Wärmepumpen für Dummies E-Book

Katja Weinhold

• Herausgeber: Wiley-VCH GmbH
• Kategorie: Lebensstil
• Serie: ...für Dummies
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 502

Beschreibung

Von wegen abgedreht: Besser leben mit Wärmepumpe

Wie Wärmepumpen funktionieren, wie Sie sie in Ihr bestehendes Heiz- und Kühlsystem integrieren, welchen finanziellen und zeitlichen Aufwand Sie für die Installation einplanen müssen oder wie Sie die Effizienz der Wärmepumpe im Betrieb gezielt steigern – all das erfahren Sie in diesem Buch. Doch damit nicht genug: Von der Bedarfsermittlung bis zur Angebotserstellung, von der Dimensionierung und Installation der Anlage bis zur Inbetriebnahme – Sie lernen alle erforderlichen Schritte intensiv kennen, alles leicht verständlich und garniert mit zahlreichen Tipps aus der Praxis!

Sie erfahren

• Wie die Technologie funktioniert
• Wie Sie die Wärmepumpe optimal in Ihr Heiz- und Kühlsystem integrieren
• Mit welchen Kosten und Möglichkeiten der Förderung Sie rechnen können
• Welche Schritte von den Vorüberlegungen bis zur Inbetriebnahme anstehen

Leseprobe

Wärmepumpen für Dummies

Schummelseite

ZAHLEN UND FAKTEN RUND UM DEN WÄRMEPUMPENMARKT

Auch wenn Wärmepumpen im Neubau in Deutschland mittlerweile zur Standardheizung geworden sind, spielen sie in unseren Heizungskellern insgesamt noch eine relativ kleine Rolle – zumindest im europäischen Vergleich. Ihre Rolle am Markt wächst jedoch auch bei uns.

Rund 1,7 Millionen Heizungswärmepumpen sind zurzeit in Deutschland verbaut.2020 wurden in Deutschland 156.000 Anlagen verkauft, 2023 waren es etwa 356.000.Etwa 21 Millionen dezentrale Heizungssysteme gibt es in Deutschlands Wohngebäuden. Jedes dritte ist älter als 20 Jahre und damit ineffizient.In Deutschland wurden 2022 pro 1.000 Haushalte 6,72 Wärmepumpen verkauft, in Norwegen waren es 59,87 Wärmepumpen pro 1.000 Haushalte.In Europa waren 2022 insgesamt rund 20 Millionen Wärmepumpen verbaut. Diese vermeiden ca. 52,5 Megatonnen CO2-Emissionen pro Jahr (im Vergleich mit fossilen Systemen).

ZAHLEN UND FAKTEN RUND UMS HEIZEN (UND KÜHLEN)

Die folgenden Daten mögen auf den ersten Blick nicht sonderlich spannend wirken – für die Wärmepumpe sind sie allerdings wichtig:

Ungefähr 4.500 Stunden heizen wir Deutschen durchschnittlich pro Jahr – je nach Region ungefähr zwischen 180 und 200 Tagen.Die Jahresdurchschnittstemperatur lag 2022 in Deutschland bei 10,7 °C – Tendenz steigend.In Bestandsgebäuden liegt die Heizgrenztemperatur in der Regel bei 15 °C. Sobald es draußen kälter ist, beginnt in älteren Gebäuden die Heizsaison.Im Neubau liegt der Heizgrenzwert bei 10–12 °C. Bei höheren Außentemperaturen wird hier in der Regel keine Heizung benötigt.Die durchschnittliche Normaußentemperatur (sie beschreibt die kälteste Zweitages-Mitteltemperatur, die in einem Zeitraum von 18 Jahren (1995–2012) durchschnittlich mindestens einmal innerhalb von zwei Jahren in einer Region aufgetreten ist) liegt in Deutschland zurzeit bei –11,5 °C. (Je nach Region schwankt sie zwischen –6,6 und –16,7 °C).

WICHTIGE BEGRIFFE UND FORMELN RUND UM LEISTUNG UND EFFIZIENZ VON WÄRMEPUMPEN

Effizienz und Leistung sind nicht alles - aber wichtig. Auch Heizungsanlagen müssen hier Erwartungen erfüllen – bei der Wärmepumpe geht es schließlich um einen möglichst niedrigen Stromverbrauch. Die folgenden Definitionen können Sie sich gern merken:

Die Heizlast (in kW) gibt an, wie viel Heizleistung insgesamt benötigt wird, um ein Gebäude zu beheizen, also die Wärmeverluste des Gebäudes auszugleichen.Die spezifische Heizlast (früher Wärmebedarf) ist das Maß für die Heizlast pro Flächeneinheit des Gebäudes, angegeben in Watt pro Quadratmeter (W/m²). Diese Kennzahl ist nützlich, um die Energieeffizienz verschiedener Gebäude unabhängig von ihrer Größe zu vergleichen.

Wärmepumpe und spezifische Heizlast

Bei einer spezifischen Heizlast < 80 W/m2 beheizter Wohnfläche ist eine Wärmepumpe sehr gut geeignet.

Bei einer spezifischen Heizlast zwischen 80 und 100 W/m² beheizter Wohnfläche sind möglicherweise Maßnahmen an der Anlagentechnik oder der Gebäudehülle erforderlich, damit eine Wärmepumpe ohne zusätzliche weitere Wärmeerzeuger zum Einsatz kommen kann.

Bei einer spezifischen Heizlast > 100 W/m² beheizter Wohnfläche sind Maßnahmen an der Anlagentechnik oder der Gebäudehülle auf jeden Fall erforderlich, damit eine Wärmepumpe ohne zusätzliche weitere Wärmeerzeuger zum Einsatz kommen kann.

COP (Coefficient Of Performance) ist die Leistungszahl einer Wärmepumpe. Sie gibt die abgegebene Heizleistung einer Wärmepumpe im Vergleich zur aufgewendeten elektrischen Antriebsleistung für den Verdichter zu einem bestimmten Betriebspunkt (unter Laborbedingungen) an:

wobei die abgegebene Wärmeleistung in kW und die elektrische Leistung in kW sind.

Die JAZ (Jahresarbeitszahl), auch SCOP (Seasonal Coefficient Of Performance) gibt das Verhältnis der über das Jahr abgegebenen Heizenergie zur aufgenommenen elektrischen Energie für Verdichter, Regelung und Zusatzheizer, gegebenenfalls auch Quellenpumpe im Betrieb an.

Eine »gute« Jahresarbeitszahl liegt zwischen 2,8 und 4 bei Luft-Wasser-Wärmepumpen und zwischen 3,5 und 5 bei erdgekoppelten Wärmepumpen.

VORTEILE DER WÄRMEPUMPE AUF EINEN BLICK

Was war noch einmal das Besondere an dieser Technologie? Die wichtigsten »Pros« auf einen Blick:

Wärmepumpen heizen nahezu klimaneutral.Da keine Verbrennung stattfindet, entstehen keine Abgase und Gerüche.Wärmepumpen sind flexibel aufstellbar: außen, innen, im Dachgeschoss, im Keller oder Garten.Wärmepumpen können Platz sparen: Es ist kein Brennstofflager (wie bei Öl- oder Pelletheizungen notwendig).Bei sachgerechter Installation haben Wärmepumpen eine sehr lange Lebensdauer und sind wartungsarm.Einige Wärmepumpen können bei Bedarf auch kühlen.

NACHTEILE DER WÄRMEPUMPE AUF EINEN BLICK

Nobody is perfect – auch die Wärmepumpe hat Risiken und Nebenwirkungen. Die meisten lassen sich aber durch sorgfältige Planung und Installation – und durch die Lektüre dieses Buches – (hoffentlich) vermeiden:

Die Wärmepumpe ist die Diva unter den Heizungen. Falsche Einstellungen und Fehler bei der Installation können zu erhöhten Stromverbräuchen führen.Die Wärmepumpe ist träge: Die Heizkörper werden nicht so schnell warm, wie die meisten von uns es von konventionellen Heizungen gewohnt sind.Wärmepumpen sind (noch) vergleichsweise teuer in der Anschaffung.Wärmepumpen müssen besonders sorgfältig geplant werden (zumindest solche, die an das wassergeführte Heizungssystem angeschlossen werden).Luft-Wärmepumpen können bei falscher Aufstellung zu störenden Schallimmissionen führen.Erdgekoppelte Wärmepumpen mit Erdsonden sind genehmigungspflichtig.

Wärmepumpen für Dummies

Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek

Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über http://dnb.d-nb.de abrufbar.

1. Auflage 2024

© 2024 Wiley-VCH GmbH, Boschstraße 12, 69469 Weinheim, Germany

All rights reserved including the right of reproduction in whole or in part in any form. This book is published by arrangement with John Wiley and Sons, Inc.

Alle Rechte vorbehalten inklusive des Rechtes auf Reproduktion im Ganzen oder in Teilen und in jeglicher Form. Dieses Buch wird mit Genehmigung von John Wiley and Sons, Inc. publiziert.

Wiley, the Wiley logo, Für Dummies, the Dummies Man logo, and related trademarks and trade dress are trademarks or registered trademarks of John Wiley & Sons, Inc. and/or its affiliates, in the United States and other countries. Used by permission.

Wiley, die Bezeichnung »Für Dummies«, das Dummies-Mann-Logo und darauf bezogene Gestaltungen sind Marken oder eingetragene Marken von John Wiley & Sons, Inc., USA, Deutschland und in anderen Ländern.

Das vorliegende Werk wurde sorgfältig erarbeitet. Dennoch übernehmen Autoren und Verlag für die Richtigkeit von Angaben, Hinweisen und Ratschlägen sowie eventuelle Druckfehler keine Haftung.

Coverfoto: BWP / Stiebel Eltron GmbH & Co. KGKorrektur: Isolde Kommer

Print ISBN: 978-3-527-72124-5ePub ISBN: 978-3-527-84438-8

Über die Autorin

Katja Weinhold, Jahrgang 1968, leitet seit 2017 als Pressesprecherin die Kommunikationsabteilung des Bundesverbands Wärmepumpe. Zu ihren Hauptaufgaben gehört es, die Technologie, die Gesetzeslage, die Normen und Regularien rund um die Wärmepumpe für Hausbesitzer, Planer, Energieberater, Fachhandwerker, Journalisten und die breite Öffentlichkeit verständlich aufzubereiten.

Seit 2021 verantwortet sie in dem Verband außerdem den Bereich Qualifizierung und Weiterbildung und betreut die Fachhandwerksbetriebe, die einen wachsenden Teil der Mitgliederschaft des Verbandes ausmachen.

Die studierte Sprachwissenschaftlerin und Kommunikationsfachfrau lernte das PR-Handwerk in einer der größten deutschen PR-Agenturen. Ihr inhaltlicher Fokus verlagerte sich in den vergangenen 20 Jahren mehr und mehr auf die erneuerbaren Energien. Als selbstständige Beraterin betreute sie unter anderem die Presse- und Öffentlichkeitsarbeit der Stiftung Offshore-Windenergie und des DWV (Deutscher Wasserstoff- und Brennstoffzellen-Verband) und entwickelte gemeinsam mit vielen Start-up-Unternehmen deren Kommunikationsstrategien. Katja Weinhold ist zudem Mitglied in zahlreichen Arbeitsgruppen und Gremien im Bereich der erneuerbaren Energien, darunter der Strategiekreis Kommunikation des Bundesverbands Erneuerbare Energien (BEE) und das Richtlinien Gremium der VDI 4645-1.

Über den Fachkorrektor

Alexander Sperr, Jahrgang 1968, studierte nach seiner Ausbildung zum Zentralheizungs- und Lüftungsbauer an der Technischen Universität Berlin Gebäudetechnik.

Neben seiner Tätigkeit als technischer Laborleiter des Labors für Raumluft- und Klimatechnik an der Hochschule Biberach in den Jahren 2001–2008 übernahm er dort auch einen Lehrauftrag für Strömungstechnik und arbeitete ebenfalls als Dozent für die Fächer Wärmebedarfsberechnung, Heizungstechnik, Solartechnik und Prozesswärme im Energiemanager-Lehrgang der IHK Akademie Schwaben.

Bevor er im Jahr 2013 seine Tätigkeit als Referent Normung und Technik beim Bundesverband Wärmepumpe (BWP) e. V. aufnahm, war er Fachgebietsleiter »Hauswärmetechnik, Lüftung und Klimatisierung« beim BDEW – Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e. V. – und bei der HEA – Fachgemeinschaft für effiziente Energieanwendung e. V. – in Berlin.

Alexander Sperr ist Mitglied in mehreren Richtlinien- und Normungsgremien von VDI, DIN und CEN. Seit 2023 ist Alexander Sperr als freier Berater und Dozent für verschiedene Verbände und Institutionen tätig.

Danksagung

Danken möchte ich an dieser Stelle besonders meinem Team und den Mitgliedsunternehmen des Bundesverbands Wärmepumpe (BWP): Ohne euch und das viele wertvolle Material, das wir im Laufe der vergangenen Jahre erarbeitet haben, wäre dieses Buch nicht möglich gewesen.

Namentlich erwähnen möchte ich an erster Stelle meine Schwester Sina, meinen Fachkorrektor Alexander Sperr, die Lektorin Andrea Baulig: Danke für die tolle Unterstützung, die wertvollen Hinweise und Korrekturen.

Ich danke insbesondere den Kollegen aus dem Beirat Handwerk des BWP und der Fachhandwerkerschaft, die mir mit vielen wertvollen Hinweisen frisch aus der Praxis geholfen und geduldig all meine Fragen beantwortet haben. Persönlich erwähnen möchte ich Peter Bayer, Frank Börsch, Jürgen Freigang, Joel Grieshaber, Michael Heiler, Uli Konen, Thomas Miksch, Stephan Neumann-Weinkopf, Oliver Nick, Markus Nitzschke, Christian Ochs, Klaus Overhoff, Christian Pfeuffer, Klaus Radeljak, Markus Rausch, Steve und Hans-Jürgen Seifert, Mario Ulrich, Bernd Wagner, Heiko van Bergen und Yves Wichmann. Lieben Dank auch an die Wärmepumpenexperten und -pioniere Sven Kersten, Marek Miara, Werner Schenk und, nicht zuletzt, Karl-Heinz Stawiarski.

Mein Dank für die Unterstützung mit Bildmaterial und wertvollen Infos geht außerdem an die »Wärmepumper« Rainer und Marion Kebschull, Hansjörg Reinhardt, Dirk Herberholz und Sebastian Decker.

Sehr dankbar bin ich Marit Roloff und Inga-Lill Kuhne, die mich bei der spontanen Anpassung und Umsetzung vieler Grafiken, Abbildungen und Bildmaterial so professionell und unkompliziert unterstützt haben.

Meiner Familie, meinen Freunden und Bekannten und besonders meiner Tochter Anni danke ich für Verständnis und Geduld in den Monaten der Entstehung dieses Buches – ich liebe euch sehr!

Inhaltsverzeichnis

Cover

Titelblatt

Impressum

Über die Autorin

Über den Fachkorrektor

Danksagung

Inhaltsverzeichnis

Einführung

Über dieses Buch

Konventionen in diesem Buch

Törichte Annahmen über die Lesenden

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden

Wie es weitergeht

Teil I: Umweltenergie nutzen

Kapitel 1: Vom Mauerblümchen zum Medienstar

Reizthema Klimawandel

Kopplung der Sektoren: So funktioniert die Energiewende

Heizen mit Umweltenergie: von der Idee zum warmen Haus

Stärken und Schwächen eines Niedertemperatursystems

Hand aufs Herz und weiter geht´s

Kapitel 2: Einführung ins System Wärmepumpe: So funktioniert's

Das Prinzip »umgekehrter Kühlschrank«

Das Herzstück der Wärmepumpe

Die Wärmequellenanlage: Einführung in die Wärmequellen

Einführung in die Wärmenutzungsanlage

Solo oder im Duett? Betriebsweisen der Wärmepumpe

Leistung und Leistungsregelung

Geht auch: Kühlen mit Wärmepumpe

Zusammenfassung: Wärmepumpentypologie, Teil 1

Kapitel 3: Wenig Strom, viel Umwelt: Effizienz ist (fast) alles

COP, JAZ und andere: wichtige Kennzahlen zur Beurteilung der Effizienz

Die Wärmepumpe im Stromnetz

Elektrisch heizen und kühlen: Ist das wirklich umweltfreundlich und klimaschonend?

Teil II: Entscheidungshilfen

Kapitel 4: Quickcheck: Passt eine Wärmepumpe und wenn ja, welche?

Welcher Heizungstyp sind Sie?

Das macht den Unterschied: Neubau, Sanierung oder Modernisierung?

Kurz abgeklopft: Situation und Umfeld

Kostencheck: Diese Angaben sind (wie immer) ohne Gewähr

Wie viel Zeit sollten Sie einplanen?

Kurzer Ausblick und weiter geht´s

Kapitel 5: Gesetze, Regularien und staatliche Förderung

Das Gebäudeenergiegesetz (GEG)

Sonstige Gesetze und Auflagen rund um die Wärmepumpe

Staatliche Förderprogramme: von BEG bis KFN

Wichtige Hinweise zum Thema Förderung

Kapitel 6: Beurteilung und Optimierung Ihres Gebäudes

Gebäudeenergieeffizienz im Neubau

Der Gebäudeenergieausweis

Wichtig für die Auswahl Ihrer Wärmepumpe: die Gebäudeheizlast

Gebäudeenergieeffizienz im Bestandsgebäude

Das Drumherum: Umgebung und Grundstück

Fazit

Kapitel 7: Ihr Weg zur Wärmepumpe und wer Sie begleitet

Energieeffizienzexperten und Gebäudeenergieberater

Planer für technische Gebäudeausrüstung (TGA)

Der Champion: Ihr Fachhandwerker

Bunte Mischung: Wärmepumpenhersteller

Nicht zu vergessen: Komponentenhersteller und Zulieferer

Contracting- und andere Modelle: Wärme(-pumpen) mieten

Kundendienst & Servicetechniker

Auf ein gutes Team!

Teil III: Allerlei technische Details

Kapitel 8: Fokus Wärmequellen: Woher kommt die Energie?

Die (Außen-)Luft zum Heizen nutzen: Luft-Wasser-Wärmepumpen

Rund um den Schallschutz

Wenn die Hydraulik fehlt: Luft-Luft-Wärmepumpen

Erdwärmepumpen oder besser: Sole-Wasser-Wärmepumpen

Grundwasser zum Heizen und Kühlen nutzen: Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Sonstige Wärmequellen

Vergleich der wichtigsten Quellen auf einen Blick

Kapitel 9: Fokus: Wärmenutzung, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe

Die Wärmespeicherung: Puffer ja oder nein?

Trinkwassererwärmung

Die Wärmeübergabe

Das Wärmeverteilungssystem in ganzer Pracht

Hydraulischer Abgleich

Schwimmbäder und sonstiger Luxus

Kapitel 10: Fokus: Betriebsweisen, Leistung und Effizienz

Von monoenergetisch bis bivalent: solo oder im Duett

Wie viel PS soll sie haben? Leistungsklassen und -kriterien

Einstufige und leistungsgeregelte Wärmepumpen

Wichtige Begriffe rund um die Leistungsermittlung

Die Wärmepumpenregelung: Hier laufen die Fäden zusammen

Kapitel 11: Fokus: Betriebsmodus – Heizen oder Kühlen

Passive Kühlung mit Sole-Wasser- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen

Aktiv kühlen mit der Wärmepumpe

Kühlen mit der Wärmepumpe: Darauf sollten Sie (und Ihr Fachpartner) achten

Luft-Luft-Wärmepumpen zum Kühlen

Kapitel 12: Fokus: Strom und Energiemanagement

Die Wärmepumpe im Gebäude und die elektrotechnischen Anforderungen

Die Wärmepumpe am Netz

Dreamteam Wärmepumpe und Photovoltaik!

Stromtarife, Teil 2: Clouds und flexible Tarife

Energiemanagement von morgen: intelligente Stromzähler in intelligenten Netzen

Teil IV: Schritt für Schritt zur eigenen Wärmepumpe

Kapitel 13: Von der Bedarfsermittlung und Vorplanung bis zum Angebot

Bedarfsermittlung und Vorplanung

Angebotscheck

Die nächsten Schritte

Kapitel 14: Es geht los: von der Beauftragung über die Detailplanung bis zur Installation

Der Auftrag

Detailplanung und Installation anhand von Fallbeispielen

Nachschlag

Kapitel 15: So klappt das Zusammenleben mit der Wärmepumpe

Vor der Inbetriebnahme

Die Inbetriebnahme

Einweisung

Vertrauen ist gut, Kontrolle ist besser

Vom Umgang mit »der Neuen«

Inspektion und Wartung von nah und fern: Ein-Jahres-Check

Wenn es mal hakt: Vom Umgang mit Fehlern

»Lebensdauer« einer Wärmepumpe

… zu guter Letzt

Teil V: Der Top-Ten-Teil

Kapitel 16: 10 hilfreiche YouTube-Channels und Blogs

Schlau Energiesparen

SHK-Info

Der Energiesparkommissar

Innovation 4E

Volker Quaschning

Der Akkudoktor

Heizen im grünen Bereich

HomeAlex

Haustechnik verstehen

Terra X: Lesch & Co

Kapitel 17: 10 hilfreiche Webseiten zu Heizungstausch und Wärmepumpe

Heiz.report

hieper – der Hausenergieplaner

Energiewechsel-Kampagne der Bundesregierung

Wärmepumpen-Online-Training

co2online

foerderdata – die Fördermitteldatenbank

energieheld.de

Wohnglück

Bosy online

Bundesverband Wärmepumpe

Kapitel 18: 10 Gerüchte rund um die Wärmepumpe und was dran ist

Die Wärmepumpe ist nur für den Neubau geeignet

Die Wärmepumpe funktioniert nur mit Fußbodenheizung

Wärmepumpen sind Stromfresser

Die Wärmepumpe ist laut und stört die Nachbarn

Wärmepumpen sind völlig überteuert

Wärmepumpen überlasten das Stromnetz

Wärmepumpen sind giftig

Heizen per Gesetz in Zukunft nur mit Wärmepumpe erlaubt

Wärmepumpen sind kompliziert, Handwerksbetriebe überfordert

Wärmepumpen funktionieren nicht, wenn es draußen richtig kalt ist

Quellenangaben

Abbildungsverzeichnis

Stichwortverzeichnis

End User License Agreement

Tabellenverzeichnis

Kapitel 2

Tabelle 2.1: Siedepunkte verschiedener natürlicher Kältemittel (und Wasser)

Kapitel 4

Tabelle 4.1: Unverbindliche Preisangaben für verschiedene Wärmepumpenanlagen und ...

Tabelle 4.2: Ungefähre Verbrauchskosten im Neubau, bei einer Heizlast von 7 kW un...

Tabelle 4.3: Ungefähre Verbrauchskosten für ein Bestandsgebäude (Heizlast von 11 ...

Tabelle 4.4: Durchschnittliche Wartungskosten pro Jahr

Tabelle 4.5: Übersicht über die Dauer der Installation einer Wärmepumpenanlage un...

Kapitel 5

Tabelle 5.1: Immissionsrichtwerte nach Gebietstypen in dB (A)

Tabelle 5.2: Übersicht BEG-Einzelmaßnahmenförderung (BAFA)

Tabelle 5.3: Kredithöhe und Tilgung bei der KfW-Förderung für Sanierung

Tabelle 5.4: KfW-Kredite für klimafreundlichen Neubau (KFN)

Kapitel 8

Tabelle 8.1: Wärmequellen im Vergleich

Kapitel 10

Tabelle 10.1: Technische Daten (Luft-Wasser-Wärmepumpe)

Kapitel 12

Tabelle 12.1: Strom und Wärme: einsam oder gemeinsam?

Kapitel 15

Tabelle 15.1: Datentabelle Wärmepumpe im 1. Betriebsjahr

Orientierungspunkte

Cover

Titelblatt

Impressum

Über die Autorin

Inhaltsverzeichnis

Einführung

Fangen Sie an zu lesen

Quellenangaben

Abbildungsverzeichnis

Stichwortverzeichnis

End User License Agreement

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Einführung

»Die Wärmepumpe kommt!« titelte im September 2023 eine populäre deutsche Boulevard-Zeitung am Tag nach der Verabschiedung des Gebäudeenergiegesetzes im Deutschen Bundestag. Für mich als Pressesprecherin des Bundesverbands Wärmepumpe eigentlich ein Grund, sofort alles an den Nagel zu hängen und in den vorgezogenen Ruhestand zu gehen – denn was kann einer Pressesprecherin Besseres passieren? Mein Thema auf der Titelseite der wohl auflagenstärksten deutschen Tageszeitung – das ist durch die PR-Brille betrachtet eine Art Ritterschlag …

Als ein Jahr zuvor, im Herbst 2022, die Frage an mich herangetragen wurde, ob ich mir vorstellen könne, »Wärmepumpen für Dummies« zu schreiben, war die Welt zwar längst nicht in Ordnung (Weltwirtschaftskrisen, Ukraine-Krieg, Energiekrise), aber die deutsche, europäische und internationale Klimapolitik und der Trend zum erneuerbaren Heizen waren mehr oder weniger Konsens.

Seitdem hat sich viel verändert und in keinem Land wurde die Wärmepumpe so kontrovers diskutiert wie in Deutschland im Laufe des vergangenen Jahres.

Sie ist in den Jahren 2022 und 2023 zu einem Politikum geworden: von der vermeintlichen Klimaretterin zum roten Tuch für die Gas- und Öl-Lobby, ein Spielball der aktuellen Ampel-Koalition in Deutschland, Mittelpunkt hitziger Debatten rund um die Novellierung des Gebäudeenergiegesetzes.

Nicht nur vor dem Hintergrund der aktuellen klima- und geopolitischen Entwicklungen und Ereignissen ist es mir ein besonderes Bedürfnis, interessierten Lesern und Leserinnen mein Wissen rund um diese clevere Technologie näher zu bringen. Ich habe sie lieb gewonnen in den sieben Jahren, die ich mich nun schon mit ihr, der Wärmepumpe, beschäftige, dieser »Diva« unter den Heizungssystemen, die es aber auch sein darf. Denn wer es schafft, »die Bude warm zu bekommen«, ohne etwas zu verbrennen, darf schon ein wenig anspruchsvoll sein – wie ich finde.

Ich habe in diesem Buch nach bestem Wissen und Gewissen mein in den vergangenen sieben Jahren erworbenes Wissen und das Wissen vieler Akteure aus dem Wärmepumpenumfeld (also sehr viel Wissen) zusammengetragen, gebündelt, gefiltert, angepasst, verdichtet und nach »Dummie-Manier« verpackt. Alle Angaben sind ohne Gewähr, Haftung ist in allen Fällen ausgeschlossen.

Über dieses Buch

Dieses Buch ist keinesfalls eine Anleitung zum Selbsteinbau einer Wärmepumpe. Überlassen Sie das bitte geschultem Fachpersonal. Sie werden erfahren, wer Sie auf dem Weg zur Wärmepumpe wie unterstützen kann und worauf es beim Umgang mit der Wärmepumpe ankommt.

Der Fokus liegt auf Wärmepumpen für Ein- und kleine Mehrfamilienhäuser im Neubau und im Bestand, wobei die Modernisierung von Bestandsgebäuden eine etwas größere Rolle spielt – denn hier liegt die besondere Herausforderung.

Sie werden nach der Lektüre wissen, worauf Sie bei der Planung und Installation einer Wärmepumpe achten sollten, damit es gut klappt, das Zusammenleben mit einer Niedertemperaturheizung. In jedem Fall werden Sie Ihrem Fachpartner über die Schulter und auf die Finger schauen und die richtigen Fragen stellen können.

Die technologischen Entwicklungen in Zusammenhang mit der Wärmepumpen-Technologie laufen auf Hochtouren. Auch finden insbesondere im Bereich der Gebäudeautomation und der Kombination aus verschiedenen Komponenten rund um die Gebäudeenergieversorgung aktuell spannende Veränderungen statt.

Konventionen in diesem Buch

In diesem Buch wird aus Gründen der besseren Lesbarkeit (meistens) das generische Maskulinum verwendet. Sämtliche Geschlechteridentitäten sind dabei ausdrücklich mitgemeint, soweit es für die jeweilige Aussage erforderlich ist.

Wird ein Begriff neu eingeführt, so ist er (meist) kursiv gedruckt.

Bei Internetadressen finden Sie immer auch einen QR-Code abgedruckt, damit Sie über Ihr Smartphone direkt die entsprechende Adresse im Netz aufsuchen können.

Törichte Annahmen über die Lesenden

Dieses Buch ist primär für fachfremde Themeneinsteiger gedacht, die Lust haben, in die Wärmepumpentechnologie einzusteigen und dabei ein wenig über den Tellerrand zu blicken – denn an der einen oder anderen Stelle wird es spannend technisch.

Wenn Sie dieses Buch in der Hand halten, planen Sie vielleicht gerade einen Hausbau oder haben ein Bestandsgebäude erworben? Vielleicht besitzen Sie auch schon ein Wohnhaus und stehen vor einem Heizungstausch, weil das alte System (hoffentlich erst demnächst) den Geist aufgibt oder weil Sie in den Debatten zum Klimawandel bewusst entschieden haben, sich von Ihrer alten Gas-, Öl- oder sonstigen Heizung zu verabschieden?

Vielleicht möchten Sie sich auch einfach nur mit der Wärmepumpentechnologie vertraut machen, um mitreden zu können.

In allen Fällen sind Sie hier goldrichtig und werden jede Menge Wissen und Hinweise mitnehmen können.

Selbstverständlich können auch Fachpersonen Spaß an der Lektüre haben und sind herzlich eingeladen, sich an einem Diskurs zu aktuellen Entwicklungen zu beteiligen – auch ich bin für konstruktive Hinweise und Kritik jederzeit offen!

Symbole, die in diesem Buch verwendet werden

In diesem Buch werden einige Symbole verwendet, um Ihnen den Lesefluss zu erleichtern.

An dieser Stelle gibt es Hintergrundinformationen oder wertvolle Hinweise, damit Sie die Inhalte besser einordnen oder verdauen können.

Bei diesem Symbol finden Sie praktische Tipps und Anregungen.

Hier geht es ins technische Eingemachte, mal mehr und mal weniger intensiv. Diese Abschnitte sind meist ein »Kann«, aber kein »Muss« – aber hilfreich, um technische Zusammenhänge besser zu verstehen.

Hin und wieder ist Vorsicht geboten – seien Sie hier besonders aufmerksam.

An der einen oder anderen Stelle werden Sachverhalte anhand von praktischen oder Rechenbeispielen erklärt.

Hier werden hin und wieder einzelne Begriffe erklärt und in einen Zusammenhang gebracht.

Wie es weitergeht

Dieses Buch wird Sie mithilfe von vielen Tipps aus erster Hand und anhand von einigen Beispielen aus der Praxis auf Ihrem Weg zur Wärmepumpe (oder auch in eine andere Richtung) begleiten.

Sie müssen dabei nicht Kapitel für Kapitel vorgehen – der Einstieg ist an jeder Stelle möglich und viele Verweise ermöglichen es Ihnen, beliebig hin- und herzuspringen.

Die Entwicklungen in Zusammenhang mit der Wärmepumpen-Technologie laufen auf Hochtouren und es wird sich in den kommenden Jahren einiges entwickeln und verändern – also lesen Sie, solange es »noch warm« ist …

Viel Spaß!

Teil I

Umweltenergie nutzen

IN DIESEM TEIL …

… lernen Sie, was eine Wärmepumpe ist, wie sie funktioniert und warum sie für den Energiemix der Zukunft eine wichtige Rolle spielen wird.

… erhalten Sie einen Überblick über verschiedene Varianten von Wärmepumpen und über die Risiken und Nebenwirkungen der Technologie.

… erfahren Sie außerdem, wodurch die Effizienz einer Wärmepumpe beeinflusst wird und welche Rolle das Stromnetz und Sie selbst dabei spielen können.

Kapitel 2

Einführung ins System Wärmepumpe: So funktioniert's

IN DIESEM KAPITEL

Blick nach innen: drei Kreislaufsysteme und ein HerzBlick nach außen: der Wärmepumpe liebste QuellenEinführung in die Wärmenutzung und WärmeverteilungBesonderheiten und Sonderformen rund ums System Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe entzieht der Umwelt (Erde, Luft, Wasser oder anderen Quellen) Wärmeenergie und gibt sie schließlich über das Wärmeverteilungssystem (z. B. Ihre Heizkörper oder Fußbodenheizung) an die Wohnräume ab. Aber wie geht das genau? Warum funktioniert das Prinzip auch, wenn es draußen kalt ist? Zeit für einen Blick in das Gesamtsystem, in das Innere der eigentlichen Wärmepumpe und für ein wenig Physik und Chemie.

Das Prinzip »umgekehrter Kühlschrank«

Ein Kühlschrank entzieht den Lebensmitteln Wärme und gibt diese nach außen ab. Die Wärmepumpenanlage kehrt dieses Prinzip in gewisser Weise um: Sie kühlt die Umwelt des Hauses ab, um das Gebäudeinnere (Wohnraum und Wasser) zu erwärmen. Beide Prinzipien benötigen ein Kältemittel, welches im Prozess zirkuliert. Genau genommen besteht die Wärmepumpenanlage aus drei Teilen oder Kreisläufen: Wärmequelle, Wärmepumpe und Wärmenutzung. Wie diese zusammen funktionieren, sehen Sie in Abbildung 2.1.

Bitte speichern Sie schon an dieser Stelle, dass dieser Prozess auch umgekehrt werden kann – und dann macht die Wärmepumpenanlage eigentlich nichts anderes als ein Kühlschrank – davon später mehr in diesem Kapitel und in Kapitel 11.

Abbildung 2.1: Die drei Kreisläufe einer Wärmepumpenanlage

Die

Wärmequellenanlage

entnimmt der Quelle die Energie (Wärme). Bei einer Luft-Wärmepumpe wird zum Beispiel die Luft über einen Ventilator angesaugt und gibt ihre Energie an den zweiten Kreislauf ab.

Im zweiten, dem

Kältekreis

oder Kälte(mittel)kreislauf

mit der eigentlichen Wärmepumpe (und ihrem Herzstück, dem Kompressor/Verdichter) wird die notwendige Temperatur erzeugt.

Im

Heizkreis

wird die erzeugte Wärme an die

Wärmesenke

mit Speicher, Flächenheizungen, Heizkörpern und Trinkwarmwasserversorgung übergeben und verteilt.

Der Verlaufspfeil oberhalb in Abbildung 2.1 zeigt außerdem, wie die Wärmepumpenanlage mit wenig Strom (ca. ¼) und viel Umweltenergie (ca. ¾) die gewünschte Raumtemperatur erreicht.

Diese drei Kreisläufe lernen Sie nun ein wenig genauer kennen – und zwar den wichtigsten zuerst.

Das Herzstück der Wärmepumpe

Der Kältekreislauf in Abbildung 2.2 befindet sich in der Regel in einem Gehäuse, das zum Teil tatsächlich aussieht wie ein Kühlschrank oder ein Gefrierschrank, das ist die eigentliche Wärmepumpe. Bei einigen Varianten, sogenannten Split-Geräten (siehe weiter hinten in diesem Kapitel), ist dieser Kreislauf auf zwei Geräte verteilt.

Abbildung 2.2: Der Kältekreis

Die wichtigsten technischen Bauteile

Bevor Sie den Kältekreis – und was darin passiert – im Detail kennenlernen, können Sie in Abbildung 2.3 einen Blick in das Innere eines Gehäuses werfen. Die Anordnung und Form der einzelnen Bauteile variiert natürlich von Gerätetyp zu Gerätetyp, von Hersteller zu Hersteller und von Leistungsklasse zu Leistungsklasse.Das Expansionsventil senkt Druck/ Temperatur wieder ab und regelt den Volumenstrom, damit die richtige Menge Kältemittel zum Verdampfer gelangt, im Schauglas kann der Fachmann den Zustand des Kältemittels bei der Wartung prüfen. Der Filtertrockner sorgt dafür, dass das Kältemittel von Feuchtigkeit oder Verunreinigungen befreit wird. Mehr zur Bedeutung der einzelnen Bauteile erfahren Sie im Verlauf dieses Buches.

Abbildung 2.3: Das Innere einer Wärmepumpe. Quelle: Weishaupt

Der Kältekreisprozess, der Wärme macht

Im Kältekreislauf (auch Kältekreisprozess) findet Thermodynamik auf höchstem Niveau statt: Es zirkuliert ein Kältemittel (siehe Exkurs im kommenden Abschnitt), das schon bei niedrigen Temperaturen verdampft. Das verdampfte Kältemittel wird im Verdichter (auch Kompressor) auf hohen Druck zusammengepresst und dadurch auf höhere Temperaturen gebracht. Für den Antrieb dieses Kompressors wird Strom benötigt. So viel wie nötig, so wenig wie möglich!

Die wohl am häufigsten eingesetzten Kompressoren (Verdichter) in Wärmepumpen für den Hausgebrauch sind sogenannte Scrollverdichter, die in ihrem Innersten so aufgebaut sind wie in Abbildung 2.4 schematisch dargestellt. Sie sehen aus wie ein aufgeschnittenes Schneckenhaus, zur Mitte werden die Zwischenräume enger. Das gasförmige Kältemittel wird in diese Schnecke hineingepresst. Der Kompressor einer Wärmepumpe ist also in der Tat vergleichbar mit dem menschlichen Herzen. Ein Motor, der den Kreislauf in Gang hält und den Druck reguliert. Mehr zu Verdichtern erfahren Sie in Kapitel 10.

Abbildung 2.4: Schema Scroll-Kompressor

Diejenigen von Ihnen, die ihren Fahrradreifen noch mit der Handpumpe aufpumpen, wissen, wie heiß das Ventil bei kräftigem Pumpen werden kann. Warum passiert das? Auch hier wird die Luft in der Pumpe verdichtet und dadurch erhitzt. Ähnliches passiert im Kompressor der Wärmepumpe – nur kommt es hier zu wesentlich höheren Temperaturen.

Das komprimierte, gasförmige Kältemittel gibt seine Wärme nun an den dritten Kreislauf, das Wärmeverteilungssystem, ab. Bei Abgabe der Wärme kondensiert das Kältemittel in dem zentralen Kreislauf wieder und kühlt ab. Das Entspannungsventil (auch Expansionsventil) sorgt dafür, dass Druck und Temperatur weiter reduziert werden. Das Kältemittel gelangt nun an den Start des Kreislaufs und kann erneut Umweltenergie aufnehmen, der thermodynamische Prozess beginnt von vorn:

Verdampfen,

Verdichten,

Verflüssigen,

Entspannen.

Verdampfer und Verflüssiger sind also Wärmeübertrager, die den Aggregatzustand des Kältemittels in einem geschlossenen Kreislauf durch Wärmezufuhr (im Verdampfer) und Wärmeentzug (im Verflüssiger) permanent ändern.

Wird die Wärmepumpe zur aktiven Kühlung eingesetzt, tauschen Verdampfer und Verflüssiger ihre Rollen. Das funktioniert wie bei klassischen Kältemaschinen, die zum Kühlen von Gebäuden zum Einsatz kommen. Mehr zum Kühlen mit der Wärmepumpe in Kapitel 11.