Wie energieeffizient und umweltfreundlich sind Wärmepumpen?

Erschienen am
19.8.2024
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Eine Wärmepumpe entzieht einer Wärmequelle mit einem niedrigeren Temperaturniveau Energie in Form von Wärme, die sie dann intern auf ein höheres Temperaturniveau anhebt („pumpt“) und an das Heizsystem (z. B. eines Wohnhauses) abgibt.

Wie wird die Energieeffizienz von Wärmepumpen gemessen?

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Eine Wärmepumpe entzieht einer Wärmequelle mit einem niedrigeren Temperaturniveau Energie in Form von Wärme, die sie dann intern auf ein höheres Temperaturniveau anhebt („pumpt“) und an das Heizsystem (z. B. eines Wohnhauses) abgibt. Möglich wird das durch den Einsatz eines Kältemittels, das sich in einem geschlossenen Kreislauf in der Wärmepumpe befindet. Das Kältemittel nimmt die Umgebungswärme auf, wobei es vom flüssigen in den gasförmigen Zustand wechselt. In dieser Form gelangt es in den Verdichter, der das Gas komprimiert, wodurch sich dessen Temperatur weiter erhöht. Die Wärme wird danach im Kondensator als Nutzwärme auf das Heizungswasser übertragen, wobei sich das Gas beim Abkühlen erneut verflüssigt. Das abgekühlte, flüssige Gas wird durch ein Expansionsventil weitergeleitet, wobei es sich weiter abkühlt, bevor es erneut in den Verdampfer gelangt und der Kreislauf von vorne beginnt.

Verbreitete Wärmequellen für Wärmepumpen sind die Umgebungsluft, Erdwärme oder Grundwasser; ebenso können Wärmepumpen, etwa im industriellen Umfeld, auch Abwärme (Abluft, Abwasser) oder andere Wärmequellen effizient nutzen.

Es gibt zwei wichtige Kennzahlen, die für die Beurteilung der Energieeffizienz von Wärmepumpen von Relevanz sind:

  • die Leistungszahl: Sie gibt das Verhältnis von abgegebener Nutzwärmeleistung und eingesetzter elektrischer Leistung (jeweils in Kilowatt; kW) an.
  • die Jahresarbeitszahl: Sie gibt das Verhältnis der im Laufe eines Jahres abgegebenen Wärmemenge und eingesetzter elektrischer Energie (jeweils in Kilowattstunden; kWh) an.

Je höher die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe ist, desto energieeffizienter und umweltfreundlicher arbeitet das Gerät. Ebenso steht eine hohe Jahresarbeitszahl für eine hohe Kosteneffizienz; der Betrieb einer solchen Wärmepumpe ist also besonders kostengünstig.

Welche Energieeffizienz können moderne Wärmepumpen erreichen?

Je nach genutzter Wärmequelle schwanken die Jahresarbeitszahlen von verschiedenen Wärmepumpen stark. Allerdings sind die erreichten Werte stets in besonderen Maß davon abhängig, die Wärmepumpe in das Heizsystem integriert wurde. So können etwa in einem Neubau mit Fußboden- und Flächenheizungen höhere Jahresarbeitszahlen erreicht werden als bei einem Altbau mit konventionellen Heizkörpern.

In den vergangenen Jahrzehnten wurden eine Vielzahl von Feldtests durchgeführt, mit folgenden Ergebnissen:

Luft-Wärmepumpen können in Neubauten mittlere Jahresarbeitszahlen von 2,6 bis 3,3 erreichen, sie erzeugen also aus einer Kilowattstunde Strom 2,6-3,3 Kilowattstunden Heizwärme. In Altbauten wurden hingegen mit Luft-Wärmepumpen im Mittel Jahresarbeitszahlen von nur 2,4-2,7 erreicht, damit ist diese Technologie im Vergleich weniger effizient als andere.

Bei Erd-Wärmepumpen wurden mittlere Jahresarbeitszahlen im Neubau von 3,2 bis 4,3, in einigen Fällen sogar von 5,4 ermittelt. Im Altbau kam diese Technologie auf Jahresarbeitszahlen von 2,9 bis 3,3.

Ähnlich effizient wie Erd-Wärmepumpen sind Grundwasser-Wärmepumpen, die jedoch einen höheren Energiebedarf für die Grundwasserpumpe aufweisen.

Übrigens reicht bereits eine Jahresarbeitszahl von etwa 1,6 aus, um den Einsatz fossiler Energieträger und den Verlust bei der Stromerzeugung auszugleichen. Wer auch noch die CO2-Emissionen der Stromerzeugung ausgleichen will, erreicht das mit einer Wärmepumpe, die eine Jahresarbeitszahl von 2,0 oder mehr erreicht.

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Wie umweltfreundlich sind Wärmepumpen?

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Die Umweltbelastung durch den Einsatz einer Wärmepumpe ergibt sich vor allem aus dem Stromverbrauch des Gerätes, der sich aus der Jahresarbeitszahl ablesen lässt. Je energieeffizienter diese arbeitet, desto umweltfreundlicher – und kostengünstiger – ist die Wärmepumpe im Betrieb.

Jede Wärmepumpe, deren Jahresarbeitszahl über 2,0 liegt, ist eine umweltfreundliche Alternative zu fossilen Energieträgern wie Heizöl oder Erdgas – und damit unter dem Aspekt des Umweltschutzes eine sinnvolle und empfehlenswerte Investition.

Durch den kombinierten Einsatz einer eigenen Photovoltaikanlage und einer Wärmepumpe lassen sich nicht nur die laufenden (Strom-)Kosten für den Betrieb der Wärmepumpe dauerhaft reduzieren, sondern die Umweltbilanz verbessert sich ebenfalls zusätzlich.

Wer nicht nur beim Betrieb der Wärmepumpe die Umwelt schützen will, sollte ein Modell wählen, das mit einem möglichst klimafreundlichen Kältemittel betrieben wird. Denn auch wenn es sich um ein geschlossenes Kreislaufsystem handelt, kann durch Leckagen oder beim Entsorgen der Wärmepumpe Kältemittel in die Atmosphäre entweichen. Teilfluorierte Kohlenwasserstoffe, die bisher noch sehr häufig als Kältemittel eingesetzt werden, haben teilweise ein vieltausendfach höheres Treibhauspotenzial als Kohlendioxid. Umweltfreundlicher sind daher Alternativen wie Propan (R290), das als Kältemittel u. a. in Tiefkühlschränken schon lange Standard ist.

Beim Betrieb von Wärmepumpen entstehen tieffrequente Schallwellen, die nicht nur von besonders empfindlichen Personen als störend wahrgenommen werden können. Daher muss bei der Auswahl und der Platzierung der Wärmepumpe auch darauf geachtet werden, dass diese im Betrieb möglichst keinen Nachbarn stört.

Insgesamt stellen Wärmepumpen eine besonders energieeffiziente und umweltfreundliche Möglichkeit dar, die erforderliche Heizenergie zu liefern. Weil die Kosten für fossile Energieträger in Zukunft weiter steigen werden, sind sie zudem eine zukunftssichere Investition.

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