Wärmepumpen

Ein Wärmeaustauscher verdampft ein Kältemittel durch die Aufnahme von Umweltwärme. Durch die anschließende Verdichtung wird ein höheres, nutzbares Temperaturniveau hergestellt. In einem nachfolgenden zweiten Wärmetauscher wird nun das Kältemittel verflüssigt und gibt dabei die aufgenommene Wärmemenge an den Herzkreislauf ab.

Grundwasser ist ein idealer Speicher für Sonnenwärme. Der Vorteil liegt in der konstanten Wassertemperatur von ca. 10°C über das gesamte Jahr hindurch, wodurch ganzjährig sehr hohe Arbeitszahlen erzielt werden. Mithilfe einer Förderpumpe wird das Grundwasser zum Verdampfer der Wärmepumpe transportiert und um bis zu 5 K abgekühlt. Anschließend wird es über einen Schluckbrunnen wieder dem Grundwasser zugeführt. Aus wirtschaftlicher Gründen sollten für Ein- und Zweifamilienhäuser die Brunnen nicht tiefer als 15 bis 20 m sein. Die Planung und der Bau der Brunnenanlage sollten einem erfahrenen Brunnenbauer überlassen werden. Das Vorhaben des Brunnenbaues muss bei der zuständigen Kreisverwaltungsbehörde angezeigt werden und eine entsprechende Erlaubnis eingeholt werden. Eine weitere Nutzung der Wärmequelle Wasser ist die Verwendung von Oberflächenwasser aus Flüssen und Seen.

Das Erdreich speichert eingestrahlte Sonnenenergie durch Wärmeeinträge aus Regen und Wind sowie auch durch die direkte Sonneneinstrahlung. Die gespeicherte Wärme wird über Erdwärmetauscher mit horizontal verlegten Erdkollektoren oder vertikal eingebrachten Erdsonden entzogen. Da das Erdreich selbst in sehr kalten Wintern bereits in einer Tiefe von 1 m frostfrei bleibt, sind Erdreich-Wärmepumpen sehr effizient. Erdwärmesonden werden Mithilfe besonderer Bohrverfahren in den Boden gebracht. Bei ausreichend großen Baugrundstücken kann die Wärmegewinnung über Erdkollektoren vorgenommen werden. Hierbei handelt es sich um ein großflächiges, in ca. 1,5 m Tiefe horizontal verlegtes Kunststoff-Rohrsystem, das von einer Sole durchströmt wird.

Der große Vorteil dieser Wärmequelle liegt darin, dass es überall vorhanden ist und keine Erdarbeiten erforderlich macht. Die Wärmequelle Luft hat über den Zeitraum der Heizperiode jedoch eine schwankende Temperatur, die die Leistungszahl beeinflusst. Aufgrund von physikalischen Gesetzmäßigkeiten sinkt die Heizleistung mit fallenden Außentemperaturen, das heißt, wenn es draußen sehr kalt ist und der Wärmebedarf am höchsten ist, steht die niedrigste Heizleistung zur Verfügung. Deshalb führt eine für den monovalenten Betrieb ausgelegte Luft/Wasser-Wärmepumpe zu einer nicht benötigten hohen Heizleistung in den Übergangszeiten, was sie unnötig verteuert. Es ist deshalb sinnvoll, die Wärmepumpe für eine Außenlufttemperatur zwischen 0°C bis -5°C auszulegen und für tiefere Außenlufttemperaturen eine Ergänzungsheizung zu planen (bivalenter Betrieb). Die Auslegung wird so vorgenommen, dass die Elektrowärmepumpe 95 % und mehr der Jahresheizarbeit abdeckt. Aktuelle Untersuchungen in Deutschland und in der Schweiz haben gezeigt, dass bei den meisten Anlagen die Zusatzheizung nicht benötigt wird und die Anlagen monovalent laufen.