Vor- und Nachteile von Luft Wasser Wärmepumpen mit Fußbodenheizung

Luft Wasser Wärmepumpen (oder kurz: Luftwärmepumpen) sind Wärmepumpen, die die Wärme der Außeluft (Umgebungsluft) eines Gebäudes verfügbar machen, um damit den Innenbereiche zu beheizen.

Eine besonders effiziente Kombination ist eine Wärmepumpe mit Fußbodenheizung. Die vergleichsweise niedrige Vorlauftemperatur einer Fußbodenheizung kommt nämlich der Arbeitsweise einer Luftwärmepume sehr entgegen. Je niedriger die Temperaturdifferenz von Außentemperatur und Vorlauftemperatur ist, um so stromsparender und damit kostensparender kann man mit einer Luft Wasser Wärmepumpe heizen.

Auf dieser Seite erkläre ich die genaue Funktionsweise von Wärmepumen, gehe speziell auf Luft Wasser Wärmepumen ein und erkäre die Vor und Nachteile von Luftwärmepumpen mit Fußbodenheizung im Neubau und bei der Altbausanierung.

Während ich hier auf die Kombination von Luftwärmepumpen mit Fußbodenheizungen eingehe, behandelt der Artikel Ist eine Luftwärmepumpe sinnvoll? auch die Warmwasserbereitung mit Luftwärmepumpen.

Luftwärmepumpe Funktionsweise

Im Prinzip besteht eine Heizanalge mit Luftwärmepumpe aus einem Rohr-Kreislauf, durch das ein Kältemittel gepumpt wird. Die eigentliche Wärmequelle dieser Heizanlage ist die Umgebungsluft, welche in unbegrenzter Menge zur Verfügung steht.

Dieser Rohr-Kreislauf verbindet den Wärmetauscher der Luftwärmepumpe außerhalb des Gebäudes mit einem zweiten Wärmetauscher im Gebäude. Diese beiden Wärmetauscher haben folgende Funktion.

  • Wärmetauscher außen
    Der Wärmetauscher außerhalb des Gebäudes hat die Funktion, das Kältemittel im Rohr-Kreislauf zu erwärmen. Weil das Kältemittel mit einer sehr niedrigen Temperatur in den äußeren Wärmetauscher einströmt, kann selbst bei sehr niedriger Außentemperatur immer noch durch Abkühlung der Außenluft das Kältemittel als Wärmeträger-Medium erwärmt werden.
    Nachdem das erwärmte, aber immer noch sehr kalte Kältemittel den äußeren Wärmetauscher verlässt, wird es zurück ins Gebäude geleitet. Es durchströmt dabei einen Verdichter, der das Kältemittel unter hohen Druck setzt. Aufgrund dieser Druck-Erhöhung steigt gleichzeitig die Temperatur des Kältemittels sehr stark an. Zu diesem Zeitpunkt ist die Temperatur des Kältemittels deutlich höher als die Vorlauftemperatur der Heizkreise der Fußbodenzheizung.
  • Wärmetauscher im Gebäude
    Nachdem das Kältemittel durch Verdichtung erwärmt wurde, durchströmt es im Gebäude einen zweiten Wärmtauscher. Dieser Wärmetauscher überträgt einen großen Teil der Wärme des Kältemittels an das Heizungswasser der Fußbodenheizung. Dieses erwärmte Heizungswasser kann dann über die Vorlauf-Rohre in die Heizkreise der Fußbodenheizung gepumpt werden und dort den Estrich aufwärmen, der seine Wärme wiederum mit der Zeit an die Raumluft überträgt und somit für die eingestellte Raumtemperatur sorgt.

Nachdem sich das Kältemittel im Wärmetauscher durch Erwärmen des Heizungswasser abgekühlt hat, ist es immer noch relativ warm und steht immer noch unter hohem Druck. Nun strömt das Kältemittel zurück in den Außenbereich. Bevor es den äußeren Wärmetauscher erreicht, durchströmt es ein Entspannungsventil. Dieses Entspannungsventil macht die Verdichtung des Verdichters rückgängig. Exakt um die Temperaturdifferenz, um die das Kältemittel im beim Verdichten erwärmt wurde, sinkt die Temperatur beim Entspannen wieder ab.

Das Kältemittel ist also nach dem Durchströmen des Entspannungsventils wieder sehr kalt (vor allem deutlich kälter als die Außenluft). Sobald das Kältemittel in den äußeren Wärmetauscher einströmt, wiederholt sich die geschilderte Funktionsweise.

Vorteile

  • Wärmequelle Umgebungsluft
    Grundsätzlich ist die Wärmegewinnung aus der Umgebungsluft eine saubere Art der Energiegewinnung von Heizungsanlagen. Im Vergleich zum Heizen mit Gas, Holz oder Öl findet in einer Wärmepumpe keine Verbrennung in einem Heizkessel statt. Dabei braucht aufgrund der Kältemittel-Technologie die Umgebungsluft nicht wärmer zu sein als die angestrebte Raumtemperatur. Mit Hilfe des Kältemittels können Luft Wärmepumpen nämlich die Restwärme auch im Winter bei Minusgraden verwendbar machen, um damit im Gebäude für eine angenehm warme Temperatur zu sorgen.
  • Installation und Betrieb
    Im Vergleich zu einer Öl- oder Holz-Heizung wird bei Wärmepumen kein Heizkessel benötigt. Auch das Lagern und Beschaffen von Brennstoffen wie Holz, Pellets oder Öl in entsprechenden Öltanks ist bei Wärmepumen nicht notwendig. Bei Gasheizungen entfällt zwar auch diese Beschaffung und Lagerung des Brennstoffs. Aber dafür hat im Vergleich zu Wärmepumpen eine Gasheizung den Nachteil, dass man erst mal einen Gasanschluss benötigt. Falls dieser bei einem Gebäude nicht vorhanden ist, dann bleibt auch bei Gasheizungen nur noch die Möglichkeit, den Brennstoff mit Hilfe eines Gastanks zu lagern und regemäßig neu zu beschaffen.

Nachteile

  • Niedrige Vorlauftemperatur
    Je niedriger die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung ist, um so effizienter kann eine Luftwärmepume arbeiten. Ein zweiter Parameter, der den Wirkungsgrad von Lufwärmepumpen beeinflusst, ist die Temperatur der Außenluft. Im ungünstigsten Fall ist die Außenluft sehr kalt und die Vorlauftemperatur sehr hoch. In diesem Fall besteht eine sehr hohe Temperaturdifferenz. Je höher diese Temperaturdifferenz ist, um so mehr Stromverbrauch und damit Kosten verursacht der Betrieb der Wärmepumpe.
  • Fußbodenheizung im Altbau
    Grundsätzlich können Wärmepumpen nicht nur zusammen mit Fußbodenheizungen oder anderen Flächenheizungen betrieben werden, sondern auch mit Heizsystemen anderer Art. In Kombination mit Fußboden- und Flächenheizungen ist der Wirkungsgrad aber am besten. Leider ist es aber bei der Altbausanierung oft nicht so einfach, eine Fußbodenheizung zu installieren. Es gibt zwar zum Nachrüsten einer Fußbodenheizung die Möglichkeiten, die Heizungsrohre durch Fräsen in bestehenden Estrich einzubetten oder mit einem Trockensystem als (relativ niedrige) Aufbau-Schicht auf bestehenden Estrich zu installieren. Allerdings im Vergleich zu einm günstigen Nasssystem, wie es meist im Neubau verwendet wird, ist das Nachrüsten einer Fußbodenheizung teurer, aufwändiger und oft mit weiteren Nachteilen verbunden (zB Verlust von Raumhöhe oder Risse im Estrich).