Warum werden Wärmepumpen als erstklassige Option für die Hausklimatisierung angepriesen?

Wärmepumpen können beim Heizen und Kühlen Energie, Kosten und Emissionen einsparen. Sie arbeiten auch unter dem Gefrierpunkt. Einige für kalte Klimazonen ausgelegte Modelle liefern noch bei −25 °C (−13 °F) Heizwärme. Verfügbare Leistung und Effizienz hängen dabei vom Modell und der Installation ab.

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein Gerät, das Wärme von einem Ort zum anderen überträgt. Statt Wärme hauptsächlich durch Verbrennung oder elektrischen Widerstand zu erzeugen, nutzt sie vorhandene Umweltwärme. Im Winter entzieht sie Außenluft, Erdreich oder Wasser Wärme. Reversible Systeme können den Kreislauf im Sommer zum Kühlen umkehren.

Der Reiz von Wärmepumpen

Die Vorteile reichen über die Umwelt hinaus. Hohe Energieeffizienz kann die Rechnung senken, während Heizen und Kühlen mit einer Anlage ganzjährig Komfort bieten. Die tatsächliche Ersparnis hängt von Gebäude, Klima und Energietarifen ab.

Effizienz

Die Leistungszahl COP beschreibt das Verhältnis zwischen abgegebener Wärme und eingesetzter elektrischer Energie. Bei COP 2–4 liefert die Wärmepumpe je Einheit Strom zwei bis vier Einheiten Wärme, weil sie zusätzlich Energie aus der Umgebung überträgt. Der COP kann höher liegen und verändert sich mit den Betriebsbedingungen.
Elektrische Widerstandsheizungen haben einen COP von etwa 1. Der jährliche Brennstoffnutzungsgrad AFUE eines Gasheizgeräts liegt dagegen unter 100 Prozent. Übliche Werte sind etwa 80–95 Prozent; manche besonders effizienten Geräte erreichen ungefähr 98,5 Prozent.

Kosten der Energiequellen

Die Kosteneinsparungen hängen auch vom Preis für Strom, Erdgas oder andere Brennstoffe in Ihrer Region ab.  In Gebieten, in denen Strom relativ günstig und Erdgas teurer ist, können Wärmepumpen erhebliche Kostenvorteile bieten.  In Regionen, in denen Erdgas billig ist, ist der Kostenvorteil von Wärmepumpen möglicherweise weniger ausgeprägt.  Es ist wichtig, die Kosten pro erzeugter Wärmeeinheit (z. B. pro BTU oder kWh) zu vergleichen.

Klima

Ältere Luftwärmepumpen arbeiteten vor allem in mildem Klima gut. Kaltklimamodelle mit beispielsweise drehzahlgeregeltem Verdichter funktionieren auch bei niedrigen Temperaturen. Ob zusätzliche Heizung nötig ist, hängt vom Wärmeverlust des Hauses, der Dimensionierung und der Leistung des gewählten Geräts bei den örtlichen Tiefsttemperaturen ab.

Heizen und Kühlen mit einer Anlage

Reversible Wärmepumpen können auch kühlen und getrennte Heiz- und Kühlgeräte ersetzen. Die mögliche Ersparnis hängt von den verglichenen Anlagen ab.

Langfristige Einsparungen

Wärmepumpen haben in der Regel höhere Anschaffungskosten als herkömmliche Heiz‑ oder Kühlsysteme.  Ihre höhere Effizienz kann jedoch zu erheblichen Einsparungen bei den Betriebskosten führen, wodurch sie langfristig eine kosteneffektive Wahl darstellen.

Kosteneinsparungen

Ein geringerer Energieverbrauch kann die Rechnung senken, besonders beim Ersatz elektrischer Widerstandsheizung oder teurer Brennstoffe. Zuschüsse und Steuervorteile können die Wirtschaftlichkeit verbessern, sofern die Bedingungen erfüllt sind.

Umweltaspekte

Elektrische Wärmepumpen können den Brennstoffverbrauch im Haus senken. Die Gesamtemissionen hängen von Stromerzeugung, Effizienz, Herstellung und möglichen Kältemittelleckagen ab. Sie entstehen also nicht nur beim Energieverbrauch.
Die Internationale Energieagentur IEA schätzte 2022, dass eine stärkere Verbreitung von Wärmepumpen im untersuchten Politikszenario die jährlichen weltweiten CO₂-Emissionen im Jahr 2030 um mindestens 500 Millionen Tonnen senken könnte. Dies war ein Szenariopotenzial, keine bereits erzielte Minderung.

Weitere technische Entwicklung

Forschende nutzen auch künstliche Intelligenz zur Auslegung und Steuerung von Wärmepumpen. Ein Beispiel ist das Fraunhofer-ISE-Projekt AI4HP, das folgende Ziele verfolgte:

Die Entwicklung intelligenter Wärmepumpen, die ihren Betrieb an veränderte Bedingungen anpassen, Effizienz und Komfort verbessern und die Wartung durch Fehlererkennung und Diagnose erleichtern.

Forschungsziel waren bis zu 20 Prozent Energieeinsparung und geringere Emissionen ohne Komfortverlust. Dies war kein garantierter Wert für jede Installation.

Wie funktionieren Wärmepumpen?

Wärmepumpen nutzen Wärmeübertragung und einen Kältekreislauf. Das Kältemittel verändert in einem geschlossenen Kreislauf Druck, Temperatur und Phase und transportiert Wärme zwischen zwei Umgebungen.

Beim Heizen verdichtet der Kompressor gasförmiges Kältemittel und erhöht dadurch Druck und Temperatur. Das heiße Gas strömt durch den Verflüssiger, einen Wärmetauscher, in dem es Wärme an Innenluft oder Heizwasser abgibt und zu Flüssigkeit kondensiert.

Die Flüssigkeit unter hohem Druck passiert das Expansionsventil. Druck und Temperatur sinken, und ein Teil verdampft. Es entsteht ein kaltes Gemisch aus Flüssigkeit und Dampf.

Das Gemisch durchströmt den Verdampfer und nimmt Wärme aus der Außenluft oder einer anderen Quelle auf. Die übrige Flüssigkeit verdampft. Das Gas kehrt zum Kompressor zurück, und der Kreislauf beginnt erneut.

Die hohe Effizienz beruht auf der Wärmeübertragung: Die abgegebene Wärme wird nicht vollständig aus dem verbrauchten Strom erzeugt. Strom treibt Verdichter, Ventilatoren, gegebenenfalls Umwälzpumpen und Hilfsgeräte an. Weil auch Umweltenergie enthalten ist, kann der COP größer als 1 sein.

Zum Kühlen kehrt ein reversibles System den Kreislauf um. Wärme wird aus dem Innenraum aufgenommen und draußen abgegeben. Dieselbe Anlage kann deshalb heizen und kühlen.

Verschiedene Arten von Wärmepumpen

Eine der größten Stärken einer Wärmepumpe ist ihre Vielseitigkeit.  Obwohl die physikalischen Grundlagen bei allen gleich sind, gibt es verschiedene Unterklassen von Wärmepumpen, die unterschiedliche Energiequellen nutzen und sich an Klima‑ und Installationsbedingungen anpassen.

Wärmequellen

• Erdreich: Auch als Erdwärme‑Wärmepumpen bekannt, nutzen sie Wärme aus dem Erdreich und sind für ihre hohe Effizienz bekannt.
• Außenluft:Die häufigste Variante nutzt Wärme aus der Außenluft und lässt sich meist einfacher installieren als ein System mit Erdkollektor.
• Wasser: Diese nutzen nahegelegene Wasserquellen wie Seen oder Brunnen zum Wärmeaustausch.

Installation

• Mit Luftkanälen:Die Anlage wird in das Luftkanalnetz des Hauses eingebunden und liefert zentrale Heiz- und Kühlleistung.
• Ohne Luftkanäle (Mini-Split):Geeignet für Häuser ohne Luftkanäle, mit getrennter Regelung einzelner Räume oder Zonen.

Klima

• Kaltes Klima:Modelle für kalte Regionen nutzen unter anderem drehzahlgeregelte Verdichter. Leistung und Effizienz müssen für die örtlichen Temperaturen geprüft werden.
• Mildes Klima:Standardmodelle eignen sich für übliche Heiz- und Kühlanforderungen in Regionen mit milderen Temperaturen.

Staatliche Initiativen

Im Jahr 2023 unterstützten Kanada und die USA energetische Verbesserungen an Wohngebäuden. Kanada bot den Canada Greener Homes Grant neben Programmen der Provinzen an. In den USA deckte die entsprechende Bundessteuergutschrift ab 2023 nach den geltenden Bedingungen 30 Prozent der förderfähigen Wärmepumpenkosten bis zu 2.000 Dollar ab. ENERGY STAR half bei der Beurteilung der Energieeffizienz und der Eignung bestimmter Modelle.

Branchenakteure

Mit der rasanten Zunahme der Beliebtheit von Wärmepumpen ist es nicht verwunderlich, dass die Liste der Hersteller weiter wächst.  Im Folgenden finden Sie einige der bekanntesten, börsennotierten Unternehmen, die solche Lösungen herstellen.  Weitere bekannte Hersteller sind internationale Giganten wie LG Electronics, Panasonic, Mitsubishi und andere.

*Die folgenden Marktdaten sind eine Momentaufnahme aus der ursprünglichen Veröffentlichung von 2023, keine aktuellen Kurse. Marktkapitalisierung und Gewinn je Aktie sind in US-Dollar angegeben.*

1.  Carrier Global Corporation

CARR Preisdiagramm

Carrier ist ein renommierter Name in der HLK‑Branche und spezialisiert sich auf die Entwicklung und Herstellung von Heiz‑, Lüftungs‑ und Klimaanlagen, einschließlich Wärmepumpen.  Bekannt für Innovation und Nachhaltigkeit, bietet Carrier ein breites Produktspektrum für sowohl private als auch gewerbliche Anwendungen.  Das Engagement des Unternehmens für Energieeffizienz und fortschrittliche Technologie hat es zu einem Marktführer im HLK‑Sektor gemacht.

2.  Lennox International, Inc.

LII Preisdiagramm

Lennox International (LII ) ist ein weiterer bedeutender Hersteller von HLK‑Systemen, einschließlich hocheffizienter Wärmepumpen.  Das Unternehmen ist bekannt für seine Spitzentechnologie, Zuverlässigkeit und energieeffiziente Produkte.  Das Produktportfolio von Lennox richtet sich sowohl an den privaten als auch an den gewerblichen Markt und legt dabei Wert auf hochwertige, umweltfreundliche Heiz‑ und Kühllösungen.

3. Trane Technologies plc

TT Preisdiagramm

Trane Technologies (TT ) ist ein globaler Marktführer in der HLK‑Branche und bietet ein breites Sortiment an Heiz‑, Kühl‑ und Lüftungssystemen, einschließlich fortschrittlicher Wärmepumpen.  Wie die anderen genannten Unternehmen ist Trane für seine langlebigen und effizienten Produkte bekannt, die sowohl im privaten als auch im gewerblichen Bereich effektive Klimakontrolle ermöglichen.  Das Unternehmen legt großen Wert auf Nachhaltigkeit und Innovation im Produktdesign, um die Umweltbelastung zu reduzieren und gleichzeitig den Komfort der Nutzer zu steigern.

Fazit

Wärmepumpen können eine effiziente Wahl zum Heizen und Kühlen sein, besonders wenn die Kosten je bereitgestellter Wärmeeinheit unter denen der Alternativen liegen. Wirtschaftlichkeit und Umweltwirkung hängen von Installation, Gebäude, Klima und Energiepreisen ab. Verbesserungen für kalte Regionen und passende Förderungen können die Attraktivität erhöhen.

Während die Welt zunehmend zu nachhaltigem Leben übergeht, können Wärmepumpen zu diesem Wandel beitragen.