Eine Wärmepumpe heizt mit Wärme aus der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser – auch dann, wenn es draußen kalt ist. Das klingt zunächst widersprüchlich. Hier lesen Sie, wie das Prinzip funktioniert, was im Kältekreis passiert, welche Wärmequellen es gibt und warum die Temperatur Ihrer Heizkörper darüber entscheidet, wie sparsam eine Wärmepumpe arbeitet.
Das Prinzip: Wärme auf ein höheres Niveau heben
In der Umgebung steckt fast immer Wärme, nur auf einem Temperaturniveau, das zum Heizen zu niedrig ist. Luft mit wenigen Grad über oder sogar unter null enthält noch Energie, und das Erdreich bleibt in einigen Metern Tiefe auch im Winter vergleichsweise gleichmäßig temperiert. Eine Wärmepumpe nimmt diese Wärme auf und „pumpt“ sie auf eine Temperatur, mit der Heizkörper oder Fußbodenheizung Räume warm halten können.
Dafür braucht sie Antriebsenergie, in der Regel Strom. Der Strom erzeugt die Wärme aber nicht selbst wie bei einem Heizlüfter, sondern treibt einen Kreislauf an, der Wärme von außen nach innen transportiert. Deshalb kann eine Wärmepumpe deutlich mehr Wärme abgeben, als sie an Strom aufnimmt.
Der Kühlschrank, nur umgekehrt
Das bekannteste Gerät mit demselben Prinzip steht in fast jeder Küche. Ein Kühlschrank entzieht seinem Innenraum Wärme und gibt sie an der Rückseite an die Küche ab – deshalb ist das Gitter dort warm. Eine Wärmepumpe macht genau dasselbe, nur mit vertauschten Rollen: Der „Innenraum“, dem die Wärme entzogen wird, ist die Umgebung draußen. Die warme Seite ist Ihr Heizsystem.
Der Kältekreis in vier Schritten
Im Inneren der Wärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf. Es hat eine besondere Eigenschaft: Es verdampft schon bei sehr niedrigen Temperaturen. Der Kreislauf besteht aus vier Stationen.
1. Verdampfer: Wärme aufnehmen
Im Verdampfer trifft das kalte, flüssige Kältemittel auf die Wärmequelle, zum Beispiel Außenluft, die ein Ventilator durch einen Wärmetauscher bläst. Weil das Kältemittel noch kälter ist als die Luft, nimmt es deren Wärme auf und verdampft dabei. Ähnlich kühlt verdunstendes Wasser Ihre Haut nach dem Schwimmen.
2. Verdichter: Temperatur erhöhen
Der gasförmige Kältemitteldampf wird im Verdichter zusammengepresst. Dabei steigen Druck und Temperatur stark an – so wie eine Fahrradpumpe beim Aufpumpen warm wird. Der Verdichter ist das Bauteil, das den Strom verbraucht. Nach ihm ist das Kältemittel heißer als das Heizungswasser.
3. Verflüssiger: Wärme abgeben
Im Verflüssiger, auch Kondensator genannt, gibt das heiße Kältemittel seine Wärme an das Heizungswasser ab. Es kühlt dabei ab und wird wieder flüssig. Das erwärmte Heizungswasser fließt zu Heizkörpern, Fußbodenheizung oder Warmwasserspeicher.
4. Expansionsventil: Druck abbauen
Das flüssige Kältemittel steht noch unter hohem Druck. Im Expansionsventil wird es entspannt, Druck und Temperatur fallen deutlich. Das Kältemittel ist jetzt wieder kalt genug, um im Verdampfer erneut Umweltwärme aufzunehmen – der Kreislauf beginnt von vorn.
Luft, Erdreich oder Grundwasser
Das Prinzip ist bei allen Wärmepumpen gleich. Unterschiede gibt es bei der Wärmequelle, aus der der Verdampfer seine Energie bezieht.
| Merkmal | Luft | Erdreich | Grundwasser |
|---|---|---|---|
| Wärme kommt aus | Außenluft über Ventilator | Erdsonden oder Flächenkollektoren | Förder- und Schluckbrunnen |
| Temperatur der Quelle | Schwankt stark mit dem Wetter | Über das Jahr gleichmäßiger | Meist sehr gleichmäßig |
| Aufwand bei der Erschließung | Gering, Außeneinheit aufstellen | Bohrung oder Erdarbeiten | Brunnenbohrungen und Wasseranalyse |
| Genehmigung | Meist keine, Schallschutz beachten | Bei Sonden in der Regel erforderlich | In der Regel erforderlich |
| Typischer Einsatz | Am häufigsten, auch im Bestand | Wo Grundstück und Untergrund passen | Wo Grundwasser geeignet und erreichbar ist |
Ob eine Bohrung zulässig ist, entscheidet die zuständige Wasserbehörde. In dicht bebauten Berliner Lagen ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe oft die praktikabelste Lösung. Dort spielt der Aufstellort der Außeneinheit eine größere Rolle, auch wegen der Geräusche – Hinweise dazu finden Sie im Ratgeber Wärmepumpe laut.
Strom und Effizienz: COP und Jahresarbeitszahl
Wie gut eine Wärmepumpe arbeitet, beschreibt das Verhältnis von abgegebener Wärme zu eingesetztem Strom. Der COP ist ein Messwert unter festgelegten Prüfbedingungen, also eine Momentaufnahme aus dem Datenblatt. Die Jahresarbeitszahl betrachtet dagegen den tatsächlichen Betrieb über ein ganzes Jahr mit kalten und milden Tagen, Warmwasser und Abtauphasen. Für die Praxis ist sie die aussagekräftigere Größe. Wie sie ermittelt wird und was sie beeinflusst, erklärt der Ratgeber Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe, mit welchem Verbrauch Sie rechnen sollten, der Beitrag zum Stromverbrauch der Wärmepumpe.
Viele Geräte haben zusätzlich einen elektrischen Heizstab. Er springt bei sehr hohem Wärmebedarf oder für die Warmwasserhygiene ein, arbeitet aber ohne den Effekt der Umweltwärme. Wann er sinnvoll ist und wann er zu oft läuft, lesen Sie unter Heizstab in der Wärmepumpe.
Warum niedrige Vorlauftemperaturen so wichtig sind
Der Verdichter muss die Temperatur von der Wärmequelle bis zur gewünschten Heizwassertemperatur anheben. Je größer dieser Abstand, desto mehr Arbeit und desto mehr Strom. Eine Wärmepumpe, die Heizwasser nur mäßig warm machen muss, arbeitet daher deutlich effizienter als eine, die dauerhaft hohe Vorlauftemperaturen liefern soll.
Fußbodenheizungen kommen mit niedrigen Temperaturen gut aus, weil sie große Flächen haben. Bei Heizkörpern hängt es von deren Größe und vom Wärmebedarf des Raums ab. Oft reicht es, einzelne zu kleine Heizkörper zu tauschen – welche Bauarten sich eignen, steht im Ratgeber Heizkörper für Wärmepumpe. Ein hydraulischer Abgleich sorgt dafür, dass jeder Raum die passende Wassermenge bekommt und die Vorlauftemperatur nicht für den schwächsten Raum hochgedreht werden muss. Was das für ältere Gebäude bedeutet, lesen Sie unter Wärmepumpe im Altbau.
Kältemittel und Abtauen
Kältemittel sind spezielle Stoffe, die für den Kreislauf optimiert sind. In neueren Geräten kommen zunehmend natürliche Kältemittel wie Propan zum Einsatz, die als klimafreundlicher gelten. Der Kältekreis ist ab Werk geschlossen. Arbeiten daran dürfen nur Fachkräfte mit entsprechender Sachkunde ausführen – für Sie als Betreiber gibt es dort nichts einzustellen.
Luft-Wärmepumpen haben eine Besonderheit: Bei kalter, feuchter Luft bildet sich am Verdampfer Reif oder Eis. Das Gerät taut ihn regelmäßig selbstständig ab, kurz sichtbar als Dampfwolke an der Außeneinheit. Das ist normal. Wann Eis ein Hinweis auf ein Problem ist, erklärt der Beitrag Wärmepumpe vereist.
Wann ein Fachbetrieb helfen sollte
Das Grundprinzip ist einfach, die Auslegung im konkreten Haus ist es nicht. Ob eine Wärmepumpe passt, hängt vom Wärmebedarf, von den Heizflächen, vom Aufstellort und von der Hydraulik ab. Lassen Sie sich beraten, wenn Sie:
- eine bestehende Gas- oder Ölheizung ersetzen möchten,
- unsicher sind, ob Ihre Heizkörper mit niedrigeren Temperaturen auskommen,
- einen geeigneten Platz für die Außeneinheit suchen,
- bei einer vorhandenen Wärmepumpe einen auffällig hohen Verbrauch bemerken.
Was bei Planung, Einbau und Einstellung zu beachten ist, beschreibt die Seite Wärmepumpe Berlin. Soll die Heizung in Etappen erneuert werden, hilft die Seite zur Heizungsmodernisierung weiter.
