Die Funktionsweise einer Wärmepumpe

Wärmepumpen sind gerade in aller Munde. Und das zu Recht. Sie heizen ohne Öl und Gas, holen ihre Energie aus der Natur und arbeiten dabei erstaunlich effizient. Doch sobald das Gespräch auf Kältemittel, Verdichter und Jahresarbeitszahlen kommt, schalten viele innerlich ab. Dabei steckt hinter der Technik ein Prinzip, das jeder kennt – nur von einer anderen Seite.

Das Kühlschrank-Prinzip, nur umgekehrt

Wer einen Kühlschrank hat, kennt das Phänomen: Hinten am Gerät wird es warm, während innen alles kalt bleibt. Der Kühlschrank entzieht seinem Inneren Wärme und gibt sie nach aussen ab. Eine Wärmepumpe macht genau das Gleiche, nur in die andere Richtung. Sie entzieht der Umgebung Wärme und gibt sie ins Haus ab.Klingt seltsam. Wie soll aus kalter Luft oder gefrorenem Boden Wärme kommen? Die Antwort liegt in der Physik. Auch bei minus 20 Grad sind die Moleküle in der Luft noch in Bewegung, und diese Bewegung ist Energie. Die Wärmepumpe nutzt ein spezielles Kältemittel, das schon bei sehr niedrigen Temperaturen verdampft. Dieser Dampf wird verdichtet, die Temperatur steigt, und aus der schwachen Umgebungswärme wird nutzbare Heizwärme. Das Entscheidende: Die Wärmepumpe erzeugt keine Energie. Sie transportiert sie. Für den Antrieb braucht sie Strom, doch die eigentliche Wärme kommt aus der Natur. Aus einer Kilowattstunde Strom entstehen so drei bis fünf Kilowattstunden Wärme. Das ist der Grund, warum diese Technologie so viel Aufmerksamkeit bekommt.

Der Kreislauf im Detail: Was passiert da eigentlich?

Vier Schritte, immer wieder. Das ist das Herzstück jeder Wärmepumpe.

Verdampfen: Das flüssige Kältemittel fliesst durch den Verdampfer, einen Wärmetauscher, der Energie aus der Umgebung aufnimmt. Weil das Kältemittel einen sehr niedrigen Siedepunkt hat, verdampft es schon bei niedrigen Temperaturen. Aus der Flüssigkeit wird Gas.

Verdichten: Das Gas wandert in den Kompressor. Dort wird es unter Druck gesetzt, und Druck bedeutet Wärme. Aus dem kühlen Dampf wird heisses Gas, oft mit Temperaturen von 60 Grad oder mehr. Hier kommt der Strom ins Spiel.

Verflüssigen: Das heisse Gas gibt seine Wärme im Kondensator ab, ans Wasser, das durch Heizkörper oder Fussbodenheizung fliesst. Dabei kühlt es ab und wird wieder flüssig.

Entspannen: Die Flüssigkeit passiert ein Expansionsventil. Der Druck fällt, die Temperatur sinkt. Das Kältemittel ist wieder kalt, und der nächste Durchlauf beginnt.

Dieser Kreislauf läuft still und kontinuierlich, solange die Wärmepumpe in Betrieb ist. Einfach, aber wirkungsvoll.

Luft-Wasser-Wärmepumpe, die flexible Lösung

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die beliebteste Variante. Sie entzieht der Aussenluft Wärme und gibt sie ans Heizsystem ab. Keine Bohrung, keine aufwendige Erschliessung. Das macht sie flexibel und vergleichsweise günstig in der Anschaffung. Moderne Geräte arbeiten selbst bei minus 20 Grad noch zuverlässig. Allerdings gilt: Je kälter es draussen ist, desto mehr Strom braucht die Anlage. Die Effizienz sinkt mit der Temperatur. Beim Standort lohnt es sich, genau hinzuschauen. Die Ventilatoren, die die Luft ansaugen, erzeugen Geräusche, nicht laut, aber hörbar. Neuere Modelle sind deutlich leiser als frühere Generationen, doch ein bisschen Abstand zu Schlafzimmern und Nachbargrundstücken schadet nie. Erhältlich sind Luft-Wasser-Wärmepumpen in zwei Bauformen: als Monoblock, bei dem alles in einem Gehäuse steckt, oder als Split-Gerät mit Aussen- und Innenteil. Das Monoblock ist kompakter, das Split-Gerät oft leiser.

Sole-Wasser-Wärmepumpe: Effizienz aus der Tiefe

Wer tiefer gräbt, heizt effizienter. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe, auch Erdwärmepumpe genannt, zapft die Wärme aus dem Erdreich an. Dafür werden Erdsonden in die Tiefe gebohrt, meist zwischen 100 und 300 Meter. In diesen Sonden zirkuliert eine Flüssigkeit, die sogenannte Sole, die der Erde Wärme entzieht und zur Wärmepumpe transportiert. Der grosse Vorteil: Das Erdreich hat das ganze Jahr über eine relativ konstante Temperatur, rund 8 bis 12 Grad in einigen Metern Tiefe, in grösserer Tiefe sogar etwas mehr. Keine Schwankungen, keine Kälteeinbrüche. Das macht diese Variante besonders effizient und sparsam im Betrieb. Doch die Bohrung hat ihren Preis, finanziell und bürokratisch. Sie ist aufwendig, teuer und braucht eine Bewilligung. In Grundwasserschutzzonen oder geologisch sensiblen Gebieten ist sie oft gar nicht erlaubt. Wer diese Hürden meistert, bekommt dafür ein Heizsystem, das über Jahrzehnte zuverlässig läuft. Eine günstigere Alternative sind Erdkollektoren: Rohre, die horizontal in ein bis zwei Metern Tiefe verlegt werden. Keine Bohrung nötig, dafür braucht es viel Fläche, etwa das Eineinhalbfache der Wohnfläche. Etwas weniger effizient als die Tiefensonde, aber eine solide Option für grosse Grundstücke.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe, die effizienteste Variante

Grundwasser hat eine bemerkenswerte Eigenschaft: Seine Temperatur ist das ganze Jahr über stabil, meist zwischen 8 und 12 Grad, je nach Standort. Für eine Wärmepumpe sind das ideale Bedingungen. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt genau das. Über einen Förderbrunnen wird Grundwasser entnommen, die Wärme wird entzogen, und das abgekühlte Wasser fliesst über einen Schluckbrunnen zurück in den Boden. Jahresarbeitszahlen um 5 sind unter guten Bedingungen möglich, das bedeutet: Aus einer Kilowattstunde Strom entstehen im Jahresmittel fünf Kilowattstunden Wärme. Wo das funktioniert, ist es kaum zu schlagen. Aber nicht überall ist Grundwasser in ausreichender Menge und Qualität vorhanden. Zu viel Eisen oder Mangan im Wasser kann die Anlage verstopfen. Und auch hier braucht es eine Bewilligung. Wer die Rahmenbedingungen hat, bekommt die effizienteste Lösung auf dem Markt.

Luft-Luft-Wärmepumpe: Kompakt, aber mit Grenzen

Die Luft-Luft-Wärmepumpe funktioniert anders als die anderen Typen. Sie entzieht der Aussenluft Wärme und gibt sie direkt an die Raumluft ab, kein Wasserkreislauf, keine Heizkörper, keine Rohrleitungen. Die Wärme wird über Lüftungskanäle verteilt, oft als Teil einer kontrollierten Wohnraumlüftung. Das klingt praktisch, und ist es auch, unter den richtigen Bedingungen. Im Sommer lässt sich der Prozess einfach umkehren, und das System kühlt. Platz und Installationsaufwand sind gering. Doch die Heizleistung ist begrenzt. Wärme über Luft zu verteilen ist weniger komfortabel als über ein Wassersystem. Diese Variante eignet sich vor allem für sehr gut gedämmte Gebäude mit niedrigem Wärmebedarf, Passivhäuser, Minergie-Neubauten. In älteren, schlecht gedämmten Gebäuden stösst sie schnell an ihre Grenzen. In der Schweiz ist diese Variante weniger verbreitet, weil die meisten Gebäude ein wassergeführtes Heizsystem haben. Im Neubau aber, wo von Anfang an alles aufeinander abgestimmt werden kann, ist sie eine interessante Option.

Effizienz verstehen

Wer sich mit Wärmepumpen beschäftigt, begegnet früher oder später zwei Abkürzungen: COP und JAZ. Beide beschreiben Effizienz, aber auf unterschiedliche Weise. Der COP (Coefficient of Performance) zeigt, wie viel Wärme die Anlage aus einer Einheit Strom erzeugt, gemessen unter festgelegten Laborbedingungen. Ein COP von 4 bedeutet: Aus einem Kilowatt Strom werden vier Kilowatt Wärme. Ein guter Richtwert, aber nicht die ganze Geschichte. Die JAZ (Jahresarbeitszahl) ist aussagekräftiger. Sie zeigt, wie effizient die Anlage über ein ganzes Jahr arbeitet, mit echten Aussentemperaturen, wechselndem Heizbedarf, allem. Eine JAZ von 4 bedeutet: Im Jahresdurchschnitt entstehen aus einem Kilowatt Strom vier Kilowatt Wärme. Der Unterschied kann enorm sein. Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Fussbodenheizung erreicht oft eine JAZ von 4,5 oder mehr. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit alten Heizkörpern kommt vielleicht nur auf 2,5. Das zeigt: Nicht die Wärmepumpe allein entscheidet über die Effizienz. Das Gesamtsystem zählt.

Welche Wärmepumpe passt wozu?

Eine Universallösung gibt es nicht. Jede Variante hat ihre Stärken und ihre Grenzen. Wer neu baut, hat die grösste Freiheit. Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Fussbodenheizung ist dann oft die beste Kombination: effizient, leise, langlebig. Doch nicht jedes Grundstück erlaubt eine Bohrung, und nicht jedes Budget reicht für die höheren Anfangskosten. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die flexiblere Wahl. Sie passt fast überall, braucht keine Bewilligung für Bohrungen und ist günstiger in der Anschaffung. Wer ein gut gedämmtes Gebäude hat und die Vorlauftemperatur niedrig halten kann, fährt damit gut. Im Altbau wird es etwas komplizierter. Entscheidend ist, wie gut das Gebäude gedämmt ist und welches Heizsystem vorhanden ist. Eine Fussbodenheizung ist ideal, aber nicht immer vorhanden. Niedertemperatur-Heizkörper können eine Alternative sein. Alte, kleine Heizkörper müssen unter Umständen ersetzt werden, damit die Wärmepumpe effizient arbeiten kann. Wasser-Wasser-Wärmepumpen sind die Spezialisten unter den Spezialisten. Wo Grundwasser verfügbar ist und die Rahmenbedingungen stimmen, liefern sie unschlagbare Effizienz. Doch die Hürden sind hoch, und nicht jeder kann oder will sie nehmen. Am Ende geht es immer darum, das richtige System für das richtige Gebäude zu finden und es fachgerecht zu planen und zu installieren. Denn eine gut geplante Anlage ist der grösste Hebel für Effizienz und Komfort.

Mehr als nur Technik

Eine Wärmepumpe ist mehr als ein Heizgerät. Sie ist ein Stück Unabhängigkeit, von Öl, von Gas, von fossilen Brennstoffen. Und sie ist eine Investition, die sich über Jahrzehnte auszahlt: in gesenkten Energiekosten, in einem kleineren CO₂-Fussabdruck, in einem Haus, das mit der Natur heizt statt gegen sie. Das Grundprinzip ist einfach. Die Umsetzung braucht Sorgfalt. Wer sich Zeit nimmt, Fachleute einbezieht, Varianten vergleicht und Fördermöglichkeiten prüft, trifft am Ende eine Entscheidung, die sich lohnt, nicht nur heute, sondern für viele Jahre. Und irgendwann, wenn das Haus warm ist und draussen der Winter tobt, ist es ein schöner Gedanke: Die Wärme kommt nicht aus einem Tank. Sie kommt aus der Luft, dem Boden, dem Wasser, direkt vor der Haustür.