Die Anforderungen an moderne Heizungssysteme sind sowohl bei Neubauten als auch bei Sanierungsobjekten gleichermaßen hoch: Sie sollen den Energiebedarf und die Betriebskosten minimieren, während der Wohnkomfort maximiert wird. Erfüllt werden diese Anforderungen vor allem dann, wenn eine optimale Abstimmung der Wärmeerzeugung und -abgabe gewährleistet ist. Welche Wärmeabgabesysteme in Kombination mit Wärmepumpen am effizientesten arbeiten erfahren Sie in diesem Beitrag. Hierfür werfen wir zuerst einen Blick auf die Funktionen von Wärmepumpen. 

Wie arbeiten Wärmepumpen? 

Eine Wärmepumpe nutzt ihre Energie aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser, macht die gewonnene Wärme nutzbar für die Heizung und Warmwasser und transportiert diese in die Wohnräume. Auch wenn sich die Energiequellen unterscheiden, funktioniert das grundlegende Prinzip bei allen Wärmepumpentypen gleich. 

Aufbau der Wärmepumpen-Heizungsanlage 

Eine Wärmepumpen-Heizungsanlage setzt sich aus drei Komponenten zusammen: der Wärmequellenanlage, die der Umgebung die notwendige Energie entzieht, der Wärmepumpe selbst, die die gewonnene Umweltwärme in nutzbare Heizenergie umwandelt, und dem Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Wärme verteilt und bei Bedarf zwischenspeichert. Dieser technische Prozess erfolgt in drei Schritten: 

Schritt 1: Die Gewinnung der Energie

In der Wärmequellenanlage zirkuliert eine Flüssigkeit, oftmals Sole (eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel), die die Umweltwärme, etwa aus dem Erdreich oder dem Grundwasser, aufnimmt und zur Wärmepumpe transportiert. Eine weitere Möglichkeit sind Luft-Wasser-Wärmepumpen. Sie saugen die Außenluft über einen Ventilator an.

Schritt 2: Nutzbarmachung der Energie 

Innerhalb der Wärmepumpe gibt es einen zweiten Kreislauf, in dem ein spezielles Kältemittel zirkuliert. In einem Wärmetauscher, dem Verdampfer, wird die Umweltenergie aus dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel übertragen, wodurch es verdampft. Bei Luftwärmepumpen erhitzt die Außenluft das Kältemittel. Der entstandene Kältemitteldampf wird dann zu einem Verdichter (Kompressor) geleitet, der das Kältemittel weiter erhitzt. In einem zweiten Wärmetauscher, dem Verflüssiger, wird das heiße Kältemittelgas unter hohem Druck kondensiert und gibt dabei seine Wärme ab. Danach wird das verflüssigte Kältemittel zu einer Drossel geleitet, wo der Druck wieder reduziert wird. Schließlich gelangt das flüssige, abgekühlte Kältemittel zurück zum Verdampfer, um den Kreislauf erneut zu beginnen.

Schritt 3: Die Beheizung des Wohnraums 

Im Wohnraum, der beheizt werden soll, befindet sich, als letztes Element der Wärmepumpen-Heizanlage, das Wärmeübergabe- und Speichersystem, in dem in der Regel Wasser als Heizmedium zirkuliert. Dieses Wasser nimmt die vom Kältemittel im Verflüssiger abgegebene Wärme auf und leitet sie weiter. Die Wärme gelangt entweder direkt zu Flächenheizungen oder Heizkörpern oder wird in einem Heizungspuffer- oder Warmwasserspeicher zwischengespeichert, um bedarfsgerecht zur Verfügung zu stehen. 

Die Wärmepumpe entscheidet jedoch letztendlich nicht allein die über Behaglichkeit und Effizienz. Wie eingangs bereits erwähnt, spielt auch das Wärmeübergabesystem eine entscheidende Rolle. Dabei unterscheiden wir zwischen klassischen Heizkörpern mit Radiatoren und modernen Flächenheizungen wie Fußboden-, Wand- oder Deckenheizungen.  Rein technisch betrachtet, können Wärmepumpen ihre erzeugte Wärme an alle Heizungsarten abgeben. Allerdings sind nicht alle Heizformen gleichermaßen sinnvoll und geeignet für den Betrieb einer Wärmepumpe. Um zu verstehen, wovon die Eignung der Heizungsart abhängt, sollte die Vorlauftemperatur genauer betrachtet werden.

Trotz der Vielfalt an Heizungssystemen dominieren in Deutschland nach wie vor die klassischen Gliederheizkörper, Plattenheizkörper und Röhrenheizkörper. Üblicherweise werden sie von Gas- oder Ölheizungen betrieben, die eine hohe Vorlauftemperatur von 50 Grad Celsius oder mehr erzeugen. 

Im Gegensatz dazu arbeitet eine Wärmepumpe idealerweise mit einer deutlich niedrigeren Vorlauftemperatur von etwa 35 Grad Celsius. Dies liegt daran, dass die Wärmepumpe bei geringeren Temperaturdifferenzen weniger Energie aufwenden muss, um die erforderliche Wärme zu erzeugen. Je niedriger die Temperatur ist, die die Wärmepumpe bereitstellen muss, desto weniger Arbeit muss der Kompressor leisten. Dadurch sinkt der Energieverbrauch und die Effizienz des Systems steigt.

Diese niedrigere Vorlauftemperatur ist jedoch zu gering, um über herkömmliche Heizkörper ausreichend Wärme im Wohnraum zu verteilen. Der Grund dafür liegt in den vergleichsweise kleinen Heizflächen der konventionellen Heizkörper, die nur begrenzt Wärmeenergie abstrahlen können.