Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Der Wachstumstrend im Bereich der Wärmepumpen setzt sich am Markt weiter fort. Im Jahr 2020 war jedes vierte neu installierte Heizsystem in Österreich eine Wärmepumpe. Funktion und Vorteile einer Wärmepumpe im Überblick.

Wärmepumpen gehören zu den umweltschonendsten Methoden der Heizung und Warmwasserbereitung. Sie reduzieren klimaschädliche CO₂-Emissionen und stellen bei richtiger Planung und optimalem Betrieb ein Vielfaches der eingesetzten elektrischen Antriebsleistung an Wärmeenergie wieder zur Verfügung. Kaum verwunderlich, dass sich diese Vorteile seit Jahren auch in nationalen und europäischen Verkaufszahlen niederschlagen. Seit 1995 wurden in Europa zirka 13,5 Millionen Wärmepumpen mit einer Gesamtleistung von 470 GWth (Gigawatt thermisch) installiert. Beziehe man die im Jahr 2019 installierten Wärmepumpen mit ein, sei es so durch den Einsatz von Wärmepumpen bereits möglich geworden, 40,6 Megatonnen an Treibhausgasemissionen einzusparen. Derzeit befinden sich mehr als 13 Millionen Wärmepumpen in Europa in Betrieb. Europaweite Spitzenreiter sind die Länder Norwegen und Finnland mit 41,7 bzw. 39 verkauften Geräten pro 1000 Haushalten.

Entwicklung Wärmepumpen in Österreich

Mit 31.721 Stück an verkauften Wärmepumpen wurde 2020 auch in Österreich ein neuer Rekordabsatz erreicht. Bei den verkauften Geräten handelte es sich konkret um 24.715 Heizungswärmepumpen, 6721 Brauchwasserwärmepumpen, 237 Wohnraumlüftungswärmepumpen und 48 Industriewärmepumpen. Trotz der Coronakrise konnte der Absatz um 10,4 Prozent (Gesamtabsatz) bzw. 9,6 Prozent (Inlandsmarkt) gesteigert werden. Jedes vierte neu installierte Heizsystem in Österreich war 2020 somit eine Wärmepumpe.

Richard Freimüller vom Verband Wärmepumpe Austria über diese Entwicklung: "Wir freuen uns, dass sich die Wärmepumpe, als zentraler Baustein der Energiewende, zum Standard im Neubau entwickelt." Aufholbedarf besteht für ihn allerdings noch im Bereich der Sanierung: "Auch im Bestand ist die Wärmepumpe in vielen Fällen das ökologisch und ökonomisch sinnvollste Heizungssystem."

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Wärmepumpen funktionieren wie Kühlschränke - das Prinzip wird nur genau umgekehrt genutzt: Während der Kältemittelkreislauf des Kühlschranks seinem Inneren Wärme entzieht und diese an die Umgebung abgibt, entzieht der Kältemittelkreislauf einer Wärmepumpe der Umgebung Wärme. Diese wird innerhalb des Geräts auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und kann dann zum Heizen oder zum Erwärmen von Brauchwasser genutzt werden. Eine effiziente Wärmepumpe kann so aus 75 Prozent kostenloser Umweltenergie 100 Prozent Wärmeleistung erzeugen. Die Hauptenergiequelle der Wärmepumpe ist die Umgebungswärme, also die in der Luft, im Boden oder im Grundwasser gespeicherte Sonnenenergie.

Der Prozess läuft in drei Schritten ab:

1. Umweltenergie gewinnen

Um die Umgebungswärme (Erde oder Grundwasser) zur Wärmepumpe im Haus zu bringen, wird häufig Sole verwendet. Diese zirkuliert in einem Rohrsystem und bringt die Umgebungswärme zu einem Verdampfer. Anders läuft es bei der Luft-Wärmepumpe ab. Hier kommt ein Ventilator zum Einsatz, welcher die Außenluft ansaugt und zur Wärmepumpe transportiert.

2. Aufwärmen

Um diese Umgebungswärme von einem relativ niedrigen auf das für Heizung und Warmwasser erforderliche Temperaturniveau zu bringen, nutzt die Wärmepumpe ein Kältemittel. Dieses verdampft aufgrund seines niedrigen Siedepunkts schon bei den vergleichsweise niedrigen Temperaturen der Wärmequelle. Durch Antriebsenergie in Form von Strom oder Gas wird das dampfförmige Kältemittel verdichtet, dadurch steigt die Temperatur auf das benötigte Niveau. In einem Kondensator wird das Kältemittel anschließend wieder verflüssigt, wobei es sowohl die zugeführte Antriebsenergie als auch die aufgenommene Umweltwärme auf einem höheren Temperaturniveau an das Heizmedium abgibt.

3. Heizen

Im Gebäude befinden sich Wärmeverteilsysteme. Darin zirkuliert in der Regel Wasser, welches die Wäme (die das Kälemittel abgibt) aufnimmt und zu einem Verteiler wie Heizkörper, Flächenheizung oder Warmwasserspeicher weiterleiten.

Effizienz der Heizung

Wie effizient eine Wärmepumpe als Heizquelle arbeitet, zeigt das Verhältnis der eingesetzten zur erzeugten Energie. Um verschiedene Bauarten und Modelle vergleichen zu können, wird unter Normbedingungen im Labor der sogenannte COP-Wert ermittelt. Dieser gibt an, wie hoch der Energiegewinn im Vergleich zum Energieeinsatz ist. Moderne Wärmepumpen erreichen dabei unter den genormten Prüfbedingungen COP-Werte von 4 bis 5. Einfacher ausgedrückt: Das Vier- bis Fünffache der eingesetzten Energie ist als Wärme nutzbar.

Dampfpumpe seit 1855

Wärmepumpen sind keine Erfindung der Moderne - im Gegenteil. Peter von Rittinger, ein österreichischer Ingenieur, nahm schon 1855 in der Saline Ebensee die erste Wärmepumpe in Betrieb. Von Rittinger bezeichnete seine Erfindung damals übrigens noch als "Dampfpumpe".

SN