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Wärmepumpe und Solarheizung

Kostenlos Energie aus der Umgebung ziehen

Energie aus der Luft, dem Grundwasser oder auch aus dem Erdreich kann mit den entsprechenden Wärmepumpen sinn­voll und effizient genutzt werden. Mit der neuesten Generation von Wärmepumpen wird eine neue Effizienzklasse erschlossen. Luft/Wasser-Wärmepumpen und Sole/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Energie der Natur und komprimieren diese mittels Strom zu behaglicher Wohn­raumwärme oder nutzen Sie für die Bereitung von Warm­wasser. Hocheffizienz-Wärmepumpen sind zudem ideal mit einer Sonnenheizung kombinierbar.

Die Wärmepumpe

Wärmepumpe von STIEBEL ELTRON

Bei einer Investitionsentscheidung für eine neue Heizung soll­ten Sie nicht nur die Anschaffungskosten der verschiedenen Systeme miteinander vergleichen, sondern vor allem die Betriebs- und Folgekosten. Denn genau dabei punktet die Wärmepumpe. Wärmepumpen brauchen nicht viel Wartung und die Kosten für den Schornsteinfeger sparen Sie auch, denn ein Schornstein ist nicht notwendig. Sie machen sich zudem unabhängig von Preisschwankungen der fossilen Brennstoffe und haben so eine bessere Planungssicherheit hinsichtlich der Betriebskosten.

Je nach Wärmequelle gibt es unterschiedliche Arten von Wär­me­pumpensystemen, die speziell an die jeweiligen Wärme­quellen angepasst sind. Luft-Wärmepumpen nutzen die Au­ßen­luft als Wärme­quelle. Sole-Wärmepumpen nutzen das Erdreich bzw. die konstante Temperatur im Erdreich als Wär­me­quelle. Wasser-Wärmepumpen nutzen Grund­was­ser als Wärmequelle. Warmwasser-­Wärmepumpen sind im Prinzip Luftwärmepumpen, welche nur für den Zweck der Brauch­was­ser­erwärmung genutzt werden, also unabhängig vom Heiz­system.

Luft/Wasser-Wärmepumpe

Die Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Wärme der Außenluft und werden eingesetzt, wenn die Außenluft zwischen -20 °C und +30 °C liegt. Sie sind sehr leistungsstark und sind gleichzeitig sehr platzsparend.

Darüber hinaus kann eine Luft/Wasser-Wärmepumpe mit einer Solar-Anlage kombiniert werden. Damit wird eine noch höhere Leistung erreicht, was wiederum eine Reduzierung der Energiekosten zur Folge hat.

Wärmepumpe

Sole/Wasser-Wärmepumpen

Mit einer Sole/Wasserwärmepumpe kann die Wärmeenergie aus dem Erdreich sehr gut genutzt werden.

Im Erdreich wird ein Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser, die sogenannte Sole, erwärmt. Von dieser wird Wärme­energie an ein Kältemittel abgegeben, welches daraufhin verdampft und damit den Druck im Kompressor erhöht, was einen Temperaturanstieg zur Folge hat.

Von einem zweiten Wärmeaustauscher wird die Wärme­energie an das Heizungswasser abgegeben. Dadurch wird das bereits verdampfte Kältemittel wieder flüssig, sodass der Kreislauf von vorn beginnen kann. Durch die Sole/Wasser-Wärme­pumpe kann 75 % der Heizenergie genutzt werden.

Wärmepumpe von STIEBEL ELTRON

Ob eine Erdwärmesonde oder ein Erdreichkollektor eingesetzt werden sollte, ist von verschiedenen Faktoren abhängig. Da eine Erdwärmesonde bis zu 100 m unter der Erdoberfläche eingesetzt werden kann, bietet sich der Einsatz dieser besonders bei kleinen Grundstücken an.

Im Gegensatz dazu benötigt ein Erdreichkollektor deutlich mehr Fläche. Die Kollektorfläche wird mit 1,2 bis 1,5 m Tiefe direkt unter der Erdoberfläche verlegt, benötigt aber je nach Wärmebedarf eine Fläche von bis zu 250m².

Wasser/Wasser-Wärmepumpe

Bei einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe kommen ein sogenannter Saug- und ein Schluckbrunnen zum Einsatz. Durch den Saugbrunnen wird warmes Grundwasser gepumpt.

Die Wärmepumpe entzieht dem Wasser die Wärme und kühlt dieses auf etwa 5 °C wieder ab. Das abgekühlte Wasser wird schließlich dem Schluckwasser zurückgeführt. Mit einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe können insgesamt bis zu 80 % der Wärme, die sich im Grundwasser befindet, genutzt werden. Damit handelt es sich um eine sehr effiziente Wärmepumpe, die den gesamten Wärmebedarf deckt.

Je nach Bedarf des Verbrauchers werden die Wärmepumpen in verschiedenen Leistungsgrößen angeboten. Die Heiz­wassertemperatur beträgt bis zu 60° C und die Temperatur des Grundwassers sollte zwischen 7 °C und 20 °C liegen.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe

Da das Grundwasser über das gesamte Jahr hinweg eine relativ konstante Temperatur hat, ist die Wasser/Wasser-Wärme­pumpe sehr effizient. Außerdem kann die Wärmepumpe mit einer Solar-Anlage kombiniert werden, was eine zusätzliche Reduzierung der Energiekosten zur Folge hat und zugleich ebenso umweltfreundlich ist.

Brauchwasser-Wärmepumpe (Warmwasser-Wärmepumpe)

Warmwasser-Wärmepumpen gewinnen die Energie aus der Luft des Heizungsraumes. Die Wärme der Luft wird an das Wasser im Speicher abgegeben.

Die Heizung wird somit nicht mehr für das Aufheizen des Warmwassers benötigt und kann damit in den warmen Jahres­monaten ausgeschaltet bleiben. Mit dem erwärmten Wasser, das bis zu 55 °C beträgt, kann ein Einfamilienhaus versorgt werden. Eingesetzt werden Warmwasser-Wärmepumpen bei Lufttemperaturen von 6 °C bis 35 °C. Gerade bei schlecht isolierten Heizanlagen oder Heizungskellern kann ein Großteil der Wärme, die sonst verlorengehen würde, gut genutzt werden. Je nach Modell reicht eine einfache Steckdose für die Inbetriebnahme einer Brauchwarmwasser-Wärmepumpe aus.

Energieträger Erdreich

98 % der Erdwärme entsteht durch das Speichern der Sonnenenergie im Erdreich. Lediglich die restlichen 2 % der Wärmeenergie kommen aus dem Erdkern.

Der Einsatz von Erdkollektoren ist im Vergleich zu den Erdsonden kostengünstiger. Der wesentliche Unterschied zu den Sonden ist, dass die Kollektoren nur flach (1,2-1,5 m) tief in die Erde eingesetzt werden, wobei sie dabei natürlich mehr Fläche in Anspruch nehmen. Daher bietet sich der Einsatz von Erdkollektoren nur bei großen Grundstücken an. Das Rohrsystem, das dem einer Fußbodenheizung ähnelt, wird nicht vertikal, wie bei den Erdsonden, sondern horizontal verlegt. Die Fläche der Erdkollektoren darf nicht beliebig genutzt werden. So ist beispielsweise eine Bepflasterung nicht möglich, da Niederschläge in die Erde eindringen müssen. Der optimale Boden für die Kollektoren ist feucht und fest. Außerdem sollten auch keine Gewächse über den Kollektoren gepflanzt werden, die tiefe Wurzeln tragen.

Energieträger Luft

Auch die Luft hält eine Menge Wärmeenergie bereit und wird damit zu einer Wärmequelle, die mit einer entsprechenden Wärmepumpe genutzt werden kann.

Die Wärmepumpe entzieht der Luft die darin enthaltene Wärme und verwandelt sie in Wärmeenergie.

Besonders bei hohen Temperaturen im Sommer stellt die Luft eine effiziente Wärmequelle dar. Da die Lufttemperatur jedoch im Winter sehr gering ist, arbeitet die Wärmepumpe an diesen Tage mit einem Elektroheizstab. Das wirkt sich zwar auch auf die Heizkosten aus, insgesamt überzeugt die Wärmepumpe jedoch mit einer sehr hohen Lebensdauer und einem nahezu geräuschlosen Betrieb.

Energieträger Grundwasser

Das Grundwasser hat eine Temperatur von etwa 7 bis 12 °C. Auf den ersten Blick erscheint dies nicht ausreichend, um daraus effektiv Wärmeenergie nutzen zu können. Mit einer entsprechenden Pumpe kann jedoch auch diese Wärme genutzt werden.

Der Vorteil dabei ist, dass das Grundwasser das ganze Jahr über eine konstante Temperatur aufweist und damit stets zur Verfügung steht.

Die Wärmepumpe besteht aus einem Förder- und einem Schluckbrunnen. Der erstere pumpt das Wasser aus der Erde, daraufhin wird diesem die Wärme entzogen. Der Schluckbrunnen leitet das abgekühlte Wasser zurück in das Grundwasser. Die Brunnen sollten nicht zu nah beieinander stehen, nehmen jedoch insgesamt sehr wenig Platz in Anspruch. Damit bietet sich dieses System auch bei kleineren Grundstücken an. Abgesehen von der Fläche ist jedoch auch die Wasserqualität zu beachten. Beispielsweise ist ein Einsatz bei sehr kalkhaltigem Grundwasser eher zu vermeiden. Außerdem muss der Einsatz genehmigt werden, da auf den Kreislauf des Grundwassers Einfluss genommen wird.

Erdwärmesonden / Geo-Tiefen-Bohrung

Mit einer Erdwärmesonde kann aus den konstanten Temperaturen in der Erde Energie gewonnen werden. Zwischen der Temperatur in der Erde und jener an der Oberfläche liegen große Differenzen, die über einen Wärmetauscher, d.h. eine Wärmepumpe, genutzt werden.

Es handelt sich bei der Erdwärmesonde um ein geschlossenes Rohrsystem aus Kunststoff, das bis zu 400 Meter tief in die Erde eingelassen wird, wobei die übliche Tiefe etwa 100 Meter beträgt. Die genau benötigte Tiefe der Bohrung ist im Wesentlichen abhängig von der benötigten Heizleistung, die dadurch erbracht werden soll und von der Beschaffenheit des Bodens.

Geobohrung Erdsonde

Um die Erdwärmesonde verlegen zu können, ist eine besondere Bohrung erforderlich, die nur von Spezialisten mit speziellen Bohranlagen durchgeführt werden kann. Dabei sind zahlreiche Vorschriften zu berücksichtigen, wie zum Beispiel wasser- und bergrechtliche Vorschriften. Wenn eine Sonden- oder Tiefenbohrung in einem Gebiet nicht durchführbar oder nicht erlaubt ist, gibt es noch die Möglichkeit, Erdkollektoren einzusetzen, welche nur wenige Meter in den Boden eingelassen werden.

Bestimmung der optimalen Wärmepumpe

Die Wahl der optimalen Wärmepumpe lässt sich durch die Beantwortung einiger Fragen ermitteln.

Geschulte Fachbetriebe übernehmen gerne unverbindlich eine Vorplanung und bestimmen die zu erwartende Jahres­arbeitszahl (JAZ). Bei der Installation der Wärmepumpe arbeiten Fachbetriebe „Hand in Hand" mit erfahrenen Bohrunternehmen vor Ort. Für eine genauere Bestimmung müssen folgende Fragen geklärt werden.

  • Sind die Gebäudehülle, Fenster und Türen ausreichend gedämmt bzw. wie hoch ist der Wärmeverlust des Hauses?
  • Ist beispielsweise eine Erdbohrung möglich bzw. sind die geologischen Gegebenheiten für eine Erdwärmepumpe geeignet?
  • Wie groß müsste die Wärmepumpe dimensioniert sein bzw. wie viele Quadratmeter sollen beheizt werden?
  • Soll Warmwasser bereitgestellt werden?
  • Welche Wärmepumpe ist für das Objekt die richtige Lösung: Sole/Wasser oder Luft/Wasser?
  • Ist eine Innenaufstellung möglich oder ist eine Außenaufstellung sinnvoller?
  • Lassen sich bestehende oder zukünftige Komponenten der Gebäudetechnik integrieren?
  • Zuschaltung von bestehenden Wärmeerzeugern bei Spitzenlasten im Winter (sog. bivalenter Betrieb, zum Beispiel Zuschaltung einer Gas-Brennwerttherme)?
  • Ist eine Solaranlage vorhanden oder geplant?

Wärmepumpen im Altbau

Häufig wird behauptet, Heizungsmodernisierungen mit Wärmepumpen im Altbau seien gar nicht möglich. Der Einsatz einer Wärmepumpe sei nur in Kombination mit einem Flächenheizsystem effizient und biete sich nicht für Heizkörper an. Diese Vorurteile sind allerdings nicht korrekt.

Eine Modernisierung mit einer Wärmepumpe ist auch im Altbau effizient und unter bestimmten Voraussetzungen durchaus empfehlenswert. Dabei sind allerdings verschiedene Faktoren zu berücksichtigen.

Fest steht, dass Heizkörper eine höhere Vorlauftemperatur benötigen, da die Fläche der Wärmeabgabe im Gegensatz zu Flächenheizsystemen relativ gering ist. Von den herkömmlichen Wärmepumpen können allerdings kaum Temperaturen bis zu 70°C erzielt werden. Im Wesentlichen stehen dabei zwei Möglichkeiten zur Verfügung, wie eine Modernisierung mit einer Wärmepumpe trotzdem realisierbar ist. Speziell für den Altbau werden sogenannte Mittel- oder Hochtemperatur-Wärme­pumpen angeboten, die die erforderlichen Vorlauftemperaturen erzeugen, indem sie elektrisch nachheizen. Der Einsatz dieser Wärmepumpen ist allerdings sehr umstritten, da die dadurch zusätzlich entstehenden Stromkosten sehr hoch sind. Daher ist es sehr fraglich, ob Mittel- und Hochtemperatur-Wärmpumpen ökonomisch bzw. ökologisch arbeiten.

Bei der zweiten empfehlenswerteren Variante sind deutlich geringere Vorlauftemperaturen notwendig. Häufig sind Heizkörper in Altbauten so groß, dass sie mit niedrigen Vorlauftemperaturen arbeiten. Entscheidend ist dabei das Verhältnis von der Heizkörper- zur Raumgröße. Ist bei den vorhandenen Heizkörpern eine Vorlauftemperatur von etwa 55°C ausreichend, können diese gut mit einer Wärmepumpe kombiniert werden.

Ist dies nicht der Fall, bietet sich der Einbau von Nieder­temperatur-­Heiz­körpern an, die speziell für den Betrieb mit Wärme­pumpen konstruiert sind. Am effizientesten ist allerdings die Kombination mit Flächenheizsystemen, wie beispielsweise einer Fußbodenheizung, da diese sehr geringe Vorlauf­temperaturen benötigen. So kann auch im Altbau effizient und umweltschonend geheizt werden.

Wärmepumpe von STIEBEL ELTRON

Die Solarheizung

Die Solarheizung (bzw. die thermische Solaranlage) wird primär genutzt, um in Gebäuden die Heizkörper zu erwärmen. In sogenannten Kombianlagen wird das Trink- und Brauchwasser ebenfalls durch die Solarenergie aufgeheizt. Inzwischen gibt es schon mehr als 9 Millionen m² Kollektorfläche in Deutschland. Eine gute Sonnen-Kombi-Solar-Anlage spart pro Jahr ca. 25 - 30 % Heizöl, bei einem Vier-Personen-Haushalt sind dies rund 450 Liter.

Das Kernstück der Solarheizung bildet ein Kollektor, der die einstrahlende Sonnenenergie aufnimmt und direkt an durchlaufendes Wasser weitergibt (absorbiert). Dieses erwärmte Wasser wird anschließend durch ein Leitungssystem in den Wärmespeicher transportiert. Gesteuert wird das ganze System von einem Regelsystem, in Verbindung mit einer Pumpstation.

Die Vorteile einer Solaranlage liegen natürlich hauptsächlich darin, dass Sonnenenergie nahezu unbegrenzt verfügbar und vor allem kostenlos ist. Lediglich Anschaffungs- und Wartungskosten fallen an. Ein sehr großer Teil der Heizungskosten kann durch die Solarenergie gewonnen werden. Es ist jedoch zu bedenken, dass bei bewölktem Himmel teilweise konventionelle Heizsysteme zur Wassererwärmung hinzugezogen werden müssen.

STIEBEL ELTRON

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