Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Welches Prinzip steckt hinter einer Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe nutzt Wärme, die bereits in unserer Umwelt vorhanden ist. Je nach Bauart gewinnt sie diese aus der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser. Die Wärmepumpe bringt diese Umweltwärme auf die Temperatur, die für Heizung und Warmwasser im Haus benötigt wird.

Das Prinzip lässt sich gut mit einem Kühlschrank vergleichen, nur umgekehrt. Ein Kühlschrank entzieht seinem Innenraum Wärme und gibt sie anschließend nach außen ab. Deshalb wird die Rückseite des Kühlschranks warm. Eine Wärmepumpe arbeitet nach einem ähnlichen Prinzip. Allerdings nutzen wir hier die warme Seite: Die Wärmepumpe nimmt Wärme aus der Umgebung auf, erhöht deren Temperatur und gibt sie anschließend an das Heizsystem im Haus weiter.

Dafür arbeitet im Inneren der Wärmepumpe ein geschlossener Kreislauf mit einem Kältemittel. Dieses kann bereits bei niedrigen Temperaturen Wärme aufnehmen. Durch Verdichtung wird seine Temperatur anschließend so weit erhöht, dass die gewonnene Wärme zum Heizen genutzt werden kann.

Der Kreislauf einer Wärmepumpe

Der Kältemittelkreislauf ist das Herzstück einer Wärmepumpe. In ihm wird die aufgenommene Umweltwärme Schritt für Schritt für das Heizen nutzbar gemacht.

Der Vorgang wiederholt sich während des Betriebs immer wieder und lässt sich vereinfacht in vier Schritte unterteilen.

1. Umweltwärme aufnehmen

Zunächst gewinnt die Wärmepumpe Wärme aus ihrer Umgebung. Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe stammt sie aus der Außenluft, bei anderen Wärmepumpen zum Beispiel aus dem Erdreich oder dem Grundwasser. Diese Umweltwärme wird im Verdampfer auf das Kältemittel übertragen. Das Kältemittel nimmt die Wärme auf, erwärmt sich und wird gasförmig.

2. Kältemittel verdichten

Das gasförmige Kältemittel gelangt anschließend zum Verdichter, auch Kompressor genannt. Dort wird es zusammengepresst. Dadurch steigen Druck und Temperatur. Der Verdichter wird elektrisch angetrieben und sorgt dafür, dass die aufgenommene Umweltwärme auf eine für das Heizsystem nutzbare Temperatur gebracht wird.

Die Wärmepumpe nutzt Strom also vor allem, um diesen technischen Prozess anzutreiben.

3. Wärme an das Haus abgeben

Das erwärmte Kältemittel gelangt anschließend zum Verflüssiger. Dort gibt es seine Wärme an das Heizungswasser ab. Das Heizungswasser transportiert die Wärme weiter durch das Haus, zum Beispiel zu einer Fußbodenheizung oder zu Heizkörpern. Auch Warmwasser kann mit einer Wärmepumpe bereitgestellt werden. Während das Kältemittel seine Wärme abgibt, kühlt es ab und wird wieder flüssig.

4. Kältemittel entspannen

Zum Schluss fließt das Kältemittel durch ein Expansionsventil. Dabei sinken Druck und Temperatur. Nun kann das Kältemittel erneut Wärme aus der Umgebung aufnehmen. Der Kreislauf beginnt von vorn.

Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?

Je nachdem, welche Wärmequelle genutzt wird, unterscheidet man vor allem zwischen Luft-Wasser-Wärmepumpen, Sole-Wasser-Wärmepumpen und Wasser-Wasser-Wärmepumpen.

Das Prinzip bleibt gleich. Unterschiede gibt es vor allem darin, wie die Umweltwärme gewonnen wird und welche Voraussetzungen dafür vor Ort nötig sind.

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Außenluft als Wärmequelle. Ein Ventilator führt der Anlage Umgebungsluft zu. Die darin enthaltene Wärme wird aufgenommen und über den Kältemittelkreislauf für das Heizsystem nutzbar gemacht. Da dafür keine Erdsonden oder Grundwasserbrunnen notwendig sind, lässt sich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe in vielen Fällen mit geringerem Erschließungsaufwand installieren.

Sole-Wasser-Wärmepumpe

Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe wird häufig auch als Erdwärmepumpe bezeichnet. Sie nutzt die im Erdreich gespeicherte Wärme.

Diese Wärme kann beispielsweise über Erdsonden oder Erdkollektoren erschlossen werden. Die Temperaturen im Erdreich schwanken über das Jahr weniger stark als die Außenluft. Die Erschließung ist dafür aufwendiger und hängt unter anderem von den Gegebenheiten des Grundstücks ab.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt Grundwasser als Wärmequelle.

Auch dessen Temperatur bleibt über das Jahr vergleichsweise konstant. Ob Grundwasser genutzt werden kann, hängt von den Bedingungen vor Ort und den notwendigen Genehmigungen ab.

Welche Wärmepumpe für Ihr Zuhause infrage kommt, hängt deshalb von mehreren Faktoren ab, etwa vom Gebäude, vom Grundstück, vom Wärmebedarf und von den Bedingungen vor Ort.

So gelangt die Wärme ins Haus

Die Wärmepumpe ist ein Teil des gesamten Heizsystems. Nachdem sie die Umweltwärme auf eine nutzbare Temperatur gebracht hat, muss die Wärme im Gebäude verteilt werden.

Diese Aufgabe übernimmt in der Regel das Heizungswasser. Es nimmt die Wärme im Verflüssiger auf und transportiert sie durch das Haus. Dort wird sie über eine Fußbodenheizung, andere Flächenheizungen oder Heizkörper an die Räume abgegeben.

Eine Wärmepumpe kann außerdem für warmes Wasser sorgen. Dafür wird die erzeugte Wärme an einen entsprechenden Warmwasserspeicher übertragen.

Wie effizient das System arbeitet, hängt auch davon ab, welche Temperaturen dafür benötigt werden. Flächenheizungen bieten gute Voraussetzungen, weil sie Wärme über eine große Fläche abgeben und deshalb meist mit niedrigeren Heizwassertemperaturen auskommen.

Eine Fußbodenheizung ist aber nicht zwingend erforderlich. Auch geeignete Heizkörper können mit einer Wärmepumpe funktionieren. Entscheidend ist das Zusammenspiel: Wärmequelle, Wärmepumpe und Wärmeverteilung im Haus sollten gut aufeinander abgestimmt sein.

Funktioniert eine Wärmepumpe auch im Winter?

Ja. Auch kalte Außenluft enthält noch Wärme. Deshalb kann eine Luft-Wasser-Wärmepumpe Ihr Zuhause auch bei niedrigen Außentemperaturen beheizen.

Je kälter es draußen wird, desto größer wird allerdings der Temperaturunterschied, den die Wärmepumpe überwinden muss. Das kann ihre Effizienz beeinflussen.

Bei Erdreich und Grundwasser schwankt die Temperatur der Wärmequelle im Jahresverlauf weniger stark als bei der Außenluft.

Wichtig ist deshalb vor allem, dass die Wärmepumpe passend zum Gebäude und zum Wärmebedarf geplant und dimensioniert wird.

Voraussetzungen für eine Wärmepumpe

Wärmepumpen gelten als besonders effizient, wenn Gebäude und Heizsystem mit vergleichsweise niedrigen Heiztemperaturen auskommen. Das ist häufig bei Neubauten oder energetisch modernisierten Häusern der Fall.

Eine Wärmepumpe ist aber nicht auf Neubauten beschränkt. Auch in vielen älteren Häusern kann sie sinnvoll eingesetzt werden.

Vorlauftemperatur

Eine wichtige Rolle spielt die Vorlauftemperatur. Sie bezeichnet die Temperatur des Heizungswassers, das von der Wärmepumpe zu den Heizflächen fließt.

Grundsätzlich gilt: Je weniger die Wärmepumpe die Temperatur anheben muss, desto effizienter kann sie arbeiten. Deshalb bieten Heizsysteme mit niedrigeren Vorlauftemperaturen besonders gute Voraussetzungen für eine Wärmepumpe.

Heizkörper und Fußbodenheizung

Fußboden- und andere Flächenheizungen sind gut für Wärmepumpen geeignet. Sie verteilen die Wärme über eine große Fläche und kommen deshalb meist mit niedrigeren Temperaturen aus. Eine Fußbodenheizung ist jedoch keine Voraussetzung für eine Wärmepumpe. Auch vorhandene Heizkörper können geeignet sein. Entscheidend ist, ob sie das Haus mit einer passenden Vorlauftemperatur ausreichend beheizen können.

In manchen Gebäuden kann es sinnvoll sein, einzelne Heizkörper gegen größere oder für niedrigere Temperaturen geeignete Modelle auszutauschen.

Neben den Heizflächen spielen der Wärmebedarf des Hauses, sein energetischer Zustand und die richtige Dimensionierung der Anlage eine Rolle. Mehr dazu erfahren Sie in unserem Ratgeber Wärmepumpe im Altbau.

Wie effizient arbeitet eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe nutzt Wärme aus der Umwelt, benötigt für ihren Betrieb aber auch elektrische Energie, insbesondere für den Verdichter.

Wie effizient sie arbeitet, hängt unter anderem davon ab, wie groß der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle und dem Heizsystem ist.

Einfach gesagt: Je weniger die Wärmepumpe die Temperatur anheben muss, desto effizienter kann sie arbeiten.

Deshalb sind niedrige Vorlauftemperaturen von Vorteil. Aber auch die Wärmequelle, der Wärmebedarf des Hauses, die Dimensionierung der Anlage und die Einstellung des Heizsystems beeinflussen die Effizienz.

Die Jahresarbeitszahl (JAZ)

Eine wichtige Kennzahl ist die Jahresarbeitszahl, kurz JAZ. Sie beschreibt das Verhältnis zwischen der bereitgestellten Wärmemenge und der dafür eingesetzten elektrischen Energie über einen längeren Zeitraum. Entscheidend ist, wie effizient die Wärmepumpe in Ihrem Zuhause tatsächlich arbeitet. Die gleiche Wärmepumpe kann in zwei unterschiedlichen Häusern verschieden effizient arbeiten, wenn sich beispielsweise Wärmebedarf, Heizflächen oder benötigte Vorlauftemperaturen unterscheiden.

Wärmepumpen im Alltag

Wie lebt es sich eigentlich mit einer Wärmepumpe? Auch diese Frage spielt beim Wechsel des Heizsystems selbstverständlich eine wichtige Rolle.

Eine Wärmepumpe ist darauf ausgelegt, das Haus möglichst gleichmäßig mit Wärme zu versorgen. Statt die Heiztemperatur ständig stark zu verändern, arbeitet eine gut eingestellte Wärmepumpe häufig kontinuierlicher. Besonders in Verbindung mit einer Fußbodenheizung oder anderen Flächenheizungen kann so eine gleichmäßige Raumtemperatur entstehen.

Auch die Bedienung moderner Anlagen ist in der Regel unkompliziert. Je nach Modell lassen sich Einstellungen direkt über die Steuerung der Wärmepumpe oder digital vornehmen. Anders als bei einer Ölheizung muss zudem kein Brennstoff bestellt und im Haus gelagert werden. Bei einer elektrischen Wärmepumpe findet auch kein klassischer Verbrennungsprozess wie bei einer Öl- oder Gasheizung statt.

Passt eine Wärmepumpe zu meinem Haus?

Ob eine Wärmepumpe für Ihr Zuhause geeignet ist, lässt sich nicht allein am Baujahr festmachen. Entscheidend sind unter anderem der Wärmebedarf des Gebäudes, die vorhandenen Heizflächen, die benötigte Vorlauftemperatur und die Frage, welche Wärmequelle am Standort genutzt werden kann.

Auch ein älteres Haus muss deshalb nicht automatisch gegen eine Wärmepumpe sprechen. Umgekehrt sollte eine Wärmepumpe auch in einem gut gedämmten Gebäude passend zum tatsächlichen Wärmebedarf dimensioniert werden. Wenn Sie Ihre Gas- oder Ölheizung ersetzen möchten, sollte deshalb zuerst geprüft werden, was zu Ihrem Zuhause passt. So lässt sich feststellen, welche Wärmepumpe zu Ihrem Zuhause passt und ob Anpassungen am vorhandenen Heizsystem sinnvoll sind.

Fazit: So funktioniert eine Wärmepumpe

Das Prinzip einer Wärmepumpe ist einfach: Sie nutzt Wärme, die bereits in Luft, Erdreich oder Grundwasser vorhanden ist, und macht sie für Ihr Zuhause nutzbar.

Dafür durchläuft ein Kältemittel immer wieder denselben Kreislauf. Es nimmt Umweltwärme auf, wird verdichtet, gibt die Wärme an das Heizsystem ab und entspannt sich anschließend wieder.

Welche Wärmepumpe zu einem Haus passt und wie effizient sie arbeitet, hängt von den Voraussetzungen vor Ort ab. Deshalb sollten Gebäude, Heizflächen, Wärmequelle und Wärmepumpe aufeinander abgestimmt sein. Wer über einen Heizungstausch nachdenkt, sollte deshalb nicht nur auf das einzelne Gerät schauen, sondern auf das Heizsystem als Ganzes.