Woher bekommen Wärmepumpen ihre Energie?

Riffreporter  hier    von Christiane Enkeler

Einfach erklärt:  Kleine Serie in drei Teilen.

Eine Einführung für absolute Einsteiger: Statt Gas- und Ölheizungen sollen jetzt Wärmepumpen unsere Wohnhäuser und Büros heizen und auch kühlen. Doch wie wird die dafür nötige Energie aus Wasser, Luft und Erdreich gewonnen?

Woher kommt die Wärme?

Wenn man sich für eine Wärmepumpe entscheidet, entscheidet man sich gleichzeitig für eine Wärmequelle. Die Umweltenergiequelle bei einer Wärmepumpe soll „erneuerbar“ sein. Die Wärme ist also in der Umwelt so vorhanden, dass wir sie durch die Entnahme nicht dauerhaft verringern. Man bringt sie auf ein höheres Niveau und holt sie dann ins Haus. Dabei nutzt man Wärme aus Luft, Wasser oder Erde.

Luft gibt es überall, nicht nur als Außenluft, sondern – möglicherweise – auch als Abluft. Wasser finden wir in Seen und Bächen, vor allem aber als Grundwasser oder auch als Abwasser.

Wärmepumpen, die dem Erdreich Wärme entziehen, nennt man „Sole-Wasser-Wärmepumpen“, da hier auf jeden Fall ein Leitungssystem durch die Erde gezogen werden muss. Das sind meist Kollektoren, die flächig in die Erde verlegt werden ähnlich einer Fußbodenheizung, oder Sonden, die in die Tiefe und wieder hinauf führen. Durch diese Rohre fließt eine Sole, die nicht so schnell gefriert. Diese Sole transportiert erst die Erdwärme in die Wärmepumpe. Innerhalb der Wärmepumpe wird die Wärme dann an den Heizkreis übertragen. Durch den Heizkreis fließt Wasser. Die Temperaturen von Luft und Oberflächenwasser hängen stärker von der Jahreszeit ab als die von Grundwasser und Erdreich.

Regenerativ

Die Wärmequelle soll sich wieder „erholen“ können. Das Grundwasser darf zum Beispiel nicht immer kälter werden, auch wenn man ständig Wärme entnimmt. Wenn man also einen tiefen Förderbrunnen hat bohren lassen, um an das Grundwasser zu kommen, und dann im Rücklauf das kältere Wasser, dem man die Wärme entnommen hat, wieder dem Fluss des Grundwassers zuführt, müssen zwischen Förderbrunnen und Schluckbrunnen zehn bis 15 Meter Abstand liegen. Natürlich in Fließrichtung.

Damit sich das Erdreich für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe wieder erholen kann, sollte die Sonne es möglichst gut bestrahlen können und die Erde sollte möglichst feucht sein. Es sollte also eher von einem Rasen, vielleicht mit zusätzlicher Bewässerung durch Regenwasser, bedeckt sein. Und nicht unter einem Obstgarten liegen, dessen Bäume Schatten werfen und selbst Wasser brauchen.

Kombinationsmöglichkeiten

Effizient ist eine Wärmepumpe vor allem, wenn die Energiequelle bereits Wärme auf einem hohen Niveau anbietet. Und wenn der „Abnehmer“ der Wärme keine besonders hohen Temperaturen braucht. Während Außenluft im Sommer besonders warm ist, wenn man vielleicht gar nicht heizen möchte, liefert das Erdreich über Kollektoren zwischen sieben und 13 Grad Celsius und mit Sonden ab etwa 15 Metern Tiefe das ganze Jahr über rund zehn Grad Celsius, ähnlich wie Grundwasser (acht bis zwölf Grad Celsius). Natürlich kann man nicht nur Heizungs-, sondern auch Trinkwasser mit einer Wärmepumpe erwärmen. Dafür braucht man dann auf Abnehmerseite in der Regel aber höhere Temperaturen als zum Heizen.

Es gibt nun eine Vielzahl von Ideen, wie man Effizienz erreichen kann.
So lässt sich eine bestimmte Außentemperatur festlegen, bis zu der die Wärmepumpe zum Einsatz kommen soll. Wenn diese Temperatur unterschritten wird, springt ihr ein anderer Wärmeerzeuger bei oder löst sie ab. Dann heizt man mit einer sogenannten „bivalenten Anlage“. Die Ergänzung der Wärmepumpe kann mit Gas, Öl oder Holz erfolgen. Oder man nutzt einen zusätzlichen Heizstab, der elektrisch gespeist wird.
Eine Kompressionswärmepumpe braucht ja auch Strom für die Pumpe im Kältemittelkreislauf. Vielleicht hat man die Möglichkeit, für Heizstab und Pumpe Photovoltaik zu nutzen.
Eine andere Idee ist, schon die Wärmequelle in ihrer Temperatur anzuheben, also bereits angewärmte Luft oder angewärmtes Wasser zu nutzen. Den Vorlauf einer Sole-Wasser-Wärmepumpe könnte man mit Überschüssen aus einer solarthermischen Anlage in seinem Temperaturniveau anheben.

Auf Abnehmerseite lässt sich die Temperatur durch große Flächen senken. Eine Fußbodenheizung ist günstig, weil sie bei geringerer Heizungswassertemperatur die gleiche Heizleistung erzielen kann wie ein Heizkörper. Möglicherweise lassen sich aber auch Heizkörper mit größeren Flächen installieren. Und natürlich hilft eine gute Dämmung.

Welche Wärmepumpenanlage im Einzelfall sinnvoll ist, hängt davon ab, wie hoch die Heizleistung ist, die man braucht, mit welchen Temperaturen man arbeitet, welche Wärmequelle und welche Kombination – auch im Hinblick auf Kosten – überhaupt zur Verfügung stehen.