Strom. Um dabei Kosten zu sparen, können Sie für den benötigten  Wärmepumpenstrom   spezielle Tarife abschließen.  

Förderung für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe

Um die Anschaffungskosten abzumildern, können Sie auch staatliche Fördermittel nutzen. Entscheidend ist dabei unter anderem eine hohe  jahreszeitbedingte Raumheizungseffizienz (= ETAs), wobei die Grenzwerte von den Rahmenbedingungen am Einsatzort abhängen. Erfüllen Sie die technischen Vorgaben, können Sie Zuschüsse oder steuerliche Vergünstigungen für sich nutzen. Wie das funktioniert und wie Sie die Förderung der Luft-Wasser-Wärmepumpe richtig beantragen, erklären wir ausführlich im Beitrag zur Förderung der Wärmepumpe. Zuverlässige Ansprechpartner sind ebenfalls Installateure in Ihrer Region.     

Funktionsweise der Luft-Wasser-Wärmepumpe

Wie bei anderen Wärmepumpenarten auch basiert die Funktion der Luft-Wasser-Wärmepumpe auf dem Prinzip eines Kühlschranks. Während vergleichbare Systeme Energie aus dem Grundwasser oder dem Erdreich nutzbar machen, setzt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe dabei auf die Wärmegewinnung aus der Luft. Wie das funktioniert, lässt sich in vier Schritten verständlich erklären.

Schritt 1: Umweltenergie verdampft Kältemittel 

Im ersten Schritt der Luftwärmepumpen-Funktion nimmt das Heizgerät thermische Energie aus der Umgebung auf. Das funktioniert mit einem Ventilator, der Luft über einen Wärmeübertrager leitet. Durch diesen fließt ein kühleres Medium, das sich dabei erwärmt. Das Besondere an dem sogenannten Kältemittel ist, dass es bereits bei geringen Temperaturen vollständig verdampft. Zum Vergleich: Leitungswasser verdampft unter normalen Bedingungen erst bei 100 Grad Celsius.

Schritt 2: Kompressor verdichtet Kältemitteldampf

Dass das Medium seinen Aggregatzustand vollständig wechselt, ist Voraussetzung für den zweiten Schritt der Luftwärmepumpen-Funktion. Denn hier wird es von einem Verdichter komprimiert, sodass mit seinem Druck auch die Temperatur ansteigt. Die Anlage verbraucht dabei mehr Strom oder Gas, je höher die Vorlauftemperatur der Heizung ist.

Schritt 3: Wärmepumpe erhitzt das Heizungswasser

Hat der Kältemitteldampf die benötigte Temperatur erreicht, strömt er über einen weiteren Wärmeübertrager. Hier speist er die transportierte thermische Energie in das Heizsystem ein, wobei das Kältemittel selbst abkühlt. Zeitgleich sinkt auch der Druck und das Medium wird allmählich flüssig.

Schritt 4: Kreislauf der Luftwärmepumpen-Funktion

Im letzten Schritt der Luftwärmepumpen-Funktion strömt das Kältemittel über ein sogenanntes Entspannungsventil. Dabei sinken Temperatur und Druck auf den Ausgangszustand ab. Das Medium verflüssigt sich vollständig und der Prozess kann von vorn beginnen. Die folgende Grafik zeigt, wie das Heizen mit Außenluft funktioniert.

Natürliches Kältemittel als gute Alternative

Essenziell für die Funktion der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist das Kältemittel. Lange Zeit wurden dafür synthetische Verbindungen eingesetzt. Der Nachteil: Diese sind klimaschädlich. Propan-Wärmepumpen nutzen das natürliche Kältemittel R290 (Propan). Es hat eine höhere Umweltverträglichkeit und im Betrieb keine Nachteile. Propan eignet sich auch für das Heizen mit Luft-Wärmepumpe.    

Luft-Wasser-Wärmepumpe vereisen im Winter

Arbeitet die Heizung bei niedrigen Außentemperaturen, kondensiert Wasser aus der Außenluft am Verdampfer und die Wärmepumpe vereist. Dieses Phänomen ist typisch für eine Außenluft-Heizung, allerdings auch mit höheren Verbrauchskosten verbunden. Letztere entstehen beim Abtauen. Dabei nutzt die Luft-Wasser-Wärmepumpe elektrische Energie oder Heizwärme, um den Verdampfer vom Eis zu befreien. Ohne diese Funktion käme weniger Außenluft zur Heizung und die Leistung würde abfallen. Bei der optimal ausgelegten Kombination einer Zusatzheizung wie der Gastherme mit der Wärmepumpe (Hybridheizung) ist das meist nicht der Fall. Hier schaltet sich die Wärmepumpe bei einer bestimmten Temperatur ab. Die Zusatzheizung arbeitet dann allein und läuft unter Umständen günstiger.

Kühlen mit Umweltenergie

Die Hauptaufgabe der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist das Heizen. In der Regel sind Umweltheizungen jedoch reversibel. Das heißt, dass der Kältemittelkreislauf  umgekehrt werden kann. In diesem Fall wird Energie aus den Innenräumen aufgenommen und an die Umgebung abgegeben. Dieser Vorgang wird auch als Active Cooling bezeichnet. Alle Informationen dazu haben wir im Beitrag "Active Cooling mit Hilfe der Wärmepumpe" für Sie zusammengefasst.  

Einsatzgebiete der Luft-Wasser-Wärmepumpe

Wie am Abschnitt Funktion der Luft-Wasser-Wärmepumpe ersichtlich, arbeitet die Technik immer dann besonders sparsam, wenn der Unterschied zwischen Luft- und Vorlauftemperatur klein ist. Denn in diesem Fall muss der Verdichter weniger leisten und der Stromverbrauch der Luftwärmepumpe bleibt auf einem niedrigen Niveau. Die Technik eignet sich daher vor allem für Neubau sowie für energetisch sanierte Häuser. Begünstigend wirken hier ein guter Dämmstandard sowie Flächenheizungen. Letztere überträgt thermische Energie über große Flächen und kommt daher mit geringeren Vorlauftemperaturen aus als herkömmliche Heizkörper. Wichtige Hinweise für den Einsatz in einem Bestandsgebäude haben wir im Beitrag "Wärmepumpe im Altbau" zusammengefasst.  

Übrigens: Spezielle Hochtemperatur-Luftwärmepumpen erreichen unabhängig von der Außentemperatur Werte von über 70 Grad Celsius im Vorlauf.

Luft-Wasser-Wärmepumpe als Hybrid im Altbau  

Kombinieren Hausbesitzer die Wärmepumpentechnik mit einer Gas- oder Öl-Brennwertheizung, sorgt sie auch im Altbau für niedrige Heizkosten. Denn in diesem Fall wählt die sogenannte Hybridheizung automatisch die günstigste Energiequelle. Während das über weite Teile des Jahres die Wärmepumpe ist, schaltet sie bei sehr niedrigen Außentemperaturen auf die Gas- bzw. Ölheizung um. In einem sanierten Bestandsgebäude ist die Kombination aber nicht unbedingt notwendig. Reicht die Leistung der Luftwärmepumpe an extrem kalten Tagen nicht aus, schaltet sich ein elektrischer Heizstab zu.  

Kombinieren lohnt sich auch im Naubau  

Hybrid-Kombis eignen sich nicht nur im Bestand. Auch im Neubau hat es Vorteile, wenn Sie die Luft-Wasser-Wärmepumpe mit anderen Systemen kombinieren. Ein Beispiel ist die Wärmepumpe mit Solarthermie. Während das Heizen hierbei über die Außenluft erfolgt, sorgt die Solaranlage umweltfreundlich für warmes Wasser. Die Luftwärmepumpe kann weite Teile des Jahres mit geringeren Temperaturen arbeiten und läuft dadurch sparsamer.

Wie wird die Luft-Wasser-Wärmepumpe im Haus eingebunden?

Das folgende Schaubild zeigt eine Möglichkeit, wie die Luft-Wasser-Wärmepumpe bei Ihnen eingebaut werden kann und welche zusätzlichen Komponenten für einen effizienten Betrieb unerlässlich sind. Während die Anlage im Bild auf Außenluft setzt, ist es auch möglich,  Wärmepumpe und Lüftungsanlage  zu kombinieren.  

Vor- und Nachteile zusammengefasst

Die Vorzüge und Schwächen einer Luft-Wasser-Wärmepumpe werden bei einem Vergleich mit Schwestertechnologien wie etwa der  Sole-Wasser-Wärmepumpe  oder der  Wasser-Wasser-Wärmepumpe  deutlich. Für einen guten Überblick finden Sie in den folgenden Abschnitten die Vor- sowie Nachteile einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.

Was sollten Sie beim Kauf einer Luft-Wasser-Wärmepumpe beachten?

Da der Erwerb einer Luft-Wärmepumpe eine große Investition darstellt, sollte die Wahl der richtigen Anlage gut überlegt sein. Eine qualitativ hochwertige Luft-Wasser-Wärmepumpe ist an dem EHPA Gütesiegel zu erkennen. Ferner ist darauf zu achten, dass die Wärmepumpe mindestens eine JAZ von 2,5 erreicht. Weil es in beheizten Räumen im Wohnbereich schnell zur Bildung von Kondensation kommen kann, ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe  in der Garage, im Keller oder im Technikraum aufzustellen. Das wenige Kondenswasser lässt sich hierbei frostfrei ableiten. Wird zudem der Heizraum regelmäßig belüftet, kann die relative Luftfeuchtigkeit niedrig gehalten werden.

Voraussetzung für niedrige Heizkosten: Energiesparende Gebäude

Wichtig zu wissen ist, dass der Strombedarf der Luft-Wärmepumpe steigt, je höher die Temperatur der Außenluft angehoben werden muss. Besonders effizient und sparsam arbeitet eine Wärmepumpe dabei nur, wenn das Heizsystem mit niedrigen Vorlauftemperaturen auskommt. Das ist zum Beispiel mit Flächenheizungen oder speziellen Wärmepumpenheizkörpern in energiesparenden Gebäuden der Fall.

Deutscher Strommix und Umweltbilanz der Luftwärmepumpe

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe arbeitet selbst dann umweltfreundlich, wenn sie nicht mit Ökostrom betrieben wird. Denn mit einem Anteil von derzeit circa 25 Prozent erneuerbare Energien im deutschen Strommix hat sich die CO₂-Bilanz der Stromerzeugung verbessert. Demzufolge leistet die Wärmepumpe bereits ab einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von 2 einen Beitrag zum Klimaschutz. Gemäß dem Bundesverband Wärmepumpe e.V., sinkt der jährliche Primärenergiebedarf für ein Musterhaus von 82,69 kWh/qm auf 55,57 kWh/qm, wenn von einer Gas- bzw. Ölbrennwertheizung (inkl. solarer Trinkwassererwärmung) auf eine Wärmepumpe für Luft und Wasser umgestellt wird.

FAQ: Häufige Fragen kurz beantwortet

Liefert die Luft-Wasser-Wärmepumpe auch bei minus 20 Grad Celsius noch ausreichend Heizenergie?  

• Bei extremen Temperaturen springt ein elektrischer Heizstab ein und sorgt für warme Räume und warmes Wasser. Bei korrekter Auslegung der Luftwärmepumpe springt dieser aber nur selten ein.  

Ist die Kombination mit anderen Systemen sinnvoll?  

• Es kann sich durchaus lohnen, die Luft-Wasser-Wärmepumpe als Hybrid zu kombinieren. Die Ergänzung einer alten Gas- oder Ölheizung reduziert Emissionen und schont Ressourcen. Mit Solarthermie und Photovoltaik werden Sie noch unabhängiger von Energieversorgern.  

Lässt sich auch die Raumluft als Energiequelle nutzen?  

• Energie zum heizen lässt sich auch aus der Raumluft gewinnen. In diesem Fall spricht man von einer Abluftwärmepumpe.  

Ist die Installation eines solaren Luftkollektors möglich und empfehlenswert?  

• Grundsätzlich ist es möglich, einen Luftkollektor vorzuschalten, um die Quelltemperatur zu erhöhen und die Effizienz der Luft-Wasser-Wärmepumpe zu steigern. In Mitteleuropa ist dies jedoch meist nicht sinnvoll, da es in Herbst und Winter oft neblig und bedeckt ist.