Artikel erstellt am 06.12.2023
von Boris Stippe | ca: 12 Min. zu lesen

Wärmequellen-Anlage (WQA) – Was ist das?

Eine Wärmequellenanlage (WQA) ist eine Anlage, mit der Wärmeenergie aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser gewonnen wird. Diese Wärmeenergie wird dann von einer Wärmepumpe genutzt, um Gebäude zu heizen oder zu kühlen.

Beispiel einer Wärmequelleanlage - Windmühlen am Wasser
Beispiel einer Wärmequellen-Anlage – Windmühlen am Wasser (Bildquelle: Tom Bayer – stock.adobe.com)

Eine Wärmequellenanlage (WQA) ist eine Anlage, die in Verbindung mit einer Wärmepumpe installiert wird, um eine effiziente und nachhaltige Wärmeerzeugung zu gewährleisten. Die WQA besteht aus einer oder mehreren Wärmequellen, die als Energiequelle für die Wärmepumpe dienen. Typische Wärmequellen sind Erdwärme, Luft und Wasser.

Die Installation einer Wärmepumpe erfordert eine sorgfältige Planung und Auslegung, um sicherzustellen, dass die Wärmequellen ausreichend dimensioniert sind, um den Wärmebedarf des Gebäudes zu decken. Die WQA muss auch so ausgelegt werden, dass sie den spezifischen Anforderungen des Standorts entspricht, einschließlich der geologischen Bedingungen, der Verfügbarkeit von Wasser und der Umgebungstemperatur.

Der Betrieb einer Wärmepumpe erfordert regelmäßige Wartung und Überwachung, um sicherzustellen, dass die Wärmequellen effizient arbeiten und die Wärmepumpe optimal betrieben wird. Eine gut geplante und gewartete WQA kann dazu beitragen, die Energiekosten zu senken und die CO2-Emissionen zu reduzieren, indem sie eine nachhaltige und umweltfreundliche Wärmeerzeugung ermöglicht.

Wie funktioniert eine Wärmequellenanlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe?

Eine Wärmequellenanlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe arbeitet nach dem Prinzip der Wärmepumpentechnik, um einer natürlichen Wärmequelle Wärmeenergie zu entziehen und auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen, um damit Gebäude zu beheizen oder Warmwasser zu erzeugen. Im Folgenden wird die Funktionsweise einer solchen Anlage näher erläutert:

  • Wärmequelle: Eine Wärmequellenanlage kann verschiedene Wärmequellen nutzen, z. B. das Erdreich, das Grundwasser oder die Umgebungsluft. Die Wahl der Wärmequelle hängt von den örtlichen Gegebenheiten und der Verfügbarkeit ab. Jede Wärmequelle hat ihre eigenen Vor- und Nachteile.
  • Wärmepumpe: Die Wärmepumpe ist das Herzstück der Anlage und besteht aus einem geschlossenen Kreislauf, in dem ein Kältemittel zirkuliert. Die Wärmepumpe besteht in der Regel aus einem Verdampfer, einem Kompressor, einem Kondensator und einem Expansionsventil.
  • Verdampfer: Im Verdampfer nimmt das Kältemittel die Wärmeenergie aus der Wärmequelle auf. Bei einer Erd- oder Wasser-Wärmepumpe wird das Kältemittel durch Rohrschlangen oder Rohre geleitet, die im Erdreich oder im Grundwasser verlegt sind. Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe wird die Wärmeenergie der Außenluft entzogen.
  • Verdichter: Das gasförmige Kältemittel wird vom Verdampfer zum Verdichter geleitet. Der Verdichter erhöht den Druck und damit die Temperatur des Kältemittels. Dadurch steigt die Temperatur des Kältemittels auf ein Niveau, das für die Beheizung des Gebäudes geeignet ist.
  • Kondensator: Das heiße, verdichtete Kältemittel gelangt in den Kondensator, der sich im Gebäude befindet. Dort gibt es die aufgenommene Wärmeenergie an das Heizsystem des Gebäudes ab, zum Beispiel an eine Fußbodenheizung oder Heizkörper. Dabei kondensiert das Kältemittel und gibt die aufgenommene Wärmeenergie wieder ab.
  • Expansionsventil: Das abgekühlte Kältemittel wird nach dem Verflüssiger zum Expansionsventil geleitet. Das Expansionsventil dehnt das Kältemittel aus und senkt dadurch den Druck und die Temperatur.
  • Kreislauf: Nachdem das Kältemittel das Expansionsventil passiert hat, beginnt der Kreislauf von neuem. Das Kältemittel kehrt zum Verdampfer zurück, wo es erneut Wärmeenergie von der Wärmequelle aufnimmt und der Prozess von neuem beginnt.

Dieser Kreislauf wiederholt sich ständig, solange die Wärmepumpe in Betrieb ist. Durch den Einsatz einer Wärmequellenanlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe wird die vorhandene Wärmeenergie aus der Wärmequelle genutzt, um das Gebäude zu beheizen oder Warmwasser zu erzeugen. Dadurch wird weniger zusätzliche Energie benötigt, was zu Energieeffizienz und Kosteneinsparungen führt.

Welche Arten von Wärmequellenanlagen können mit Wärmepumpen genutzt werden?

Wärmepumpen können mit verschiedenen Arten von Wärmequellenanlagen kombiniert werden, um Wärmeenergie für Heizzwecke zu gewinnen. Nachfolgend sind die gängigsten Arten von Wärmequellenanlagen aufgeführt, die in Verbindung mit Wärmepumpen eingesetzt werden:

  • Erdwärmepumpen: Erdwärmepumpen nutzen die konstante Temperatur des Erdreichs als Wärmequelle. Dabei kommen entweder horizontale oder vertikale Erdwärmekollektoren zum Einsatz. Bei horizontalen Kollektoren werden Rohre in einer bestimmten Tiefe im Erdreich verlegt, während bei vertikalen Kollektoren Bohrungen in tiefere Erdschichten vorgenommen werden. Die Erdwärmepumpe entzieht dem Erdreich Wärmeenergie und gibt diese an das Heizsystem des Gebäudes ab.
  • Wasserwärmepumpen: Wasserwärmepumpen nutzen das Grundwasser als Wärmequelle. Dazu werden Brunnen oder Wasserentnahmestellen genutzt, um das Grundwasser anzuzapfen. Die Temperatur des Grundwassers ist relativ konstant und variiert je nach Region. Die Wasser-Wärmepumpe entzieht dem Grundwasser Wärmeenergie und gibt diese an das Heizsystem des Gebäudes ab. Nach der Wärmeübertragung wird das abgekühlte Wasser dem Wasserkreislauf wieder zugeführt.
  • Luft-Wasser-Wärmepumpen: Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Umgebungsluft als Wärmequelle. Die Außenluft wird entweder über ein Außengerät oder über eine Zuluftöffnung im Gebäude angesaugt. Die Wärmepumpe entzieht der Außenluft auch bei niedrigen Außentemperaturen Wärmeenergie und gibt diese an das Heizsystem des Gebäudes ab. Luft-Wasser-Wärmepumpen sind flexibel und einfach zu installieren, da keine aufwendigen Erdarbeiten oder Brunnenbohrungen erforderlich sind.
  • Hybrid-Wärmepumpen: Hybrid-Wärmepumpen kombinieren die Nutzung mehrerer Wärmequellen, um eine optimale Effizienz und Flexibilität zu erreichen. Beispielsweise kann eine Hybrid-Wärmepumpe sowohl die Umgebungsluft als auch das Grundwasser als Wärmequelle nutzen. Dies ermöglicht eine effiziente Nutzung der verfügbaren Energiequellen je nach jahreszeitlichen Schwankungen oder Bedingungen.

Die Wahl der geeigneten Wärmequellenanlage hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie der Verfügbarkeit der Wärmequelle, den örtlichen Gegebenheiten, den Anforderungen des Gebäudes und den individuellen Präferenzen. Es wird empfohlen, einen Fachmann zu konsultieren, um die bestmögliche Kombination von Wärmequelle und Wärmepumpe für eine effiziente und zuverlässige Heizlösung zu finden.

Welche Vorteile hat die Nutzung einer Wärmequellenanlage mit einer Wärmepumpe?

Der Einsatz einer Wärmequellenanlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe bietet eine Reihe von Vorteilen. Hier sind einige der wichtigsten Vorteile im Detail:

  • Hohe Energieeffizienz: Wärmepumpen zeichnen sich durch eine hohe Energieeffizienz aus. Sie nutzen die vorhandene Wärmeenergie der Wärmequelle und benötigen nur einen geringen Anteil an elektrischer Energie, um diese auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. Im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen kann der Einsatz einer Wärmepumpe mit Wärmequellenanlage erhebliche Energieeinsparungen von bis zu 50-70 Prozent ermöglichen.
  • Umweltfreundlichkeit: Der Einsatz einer Wärmepumpenanlage trägt zur Reduzierung der CO2-Emissionen und des ökologischen Fußabdrucks bei. Da Wärmepumpen keine fossilen Brennstoffe verbrennen, entstehen während des Betriebs keine direkten Schadstoffemissionen. Darüber hinaus können Wärmepumpen mit erneuerbaren Energiequellen betrieben werden, z. B. mit Strom aus erneuerbaren Energiequellen, was die Umweltbelastung weiter reduziert.
  • Vielseitig einsetzbar: Wärmequellenanlagen mit Wärmepumpen können sowohl für die Raumheizung als auch für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden. Dadurch ist eine ganzjährige Nutzung unabhängig von jahreszeitlichen Temperaturschwankungen möglich. Die Wärmepumpe kann sowohl in Wohngebäuden als auch in Gewerbe- und Industriegebäuden effektiv eingesetzt werden.
  • Langfristige Kostenersparnis: Obwohl die Anfangsinvestition für die Installation einer Wärmepumpenanlage höher sein kann als für konventionelle Heizsysteme, können langfristig erhebliche Kosteneinsparungen erzielt werden. Aufgrund der hohen Energieeffizienz und der geringeren Betriebskosten kann der Einsatz einer Wärmepumpe zu niedrigeren Heizkosten führen, insbesondere bei steigenden Energiepreisen. Darüber hinaus sind Wärmepumpen wartungsarm und langlebig, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt.
  • Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern: Da Wärmepumpen keine fossilen Brennstoffe wie Öl oder Gas verbrennen, bietet die Nutzung einer Wärmequellenanlage mit Wärmepumpe eine gewisse Unabhängigkeit von schwankenden Energiepreisen und Ressourcenknappheit. Dies erhöht die Sicherheit der Energieversorgung und verringert die Abhängigkeit von externen Energiequellen.

Zu beachten ist, dass die tatsächlichen Vorteile einer Wärmequellenanlage mit Wärmepumpe von verschiedenen Faktoren wie der Wahl der Wärmequelle, der Effizienz der Wärmepumpe, dem Wärmebedarf des Gebäudes und den örtlichen Gegebenheiten abhängen. Eine sorgfältige Planung und Beratung durch Fachleute wird empfohlen, um den optimalen Nutzen aus einer solchen Anlage zu erzielen.

Welche Umweltaspekte sind beim Einsatz von Wärmequellenanlagen und Wärmepumpen zu berücksichtigen?

Beim Einsatz von Wärmequellenanlagen und Wärmepumpen sind verschiedene Umweltaspekte zu berücksichtigen. Nachfolgend sind einige der wichtigsten Punkte im Detail aufgeführt:

  • Reduzierung der Treibhausgasemissionen: Wärmequellenanlagen und Wärmepumpen tragen zur Reduktion von Treibhausgasemissionen bei. Da sie keine fossilen Brennstoffe verbrennen, entstehen während des Betriebs keine direkten CO2-Emissionen. Dies trägt zur Bekämpfung des Klimawandels und zur Verringerung der Umweltbelastung bei.
  • Nutzung erneuerbarer Energieträger: Wärmequellenanlagen nutzen erneuerbare Energiequellen wie Erdwärme, Grundwasser oder Umgebungsluft. Diese Energiequellen sind nahezu unbegrenzt verfügbar und können kontinuierlich genutzt werden. Die Nutzung erneuerbarer Energien verringert die Abhängigkeit von endlichen fossilen Energieträgern und trägt zur nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen bei.
  • Energieeffizienz und Ressourcenschonung: Wärmepumpen zeichnen sich durch eine hohe Energieeffizienz aus. Sie nutzen die vorhandene Wärmeenergie der Wärmequelle und benötigen nur einen geringen Anteil an elektrischer Energie, um die Wärme auf ein höheres Temperaturniveau zu heben. Dadurch wird Energie gespart und Ressourcen effizient genutzt.
  • Schallemissionen: Beim Betrieb von Wärmepumpen können geringe Geräusche auftreten, insbesondere bei Luft-Wasser-Wärmepumpen. Es ist wichtig, die Lärmbelastung durch geeignete Standortwahl und Schalldämmung zu minimieren, um die Auswirkungen auf die Umwelt zu reduzieren.
  • Energiebedarf und Energiequellen: Wärmepumpen benötigen elektrische Energie, um Komponenten wie Kompressoren und Pumpen zu betreiben. Es ist wichtig, den Energiebedarf zu berücksichtigen und auf eine nachhaltige Stromversorgung zu achten. Der Einsatz von erneuerbarem Strom aus Wind-, Sonnen- oder Wasserkraft verbessert die Umweltbilanz von Wärmequellenanlagen und Wärmepumpen weiter.
  • Planung und Installation: Eine sorgfältige Planung und Installation der Wärmequellenanlage und der Wärmepumpe ist entscheidend, um eine optimale Effizienz und Leistung zu gewährleisten. Eine fachgerechte Ausführung vermeidet unnötige Energieverluste und ermöglicht einen effizienten Betrieb der Anlage.
  • Lebenszyklusbetrachtung: Bei der Bewertung der Umweltauswirkungen von Wärmequellenanlagen und Wärmepumpen ist es wichtig, den gesamten Lebenszyklus zu betrachten. Dieser umfasst die Herstellung, den Betrieb und die Entsorgung der Anlagen. Eine umweltfreundliche Herstellung, eine effiziente Nutzung während des Betriebs und eine ordnungsgemäße Entsorgung am Ende der Lebensdauer tragen zu einer nachhaltigen Nutzung bei.

Für eine umfassende Bewertung der Umweltaspekte bei der Auswahl, Planung und Installation von Wärmequellenanlagen und Wärmepumpen wird empfohlen, Fachleute hinzuzuziehen. So kann sichergestellt werden, dass die Anlagen optimal auf die spezifischen Anforderungen und Umweltziele abgestimmt sind.

Wie hoch sind die Kosten für die Installation und den Betrieb einer Wärmequellenanlage in Kombination mit einer Wärmepumpe?

Die Kosten für die Installation und den Betrieb einer Wärmequellenanlage in Kombination mit einer Wärmepumpe können in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren stark variieren. Hier sind einige wichtige Kostenaspekte, die berücksichtigt werden sollten:

  • Installationskosten: Die Installationskosten setzen sich zusammen aus den Kosten für die Wärmepumpe selbst und den Kosten für die Wärmequellenanlage einschließlich der erforderlichen Komponenten wie Erdwärmekollektoren, Brunnen, Rohrleitungen oder Luftansaugung. Die genauen Kosten hängen von der Größe des zu beheizenden Gebäudes, der gewählten Wärmequelle und der Leistung der Wärmepumpe ab. In der Regel sind die Installationskosten höher als bei konventionellen Heizsystemen, können aber langfristig durch die Energieeinsparung ausgeglichen werden.
  • Installationskosten: Die Installationskosten umfassen die Kosten für die Installation der Wärmequellenanlage und der Wärmepumpe. Diese Kosten variieren je nach Komplexität der Installation, Zugänglichkeit des Standorts, Art der Wärmequelle und örtlichen Gegebenheiten. Eine fachgerechte Installation ist wichtig, um eine optimale Leistung und Effizienz des Systems zu gewährleisten.
  • Betriebskosten: Die Betriebskosten setzen sich aus verschiedenen Faktoren zusammen. Dazu gehören die Kosten für den Stromverbrauch der Wärmepumpe, die Wartungs- und Instandhaltungskosten und gegebenenfalls die Kosten für die Wartung der Wärmequelle. Der Stromverbrauch der Wärmepumpe hängt von der Leistung, der Effizienz des Systems und der Nutzung ab. Es ist ratsam, einen Energieliefervertrag zu wählen, der auf erneuerbaren Energien basiert, um die Umweltbelastung weiter zu reduzieren.
  • Förderungen und finanzielle Anreize: In einigen Ländern und Regionen gibt es Förderprogramme und finanzielle Anreize für die Installation von Erdwärmeanlagen und Wärmepumpen. Diese können die Kosten erheblich senken. Es ist ratsam, sich über mögliche Förderungen und Steuererleichterungen zu informieren und diese in die Kostenabschätzung einzubeziehen.
  • Lebenszykluskosten: Bei der Beurteilung der Gesamtkosten einer Wärmequellenanlage mit Wärmepumpe ist es wichtig, die Lebenszykluskosten zu berücksichtigen. Diese umfassen nicht nur die Installations- und Betriebskosten, sondern auch die Kosten für Reparaturen, Wartung und Ersatzteile über die gesamte Lebensdauer des Systems. Eine qualitativ hochwertige Installation und regelmäßige Wartung können langfristig Kosten sparen.

Es ist zu beachten, dass die genauen Kosten für die Installation und den Betrieb einer Wärmequellenanlage mit Wärmepumpe von verschiedenen Faktoren abhängen und von Fall zu Fall unterschiedlich sein können. Es wird empfohlen, Angebote von Fachleuten einzuholen und eine detaillierte Kostenschätzung auf der Grundlage der spezifischen Anforderungen des Gebäudes und der örtlichen Gegebenheiten vorzunehmen.

Fazit

Eine Wärmequellenanlage in Verbindung mit einer Wärmepumpe ermöglicht eine effiziente und nachhaltige Wärmeerzeugung für Gebäude. Dabei wird der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser Wärmeenergie entzogen und von der Wärmepumpe zum Heizen oder Kühlen genutzt. Das System besteht aus einer oder mehreren Wärmequellen, die als Energiequelle für die Wärmepumpe dienen. Typische Wärmequellen sind Erdwärme, Luft und Wasser. Die Funktionsweise einer Wärmequellenanlage mit Wärmepumpe beruht auf dem Prinzip der Wärmepumpentechnik.

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