Wärmepumpen können als Wärmequelle die Umgebungsluft, das Grundwasser oder das Erdreich nutzen. Hierbei gilt, dass die Effizienz der Wärmepumpedurch eine konstant hohe Umgebungstemperatur entscheidend gesteigert werden kann. Dies bedeutet, dass durch die hohen Temperaturunterschiede der Außenluft im Verlauf des Jahres Wärmepumpen, die die Umgebungsluft als Wärmequelle nutzen, grundsätzlich schlechtere Voraussetzungen haben.
Eine Wärmepumpe kann – je nach zu beheizender Raumfläche und je nach Wärmequelle – allein für die Wärmeversorgung eines Hauses eingesetzt werden. Ist dies der Fall, dann spricht man von einem monovalentem Betrieb einer Wärmepumpe. Wird eine weitere Energiequelle eingesetzt für die Wärmeversorgung im Haus, bspw. Gas oder Öl, so findet ein bivalente Betriebsweise statt. Ist die weitere Energiequelle einzig Strom, ist ein monoenergetischer Betrieb der Wärmepumpe gegeben, weil Elektrizität die einzige Energiequelle darstellt.
Monovalenter Betrieb einer Wärmepumpe
Für einen monovalenten Betrieb ist es erforderlich, dass die Wärmequelle über das Jahr hinweg eine relativ konstante Temperatur hat. Optimal ist das Grundwasser als Wärmequelle. Ebenso gut eignet sich das Erdreich – insbesondere bei Nutzung mit Erdsonden – für den monovalenten Betrieb. Die Luft als Wärmequelle eignet sich wegen zu hoher Temperaturschwankungen nicht für einen monovalenten Betrieb.
Als alleiniger Wärmeerzeuger muss die Wärmepumpe daher auch für eine Heizleistung fähig sein, damit ein Gebäude maximal mit Wärme versorgt wird. Je niedriger die Vorlauftemperaturen sind, umso wirtschaftlicher ist auch der monovalente Betrieb. Flächenheizungen wie Fußbodenheizungen und Wandflächenheizungen haben geringe Vorlauftemperaturen von etwa 38 bis 40 Grad und bewegen sich weit unterhalb der 55 Grad Celsius. Umso weiter die Vorlauftemperatur unter diesen Wert geht, umso günstiger wird auch der Betrieb und umso weniger Zusatzenergie wird benötigt.
Die Vorteile der monovalenten Betriebsweisen liegen in der Unabhängigkeit von anderen fossilen Energieträgern wie Öl oder Gas, die wegfallenden Anschlusskosten bei Gas bzw. Tankkosten bei Öl. Ebenso der Schornstein und die Reinigungskosten entfallen. Auf lange Sicht ergeben sich so für den Hausbesitzer nicht unerhebliche Einsparungen, die die anfänglichen höheren Investitionskosten wettmachen.
Bivalenter Betrieb einer Wärmepumpe
In Deutschland sind die Winter vergleichsweise kalt, weswegen viele Wärmepumpenbesitzer, deren Wärmequelle die Luft ist, eine Zusatzheizung benötigen. Diese kann aus einem kleinen Heizkessel (Öl) oder einer Elektroheizung bestehen. Auch der Anschluss an das Gasnetz ist denkbar. Der zusätzliche Wärmeerzeuger kommt immer dann zum Einsatz, wenn die Wärmepumpe aufgrund zu niedriger Temperaturen der Wärmequelle die Wärmeversorgung im Haus nicht sicherstellen kann. Das ist im Winter bei Luft als Wärmequelle der Fall, sofern der Winter nicht sehr mild ausfällt. Dadurch entstehen höhere Betriebskosten beim Unterhalt.
Wirtschaftlicher Betrieb einer Wärmepumpe
Grundlage der Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe ist eine hohe Jahresarbeitzahl. Um Aussagen darüber treffen zu können, wie effizient eine Wärmepumpearbeitet, müssen die Jahresarbeitszahlen verglichen werden. Diese gibt das Verhältnis von der Wärmeenergie, die gewonnen wird zu der benötigten Antriebsenergie an. Gängige Wärmepumpen erreichen oftmals eine Jahresarbeitszahl von 3. Dies bedeutet, dass zur Erzeugung von 3 kWh Wärmeenergie durchschnittlich 1 kWh elektrische Antriebsenergie benötigt wird.
Von einer ökologisch effizienten Nutzung kann erst ab einer Jahresarbeitszahl von 3 ausgegangen werden, da ca 3 kWh Primärenergie notwendig sind, damit den Endverbraucher 1 kWh Strom erreicht. Ideal ist es, wenn die Wärmepumpe das gesamte Jahr über im Einsatz ist. Die Jahresarbeitzahl berücksichtigt die Betriebsbedingungen (Temperaturen der Wärmequelle/Vorlauftemperaturen/etc.). Danach ergibt sich ein bestimmter Wert. Am schlechtesten schneiden Wärmepumpen mit der Wärmequelle Luft ab, das Mittelfeld nimmt das Erdreich und den vorderen Platz das Grundwasser als Wärmequelle ein.
Abhängig von den Ausgangsbedingungen (Grundstücksausrichtung, Hausdämmung, Zusatzheizquelle, Medium der Wärmepumpe) kann man davon ausgehen, dass sich bei einem Neubau die Mehrkosten für die Anschaffung einer Wärmepumpenanlage nach ca 20 - 30 Jahren amortisieren. Die genaue Dauer bis zur finanziellen Wirtschaftlichkeit der Anlage ist von Fall zu Fall verschieden. In die Berechnung einzubeziehen sind auch die schwankenden Öl-, Gas- und Strompreise. Weiterhin zu beachten ist auch, dass Strom, der zum Betrieb von Wärmepumpen verwandt wird, derzeit noch vergünstigt an den Verbraucher weitergegeben wird. Dies muss jedoch nicht unbegrenzt so sein.
