Nachhaltige Wärmetechnik durch Wärmepumpen

So funktionieren Wärmepumpen-Heizsysteme
 

Wärmepumpen gelten als nachhaltige und effiziente Anlagen, um Wärme in Gebäuden zu erzeugen. Denn sie greifen nicht auf fossile Ressourcen zurück, sondern wandeln Wärme aus der Umgebung mithilfe von Strom in nutzbare Energie um.

Grob erklärt funktionieren Wärmepumpen nach folgendem Prinzip: Umgebungswärme gelangt über ein Kältemittel in einem Rohrsystem in den Kompressor, der das Mittel verdichtet und in den Wärmetauscher transportiert. Dort wird die Wärme an das Heizsystem des Gebäudes übertragen. Bei Abgabe der Wärme verflüssigt sich das Mittel wieder und fließt über ein Expansionsventil zurück in den Verdampfer.

Es gibt drei Arten von Wärmepumpen, die sich vornehmlich in der Wärmequelle unterscheiden:
 

• Luft-Wasser-Wärmepumpe: Die bisherige Standardlösung, da am einfachsten und günstigsten zu installieren. Die Wärme wird hier aus der Umgebungsluft entnommen.
• Sole-Wasser-Wärmepumpe: Sehr effizient, die Wärme wird aus dem Erdreich entnommen. In der Regel sind aber Tiefenbohrungen notwendig.
• Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Eine ebenfalls höchst effiziente Lösung, die Wärme stammt hier aus dem Grundwasser. Zur Installation sind aber Erdarbeiten notwendig, um zwei Brunnen zu erschließen.

Auch für Unternehmen ist diese Art der Energiegewinnung interessant. Gewerbliche Wärmepumpen-Heizsysteme müssen allerdings aufgrund der Gebäudegröße und unterschiedlichen Nutzungszeiten deutlich mehr Leistung erzeugen als Modelle für Einfamilienhäuser. Die benötigte Heizleistung von Wärmepumpen kann nicht pauschal ermittelt werden, weil sie von vielen Faktoren abhängt, unter anderem der Dämmung des Gebäudes, der Außentemperatur und möglichen Wärmeverlusten. Im Zuge dessen sollte hierbei eine fachgerechte Beratung eingeholt werden, um die spezifischen Anforderungen der Wärmetechnik zu berücksichtigen und eine optimale Lösung für die individuelle Situation des Unternehmens zu finden.

Vor- und Nachteile von Wärmepumpen-Heizsystemen
 

Die Vorteile von Wärmepumpen-Heizsystemen klangen bereits an: sie sind besonders umweltfreundlich, weil sie die Wärme aus der Umgebung, wie Luft, Erde oder Wasser, nutzen und diese in Heizwärme umwandeln. Dadurch wird viel weniger CO2 ausgestoßen als bei Heizsystemen, die mit Gas oder Öl betrieben werden.

Obwohl die Anschaffung einer Wärmepumpe teurer sein kann, sind die Betriebskosten oft niedriger. Das liegt daran, dass Wärmepumpen die kostenlose Wärme aus der Umgebung nutzen.

Wärmepumpen können nicht nur zum Heizen, sondern auch zur Kühlung eingesetzt werden. Weil sie das Prinzip der Wärmeübertragung nutzen, kann der Kältekreislauf auch umgekehrt werden, indem ein spezielles Umkehrventil den Fluss des Kältemittels ändert. Dadurch wird die Wärme im Gebäude nach außen umgeleitet.

Ein zusätzlicher Pluspunkt ist, dass moderne Wärmepumpen sehr leise sind, wodurch sie unauffällig im Gebäude integriert werden können, ohne den Wohnkomfort einzuschränken oder störende Geräusche zu erzeugen, die den Alltag der Bewohner beeinträchtigen könnten.

Dennoch sind auch einige Nachteile zu berücksichtigen: der Kauf und die Installation einer Wärmepumpe sind oft teurer als bei herkömmlichen Heizsystemen. Denn Wärmepumpen bestehen aus einer Vielzahl von Komponenten, weswegen es ein hohes Maß and Fachwissen und Präzision erfordert, diese zu produzieren und anzubringen. Dieser Aufwand spiegelt sich in den Anschaffungskosten wider. Jedoch kompensiert sich dieser durch die deutlich niedrigeren Betriebs- und Energiekosten über die gesamte Lebensdauer des Heizsystems.

Weiterhin zu beachten ist, dass Wärmepumpen-Heizsysteme Strom benötigen, um zu funktionieren. Steigen die Strompreise, so steigen in der Regel auch die Betriebskosten einer Wärmepumpe. Dies ist ein wichtiger Faktor, den Unternehmen bei der Investition berücksichtigen sollten. Um dem entgegenzuwirken, bietet sich die Kombination einer Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage an, um selbst erzeugten Strom zu nutzen und die Abhängigkeit von externen Stromlieferanten zu reduzieren. Dazu sollte beim Kauf einer Wärmepumpe die Jahresarbeitszahl (JAZ) berücksichtigt werden: eine höhere JAZ bedeutet, dass die Wärmepumpe mehr Wärme aus der Umgebung gewinnt und somit weniger Strom benötigt.

Zudem sei zu erwähnen, dass in sehr alten oder schlecht gedämmten Häusern der Einsatz einer Wärmepumpe weniger effizient sein kann, weil die hohen Wärmeverluste durch die Energieeffizienz der Wärmepumpe beeinträchtigen. In solchen Gebäuden müsste die Wärmepumpe härter arbeiten, um die gewünschte Innentemperatur zu erreichen, was den Energieverbrauch erhöht und die Betriebskosten steigert.
 
 

Für welche Unternehmen sich Wärmepumpen-Heizsysteme eignen
 

Der Einbau einer Wärmepumpe lohnt sich besonders dann, wenn die Einsparungen bei fossilen Brennstoffen wie Gas oder Öl die erhöhten Stromkosten für den Betrieb der Pumpe übersteigen. Außerdem ist es wichtig, dass die Wärmepumpe über ausreichende Leistung verfügt, um größere Gewerbeflächen effizient zu beheizen oder zu kühlen.

Für den gewerblichen Einsatz stehen spezielle Großwärmepumpen zur Verfügung, die Leistungen von bis zu 2.500 kW erreichen können. Diese Anlagen bieten den Vorteil, dass sie nicht nur gängige Wärmequellen wie Luft oder Erdreich nutzen, sondern auch vorgewärmte Abluft oder Abwasser einbeziehen. Zudem können sie ihre erzeugte Wärme in Nah- und Fernwärmenetze einspeisen, was die Effizienz weiter erhöht und die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen reduziert.

Ein weiterer Pluspunkt für Unternehmen ist die Möglichkeit, mehrere Wärmepumpen in einer Kaskadenschaltung zu kombinieren. Dadurch kann die Leistung flexibel an den aktuellen Heiz- oder Kühlbedarf angepasst werden, was die Wirtschaftlichkeit des gesamten Heizsystems steigert. Diese Anpassungsfähigkeit ist besonders vorteilhaft in Zeiten schwankender Energiepreise und steigender Anforderungen an die Energieeffizienz.

Darüber hinaus profitieren Unternehmen von verschiedenen Förderprogrammen, die Investitionen in erneuerbare Energien unterstützen und dazu beitragen, die Anschaffungskosten zu senken sowie die Rentabilität zu erhöhen. Die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) beispielsweise ist ein Förderprogramm der deutschen Bundesregierung, das darauf abzielt, die Energieeffizienz von Gebäuden zu steigern und den Einsatz erneuerbarer Energien zu fördern. Es bietet finanzielle Unterstützung in Form von Zuschüssen und zinsgünstigen Krediten für Neubauten sowie die Sanierung bestehender Gebäude, die mit energieeffizienten Technologien ausgestattet werden, einschließlich Wärmepumpen. Ziel des Programms ist es, den CO2-Ausstoß zu reduzieren und die Energiewende in Deutschland voranzutreiben, indem Anreize für nachhaltige Bau- und Renovierungsprojekte geschaffen werden.

Zukünftige Aussichten für die Wärmetechnik
 

Insgesamt bieten Wärmepumpen-Heizsysteme eine nachhaltige und effiziente Lösung für die Wärmeversorgung in Neubauten sowie für viele gewerbliche Anwendungen. Obwohl die anfänglichen Kosten höher sein können, überwiegen oft die langfristigen Einsparungen und ökologischen Vorteile. Insbesondere in Kombination mit Photovoltaikanlagen können Unternehmen ihre Betriebskosten weiter senken und ihre Unabhängigkeit von externen Stromlieferanten erhöhen.

Zukünftig wird die Integration von künstlicher Intelligenz (KI) in die Steuerung und Optimierung von Heizsystemen eine entscheidende Rolle spielen. KI-gestützte Systeme könnten die Effizienz von Wärmepumpen weiter steigern, indem sie den Heiz- und Kühlbedarf in Echtzeit analysieren und die Betriebsparameter automatisch anpassen. KI wird beispielsweise bereits erfolgreich zur Effizienzsteigerung von Solarpaneelen und Windturbinen eingesetzt, indem sie deren Leistung überwacht und optimiert.

Diese Entwicklungen könnten nicht nur die Betriebskosten senken, sondern auch einen bedeutenden Beitrag zur Reduzierung des Energieverbrauchs und der CO2-Emissionen leisten, was den Übergang zu einer nachhaltigeren Energiewirtschaft weiter vorantreibt.