Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe ist ein thermodynamisches Heizsystem, das Umweltwärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser nutzt und durch Kompression auf ein höheres Temperaturniveau hebt.
Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe ist ein thermodynamisches Heizsystem zur Bereitstellung von Heizwärme und Warmwasser in Gebäuden. Das System nutzt Umweltenergie aus Luft, Erdreich oder Grundwasser und hebt diese durch einen elektrisch betriebenen Verdichtungsprozess auf ein höheres Temperaturniveau. Wärmepumpen gelten als zentrale Technologie der Wärmewende im Gebäudesektor und erfüllen die Anforderungen des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) an die Nutzung erneuerbarer Energien.
Funktionsprinzip
Das thermodynamische Arbeitsprinzip der Wärmepumpe basiert auf einem geschlossenen Kältemittelkreislauf. Der Prozess verläuft in vier Phasen:
Verdampfung: Ein Kältemittel mit niedrigem Siedepunkt nimmt Wärmeenergie aus der Umgebungsquelle (Luft, Erdreich, Wasser) auf und verdampft bei niedrigem Druck und niedriger Temperatur.
Kompression: Ein elektrisch angetriebener Verdichter komprimiert das gasförmige Kältemittel. Durch die Kompression steigen Druck und Temperatur des Kältemittels auf das für Heizzwecke erforderliche Niveau.
Kondensation: Das komprimierte, heiße Kältemittelgas gibt seine Wärmeenergie im Kondensator an das Heizsystem ab und verflüssigt sich dabei.
Expansion: Das flüssige Kältemittel wird über ein Expansionsventil entspannt, wodurch Druck und Temperatur absinken. Der Kreislauf beginnt von neuem.
Die Effizienz dieses Prozesses wird durch die Jahresarbeitszahl (JAZ) quantifiziert. Sie gibt das Verhältnis zwischen abgegebener Heizwärme und eingesetzter elektrischer Energie über ein gesamtes Betriebsjahr an. Eine JAZ von 4,0 bedeutet, dass aus einer Kilowattstunde elektrischer Energie vier Kilowattstunden Heizwärme gewonnen werden. Die verbleibenden drei Kilowattstunden stammen aus der Umweltwärmequelle.
Systembauarten nach Wärmequelle
Wärmepumpen werden nach der genutzten Umweltwärmequelle klassifiziert. Die Wahl der Wärmequelle beeinflusst Investitionskosten, Jahresarbeitszahl und Genehmigungsaufwand.
Luft-Wasser-Wärmepumpe
Luft-Wasser-Wärmepumpen entziehen der Außenluft Wärmeenergie mittels eines Ventilators, der Umgebungsluft über einen Verdampfer führt. Diese Bauart dominiert den deutschen Markt aufgrund vergleichsweise geringer Erschließungskosten und unkomplizierter Installation.
Die Effizienz ist temperaturabhängig: Bei milden Temperaturen erreichen moderne Geräte hohe Arbeitszahlen, bei starkem Frost sinkt die Leistungszahl. Typische Jahresarbeitszahlen liegen zwischen 3,0 und 4,0.
Die Geräuschentwicklung des Außenventilators erfordert Beachtung nachbarschaftsrechtlicher Vorgaben (TA Lärm). Moderne Systeme nutzen schalloptimierte Ventilatoren und können im Flüstermodus betrieben werden.
Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdwärmepumpe)
Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen die im Erdreich gespeicherte Wärmeenergie. Die Wärmegewinnung erfolgt entweder über horizontal verlegte Flächenkollektoren (1,5 bis 2 Meter Tiefe) oder über vertikale Erdwärmesonden (bis zu 100 Meter Tiefe).
Flächenkollektoren benötigen etwa die 1,5- bis 2-fache beheizte Wohnfläche als Verlegefläche. Die Kollektoren dürfen nicht überbaut oder versiegelt werden.
Erdwärmesonden erfordern eine Bohrung, die nach Wasserhaushaltsgesetz genehmigungspflichtig ist. In Wasserschutzgebieten sind Tiefenbohrungen häufig untersagt.
Die Jahresarbeitszahlen von Erdwärmepumpen liegen typischerweise zwischen 3,8 und 4,5, da die Erdreichtemperatur ganzjährig stabiler ist als die Lufttemperatur.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe (Grundwasserwärmepumpe)
Wasser-Wasser-Wärmepumpen nutzen die konstante Temperatur des Grundwassers (8 bis 12 °C). Das System erfordert zwei Brunnen: einen Förderbrunnen zur Wasserentnahme und einen Schluckbrunnen zur Rückführung.
Die wasserrechtliche Erlaubnis ist nach Wasserhaushaltsgesetz obligatorisch. Die zuständige Untere Wasserbehörde prüft Grundwasserstand, Durchlässigkeit und Wasserqualität.
Grundwasserwärmepumpen erreichen die höchsten Jahresarbeitszahlen von 4,5 bis 5,0. Die Investitionskosten liegen jedoch deutlich über denen von Luft-Wasser-Systemen.
Investitionskosten
Die Anschaffungs- und Installationskosten variieren nach Systemtyp und Erschließungsaufwand:
| Wärmepumpentyp | Investitionskosten (komplett) |
|---|---|
| Luft-Wasser-Wärmepumpe | 25.000 - 40.000 Euro |
| Sole-Wasser (Flächenkollektor) | 30.000 - 45.000 Euro |
| Sole-Wasser (Erdwärmesonde) | 35.000 - 50.000 Euro |
| Wasser-Wasser-Wärmepumpe | 35.000 - 50.000 Euro |
Die Kostenstruktur umfasst Wärmepumpengerät, hydraulische Einbindung, Wärmespeicher, Regelungstechnik und Erschließung der Wärmequelle. Bei Erdwärmepumpen dominieren die Erschließungskosten (Bohrung oder Kollektorverlegung) mit 40 bis 50 Prozent der Gesamtinvestition.
Betriebskosten
Die laufenden Betriebskosten werden primär durch den Stromverbrauch bestimmt. Für ein Einfamilienhaus mit 150 m² Wohnfläche und einem Heizwärmebedarf von 15.000 kWh/a ergeben sich folgende jährliche Stromverbräuche:
| Wärmepumpentyp | JAZ | Stromverbrauch | Betriebskosten (bei 30 ct/kWh) |
|---|---|---|---|
| Luft-Wasser | 3,5 | 4.300 kWh | 1.290 Euro |
| Sole-Wasser | 4,2 | 3.570 kWh | 1.070 Euro |
| Wasser-Wasser | 4,8 | 3.125 kWh | 940 Euro |
Zum Vergleich: Eine Gasbrennwertheizung mit 90 Prozent Jahresnutzungsgrad benötigt 16.670 kWh Erdgas, was bei aktuellen Energiepreisen (12 ct/kWh Gas plus CO₂-Preis) zu Kosten von etwa 2.200 Euro führt.
Spezielle Wärmepumpentarife der Stromversorger bieten teilweise reduzierte Preise und können die Betriebskosten weiter senken.
Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG)
Die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) unterstützt den Einbau von Wärmepumpen mit erheblichen Zuschüssen. Die Förderung erfolgt über die KfW im Programm 458.
Grundförderung: 30 Prozent der förderfähigen Kosten für den Heizungstausch.
Klimageschwindigkeitsbonus: Zusätzliche 20 Prozent beim Austausch funktionstüchtiger Öl-, Gas-, Kohle- oder Nachtspeicherheizungen sowie Biomasse-heizungen über 20 Jahre. Der Bonus gilt befristet bis Ende 2028 und wird danach schrittweise reduziert.
Einkommensabhängiger Bonus: 30 Prozent für selbstnutzende Eigentümer mit einem zu versteuernden Haushaltseinkommen bis 40.000 Euro jährlich.
Effizienzbonus: 5 Prozent für Wärmepumpen mit natürlichem Kältemittel (Propan, Isobutan, CO₂) oder für Anlagen mit den Wärmequellen Erdreich, Wasser oder Abwasser. Für den Effizienzbonus ist keine Mindest-JAZ erforderlich.
Die Förderbestandteile sind kumulierbar bis zu einem Maximum von 70 Prozent. Die förderfähigen Kosten sind auf 30.000 Euro für die erste Wohneinheit begrenzt, woraus eine maximale Förderung von 21.000 Euro resultiert.
Technische Fördervoraussetzungen
Die Förderung unterliegt definierten technischen Mindestanforderungen:
Jahresarbeitszahl: Die berechnete JAZ muss bei Luft-Wasser-Wärmepumpen mindestens 3,0 betragen, bei Sole-Wasser und Wasser-Wasser-Wärmepumpen mindestens 3,8.
Smart-Meter-Gateway-Anschluss: Seit 1. Februar 2025 werden nur noch Wärmepumpen gefördert, die an ein zertifiziertes Smart-Meter-Gateway anschließbar sind, um netzdienliche Betriebsweisen zu ermöglichen.
Steuerbarkeit nach § 14a EnWG: Unabhängig von der Förderung gilt seit 1. Januar 2024: Neue Wärmepumpen über 4,2 kW müssen als steuerbare Verbrauchseinrichtungen gemäß § 14a Energiewirtschaftsgesetz netzdienlich steuerbar sein.
Natürliche Kältemittel: Ab 2028 werden ausschließlich Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln (R290 Propan, R600a Isobutan, R744 CO₂, NH₃ Ammoniak) gefördert.
Antragstellung: Der Förderantrag ist vor Vorhabensbeginn bei der KfW zu stellen. Verträge mit auflösender oder aufschiebender Bedingung (abhängig von der Förderzusage) sind zulässig. Eine nachträgliche Antragstellung führt zur Ablehnung.
Gebäudeeignung und Systemauslegung
Die Effizienz von Wärmepumpen korreliert direkt mit der erforderlichen Vorlauftemperatur des Heizsystems. Niedrige Systemtemperaturen führen zu höheren Jahresarbeitszahlen und reduzierten Betriebskosten.
Fußbodenheizung: Optimales Wärmeabgabesystem mit Vorlauftemperaturen von 30 bis 35 °C. Bei diesem Temperaturniveau erreichen Wärmepumpen Jahresarbeitszahlen von 4,0 bis 5,0.
Heizkörpersysteme: Konventionelle Heizkörper benötigen Vorlauftemperaturen von 50 bis 60 °C. Moderne Niedertemperatur-Heizkörper oder übergroße Flachheizkörper ermöglichen den wirtschaftlichen Wärmepumpenbetrieb auch bei Heizkörperheizungen.
Altbaueignung: Unsanierte Altbauten mit hohem Heizwärmebedarf und kleindimensionierten Heizkörpern erfordern vor dem Wärmepumpeneinbau eine energetische Ertüchtigung der Gebäudehülle oder eine Anpassung des Wärmeabgabesystems.
Eine Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 durch einen qualifizierten Energieberater ermittelt die Gebäudeeignung und optimale Anlagendimensionierung. Die VDI 4645 (Planung und Errichtung von Wärmepumpenanlagen in Wohngebäuden) gilt als anerkannte Regel der Technik für die fachgerechte Planung und Auslegung.
Installation und Genehmigungen
Die Installation erfolgt durch zertifizierte Fachbetriebe des Sanitär-Heizung-Klima-Handwerks.
Luft-Wasser-Wärmepumpen: Das Außengerät benötigt einen geeigneten Aufstellort mit ausreichendem Luftdurchsatz. Die TA Lärm definiert Immissionsrichtwerte für Schallemissionen, beispielsweise 55 dB(A) tags und 40 dB(A) nachts in allgemeinen Wohngebieten. Die Grenzabstände zur Grundstücksgrenze sind landesrechtlich geregelt. In vielen Bundesländern sind Wärmepumpen bis 2 Meter Höhe und 3 Meter Länge ohne eigene Abstandsflächen zulässig, sofern die Lärmschutzvorgaben der TA Lärm eingehalten werden.
Erdwärmepumpen: Die Bohrung von Erdwärmesonden ist nach § 49 Wasserhaushaltsgesetz bei der Unteren Wasserbehörde anzeige- oder genehmigungspflichtig. In Wasserschutzgebieten der Zonen I und II sind Bohrungen untersagt.
Platzbedarf innen: Der Technikraum muss Platz für Wärmepumpeneinheit, Warmwasserspeicher (200 bis 300 Liter), Pufferspeicher (optional) und hydraulische Komponenten bieten. Ein Platzbedarf von 3 bis 4 m² ist üblich.
Systemkombination mit Photovoltaik
Die Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaikanlage optimiert die Eigenstromnutzung und reduziert Betriebskosten.
Der solare Eigenverbrauchsanteil für Wärmepumpenstrom beträgt ohne Batteriespeicher etwa 22 bis 37 Prozent. Mit Batteriespeicher steigt der Eigenverbrauch auf 40 bis 83 Prozent, abhängig von Anlagendimensionierung und Gebäudecharakteristik.
Eine intelligente Regelung verschiebt den Wärmepumpenbetrieb in Zeiten hoher Solarstromerzeugung. Der Pufferspeicher dient als thermischer Speicher für zeitverschobenen Wärmebedarf.
Die Kombination trägt zur Sektorenkopplung bei und erhöht die CO₂-Einsparung, insbesondere bei Verwendung des selbst erzeugten erneuerbaren Stroms.
Wartung und Lebensdauer
Wärmepumpen sind wartungsarme Systeme ohne Verbrennungsprozess und Schornsteinfegerpflicht.
Wartungsintervalle: Jährliche Inspektion empfohlen. Überprüfung umfasst Kältemittelkreislauf, Druckverhältnisse, elektrische Komponenten, Kondensatableitung und Regelungsparameter.
Wartungskosten: 150 bis 300 Euro jährlich für Routinewartung.
Lebensdauer: Die technische Lebensdauer beträgt 15 bis 20 Jahre. Das Außengerät unterliegt höherem Verschleiß durch Witterungseinflüsse. Die Inneneinheit und hydraulische Komponenten erreichen typischerweise 20 bis 25 Jahre Betriebsdauer.
Rechtliche Rahmenbedingungen
Das Gebäudeenergiegesetz definiert ab den gestaffelten Stichtagen (1. Januar 2024 für Neubaugebiete, 1. Juli 2026 bzw. 1. Juli 2028 für Bestandsgebäude nach kommunaler Wärmeplanung) für neu eingebaute Heizungsanlagen eine 65-Prozent-Anforderung für erneuerbare Energien. Eine elektrische Wärmepumpe gilt als pauschale Erfüllungsoption dieser Anforderung. Ein JAZ-Mindestwert von 2,5 ist für die GEG-Erfüllung nicht erforderlich. Der Wert von 2,5 spielt ausschließlich im Mietrecht nach § 71o GEG eine Rolle für die Umlagefähigkeit der Betriebskosten.
Die Umstellung auf Wärmepumpentechnologie trägt zur Erfüllung klimapolitischer Ziele und zur Dekarbonisierung des Gebäudesektors bei. Die Technologie gilt als zentraler Baustein der Energiewende im Wärmesektor.
Weiterführende Informationen
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