Luftwärmepumpe: Funktionsweise und Preis der Luft-Wasser-Wärmepumpe

1. Luftwärmepumpe oder Luft-Wasser-Wärmepumpe

Luftwärmepumpen nutzen für ihren Betrieb die thermische Energie der Umgebungsluft (d. h. erwärmte Aussenluft) und wandeln diese in Heizwärme um. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die aus der Umgebungsluft gewonnene thermische Energie zur Erwärmung des Wassers, das anschliessend in den Heizungskreislauf geleitet wird. Die Luft-Luft-Wärmepumpe erzeugt hingegen warme Luftströme, mit denen die Räumlichkeiten auf die benötigte Temperatur gebracht werden. Unter diesen beiden Wärmepumpenarten ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe die gängigere und effizientere Variante, weshalb sich die Bezeichnung „Luftwärmepumpe“ als Synonym für diese Wärmepumpe eingebürgert hat und auch in diesem Beitrag auf diese Weise verwendet wird.

2. Heizen mit der Luftwärmepumpe

Wie funktioniert das oben Beschriebene genau? Als Erstes wird die Umgebungsluft über einen integrierten Ventilator angesaugt und in den Verdichter bzw. Kompressor (manchmal auch als Verdichter bezeichnet) der Luftwärmepumpe geleitet. Im Kompressor überträgt sich die thermische Energie (Wärme) der aufgenommenen Umgebungsluft an ein Kältemittel, das unter Druck verdichtet und dabei erhitzt wird.

Als Kältemittel werden z. B. Fluorkohlenwasserstoffe mit einem sehr niedrigen Siedepunkt eingesetzt. Bevor es in den Kompressor gelangt, fliesst das Kältemittel durch Leitungen in der Wärmepumpe, wobei es eine sehr viel niedrigere Temperatur hat als die Aussenluft. Dann wird das Kältemittel durch die thermische Energie der angesaugten Umgebungsluft erwärmt und zum Verdampfen gebracht.

Das nun als Dampf existierende Kältemittel wird durch das Verdichten im Kompressor noch zusätzlich erhitzt, wodurch es ein hohes Temperaturniveau erreicht. Anschliessend sorgt ein Wärmeüberträger bzw. Wärmetauscher (Verflüssiger) dafür, dass die Wärme an den Wasserkreislauf der Heizung abgegeben wird. Dabei kühlt sich das Kältemittel wieder ab und verliert anschliessend durch das Expansionsventil den vorher aufgebauten Druck. Bei diesem Vorgang verflüssigt sich das Kältemittel wieder und der Kreislauf kann von Neuem starten.

Eine Luftwärmepumpe funktioniert auch bei niedrigen Aussentemperaturen, allerdings verringert sich mit fallender Aussenlufttemperatur ihre Effizienz, da im Betrieb der Luftwärmepumpe der Temperaturunterschied von Aussenluft zum Kältemittel von entscheidender Bedeutung ist (je höher der Temperaturunterschied ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe). Die meisten Luftwärmepumpen funktionieren bis zu einer Aussentemperatur von -20 °C. Zwar benötigt die Wärmepumpe bei sehr niedrigen Temperaturen mehr Energie (also Strom), doch dies hat keine Auswirkungen auf die abgegebene Heizwärme.

3. Kühlen mit der Luftwärmepumpe

Mit einer Luftwärmepumpe bzw. Luft-Wasser-Wärmepumpe lässt sich ein Haus nicht nur heizen, sondern auch im Sommer abkühlen. Dies wird durch eine Umkehr der Funktionsweise der Wärmepumpe erreicht. Beim Kühlen ist es nämlich nicht die Aussenluft, sondern die Raumluft, welcher die thermische Energie entzogen wird. Die Wärme wird an die Umwelt abgegeben und die Räume kühlen sich ab.

4. Luft-Luft-Wärmepumpe

Wie bereits gesagt, ist mit dem Ausdruck Luftwärmepumpe in der Regel die Luft-Wasser-Wärmepumpe gemeint. Der Grund dafür besteht darin, dass die Luft-Luft-Wärmepumpe (diese wird auch Lüftungswärmepumpe genannt) deutlich weniger verbreitet ist. Sie eignet sich nämlich nur für Gebäude mit einer eingebauten Lüftungsanlage und kann ausserdem nur geringe Energiemengen übertragen (deshalb wird sie überwiegend in Passivhäusern eingesetzt).

Der Hauptunterschied zu anderen Wärmepumpen (Wasser-Wasser-, Luft-Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpe) besteht darin, dass kein Kältemittel zum Einsatz kommt. Eine Luft-Luft-Wärmepumpe überträgt die thermische Energie nicht auf das Heizungswasser, sondern auf die Luft. Sie nimmt Wärme der verbrauchten Raumluft auf und überträgt sie auf die Zuluft. Die Übertragung findet mithilfe eines Plattenwärmetauschers statt, über den die angesaugte Aussenluft geleitet wird. Zusätzlich wird zum Erwärmen der frischen Aussenluft ein Zuluftnacherhitzer eingesetzt.

5. Kompakte Luftwärmepumpen und Split-Luftwärmepumpen

Weil die Umgebungsluft eigentlich überall erschlossen werden kann, sind Luftwärmepumpen universell einsetzbar und besonders gut für die Sanierung älterer Gebäude und Heizungsanlagen geeignet. Der Einbau ist vergleichsweise einfach und sehr wirtschaftlich. Es gibt Modelle zur Innen- und zur Aussenaufstellung (kompakte Luftwärmepumpen oder Monobloc bzw. Monoblock) sowie Split-Anlagen.

5.1 Innenaufstellung

Innen aufgestellte Luftwärmepumpen sind vor Witterungseinflüssen geschützt und fallen optisch nicht weiter auf. Die Zu- und Abluft muss allerdings über zwei separate Schläuche bzw. Luftkanäle geführt werden, bei denen es besonders auf fachgerechte Installation ankommt, da die Luftkanäle anderenfalls Schall übertragen oder sogar verstärken können. Die erforderlichen passgenauen Durchbrüche durch die Aussenwände verteuern die Installation im Vergleich zur Aussenaufstellung. Weil die Luftwärmepumpe auf einem ebenen Fundament aufgestellt werden muss, erfolgt die Aufstellung meistens im Keller auf Höhe oder unter der Geländeoberkante. Falls sie im Hauswirtschaftsraum im Untergeschoss aufgestellt werden soll, muss man bedenken, dass die Luftkanäle nicht in Richtung eines stark frequentierten Grundstückteiles weisen sollten. Manchmal werden Luftwärmepumpen auch auf dem Dachboden aufgestellt und die Luftkanäle durch das Dach geführt. In einem solchen Fall muss vor allem die Tragfähigkeit der Decke geprüft und die Schwingungsentkopplung sorgfältig geplant werden, um eine Schallübertragung (Körperschall) zu vermeiden (Holzdecken beispielsweise sind für die Aufstellung einer Luftwärmepumpe nicht geeignet).

5.2 Aussenaufstellung

Häufiger als im Innenbereich werden kompakte Wärmepumpen im Aussenbereich aufgestellt. Die Wärme wird direkt im Aussengerät erzeugt und anschliessend über Zuleitungen in den Pufferspeicher im Heizraum des Hauses weitergeleitet. Bei einer Aussenaufstellung muss der Aufstellungsort sorgsam ausgewählt werden, denn obwohl moderne Luftwärmepumpen sehr leise sind (im Durchschnitt etwa 45 dB), sollten sie nicht unter Schlafzimmerfenstern oder in direkter Nähe zum Nachbarn aufgestellt werden. Wenn die Luftwärmepumpe auf einem Abstand von etwa fünf Metern platziert wird, ist sie so gut wie nicht mehr zu hören.

5.3 Split-Luftwärmepumpen

Die meisten Luftwärmepumpen sind allerdings als Split-Anlagen aufgebaut. Bei dieser Bauweise sind die Ventilatoreinheit und die eigentliche Wärmepumpe getrennt aufgestellt und durch eine entsprechende Anbindeleitung miteinander verbunden. Der Ventilator wird aussen platziert, die eigentliche Wärmepumpe hingegen im Hausinneren. Anders als bei Anlagen, die gänzlich im Aussenbereich aufgestellt sind, müssen hier keine Leitungen für Wasser im frostgefährdeten Aussenbereich verlegt werden. Erforderlich sind nur die Zu- und Ableitungen für das Kältemittel, das bei Minusgraden bereits seinen Siedepunkt erreicht und daher nicht einfrieren kann. Split-Anlagen werden im Regelfall direkt an der Hauswand angeschlossen, weshalb die Entfernung der Zuleitungen zum Heizraum sehr kurz ausfällt. Der Nachteil dieser Aufstellungsform liegt in den höheren Anforderungen an den Lärmschutz.

6. Kosten

Die Anschaffungs- und Installationskosten sind bei Luft-Wasser-Wärmepumpen günstiger als bei anderen Wärmepumpenarten. Eine komplette Wärmepumpenheizung mit Luft-Wasser-Wärmepumpe für ein typisches Einfamilienhaus kostet etwa CHF 30000 bis CHF 34000. In diesem Preis sind neben der Wärmepumpe selbst bzw. dem Grundgerät auch die Arbeitskosten sowie die Kosten für den Wärmespeicher und das Wärmeverteilsystem enthalten. Natürlich muss man wissen, dass die Anschaffungskosten je nach Bauart variieren können. So sind aussen aufgestellte Luftwärmepumpen etwas teurer als innen aufgestellte Luftwärmepumpen. Auch die Kosten für den Einbau bzw. die Installation sind von der Bauart abhängig. In Altbauten können darüber hinaus Umbauten erforderlich sein, die zusätzliche Kosten verursachen. Beim Betrieb der Luftwärmepumpe fallen dann lediglich Stromkosten an. Diese sind im Winter natürlich am höchsten, weil einerseits mit sinkender Aussentemperatur der Stromverbrauch der Wärmepumpe ansteigt und andererseits im Winter die Heizung ständig läuft. Die Wartungskosten sind hingegen sehr gering, da die Luftwärmepumpe ausgesprochen wartungsarm ist.

7. Förderungen

Luft-Wasser-Wärmepumpen werden vor allem über das Gebäudeprogramm von Bund und Kantonen gefördert. Die Mindestförderung für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe beträgt dabei CHF 1600 und die Obergrenze für die Förderung liegt meistens bei CHF 10000. Je nach Leistung der Luft-Wasser-Wärmepumpe sind auch Boni in Höhe von bis zu CHF 250 / kW Leistung erhältlich. Zudem stellen viele Kantone durch das Gebäudeprogramm weitere Fördergelder für die Erstinstallation eines Wärmeverteilsystems zur Verfügung.

Luft-Luft-Wärmepumpen werden in der Schweiz nicht direkt vom Staat gefördert. Allerdings werden Luft-Luft-Wärmepumpen überwiegend in Niedrigenergie-Gebäuden eingebaut, sodass die Förderung für alle begleitenden Massnahmen beim Bau eines solchen Gebäudes genutzt werden kann.