Wärmepumpen sind eine der entscheidenden Technologien, um die Welt von fossilen Energieträgern wegzubringen. Sie sollen einen grossen Teil der bisher mit Öl oder Gas betriebenen Heizungen ersetzen. Wir beantworten die wichtigsten Fragen.

Technisch sind Wärmepumpen elektrische Heizungen, die aber den grössten Teil ihrer Heizenergie von einer äusseren Quelle beziehen und diesen äusseren, «Umweltwärme» genannten Energie-Input mit Hilfe eines Kompressors verdichten, der von einem Elektro- oder Gasmotor angetrieben wird. Allerdings gibt es in der Schweiz kaum Gas-Wärmepumpen. Die äussere Wärmequelle kann Aussenluft oder Industrieabluft sein oder auch die Wärme aus der Erde, aus der Kanalisation, aus Seen oder Fliessgewässern.

Im privaten Bereich kommen Luft-Wasser-Wärmepumpen und Sole-Wasser-Wärmepumpen am häufigsten zum Einsatz. Erstere nutzen die Wärme der Aussenluft, Letztere die Wärme in der Tiefe des Erdreichs. Sole-Wasser-Wärmepumpen sind teurer, weil dafür eine oder mehrere Bohrungen von etwa 90 bis 180 Metern Tiefe nötig sind. Dafür benötigen sie deutlich weniger Strom als Luft-Wasser-Wärmepumpen. Es gibt auch Luft-Luft-Wärmepumpen, die ohne Heizkreislauf direkt die Innenluft erwärmen. Sie eignen sich vor allem für Niedrigstenergie-Häuser, die ohnehin kaum mehr Heizenergie brauchen. Solche Anlagen werden deshalb oft direkt mit der Komfortlüftung verbunden.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank. Denn dieser erzeugt mehr Wärme als Kälte, und auch die Wärmepumpe kann kühlen, wenn sie rückwärtsläuft. Den Kern in beiden Systemen bildet ein Kältemittel, das beim Verdampfen Wärme aufnimmt und beim Kondensieren Wärme abgibt.

Wärmepumpen verwenden ein Kältemittel, das schon bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt verdampft und somit auch bei sehr tiefen Temperaturen noch Wärme aus der Umgebung aufnehmen kann. Um diese Temperatur mechanisch zu erhöhen, komprimiert der Kompressor das nun gasförmige Kältemittel. Das gleiche Prinzip bringt eine Fahrradpumpe zum Erhitzen, wenn man den Luftauslass blockiert. Das heisse Kältemittel gibt seine Wärme an den Heizkreislauf der Heizung ab und kühlt dabei ab. Und dann geht’s wieder von vorne los.

Das Kältemittel wirkt wie eine thermische Übersetzung für mehr Leistung, ähnlich wie die Zahnradübersetzung beim Velo. Man spricht dabei vom «Coefficient of Performance» (COP) oder von der Leistungszahl. Pro eingesetzte Kilowattstunde (kWh) Strom erzeugt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe so dank der Nutzung zusätzlicher externer Wärmequellen wie Erdwärme, Abluft oder Aussenluft etwa 3,5 kWh nutzbare Wärme. Ihre Leistungszahl beträgt somit 3,5. Die Leistungszahl sinkt allerdings bei tiefen Temperaturen und beträgt bei Aussentemperaturen unter etwa –5 °C nur noch 1. Der Stromverbrauch entspricht dann jenem einer altmodischen elektrischen Widerstandsheizung. Sole-Wasser-Wärmepumpen haben eine Leistungszahl von 5 und teilweise höher. Die Erdsonde reicht in Bodentiefen hinein, in denen die Temperatur ganzjährig 13 °C bis 15 °C beträgt. Sole-Wasser-Wärmepumpen sind damit effizienter als Luft-Wasser-Wärmepumpen und vor allem ganzjährig immer gleich effizient, egal, wie kalt es draussen ist.

Sind Wärmepumpen eine erprobte Technologie?

Wärmepumpen entstanden parallel zur Kältetechnologie, weil die Prozesse dieselben sind. Die erste kommerzielle Wärmepumpe der Schweiz wurde schon 1877 in der Saline in Bex im Kanton Waadt installiert. Zwischen 1937 und 1945 bauten die damals in der Energietechnik führenden Schweizer Unternehmen Sulzer, Escher Wyss und Brown, Boveri & Cie. rund 35 Wärmepumpen als Heizungen für grössere Gebäude. Als Wärmequellen dienten hauptsächlich See-, Fluss- und Grundwasser sowie Abwärme. International bekannt ist die 1937 von Escher Wyss im Rathaus von Zürich installierte Anlage. Sie nutzte die Wärme der Limmat und sollte damals Platz und vor allem Kohle sparen. Erst nach 63 Jahren ersetzte eine modernere Anlage im Jahr 2001 diese Pionier-Wärmepumpe. Die historische Anlage blieb aber erhalten und ist täglich während etwa einer Stunde in Betrieb.

Wie teuer sind Wärmepumpen?

Für eine Ersatzanlage einer Öl- oder Gasheizung in einem Einfamilien- oder kleinen Mehrfamilienhaus müssen Sie mit Installationskosten im Bereich von rund 45 000 bis 50 000 Franken rechnen. Anlagen mit Erdsonden und den dazugehörenden Bohrungen kosten etwa 70 000 Franken oder mehr, benötigen im Betrieb aber rund 30 Prozent weniger Strom. Daniel Arm, Energieberater bei Primeo Energie, sagt dazu: «Viele Leute schrecken die hohen Beschaffungskosten für Sole-Wasser-Wärmepumpen mit der Nutzung von Erdwärme ab. Doch die höheren Kosten werden durch die Einsparungen beim Stromverbrauch kompensiert und lassen sich im Rahmen einer Energie-Hypothek oft gut abfedern.»

Ist der Strom für die Wärmepumpe teurer als Gas oder Öl?

Die Kosten für die Heizenergie variieren von Jahr zu Jahr. Früher waren in den meisten Fällen fossile Energieträger günstiger. Allerdings nur, weil die Kosten für die Umweltschäden an die Allgemeinheit übertragen wurden. Mit höheren Emissionssteuern dürfte sich das aber ändern. Zudem kann man Kilowattstunden Strom nicht 1:1 in Kilowattstunden Öl oder Gas umrechnen wie bei den alten Elektrospeicher- und Widerstandsheizungen. Eine Wärmepumpe verwandelt dank der Übersetzungsfunktion des Kältemittels eine Kilowattstunde elektrische Leistung in 3,5 bis 5 kWh Wärmeleistung für Heizung und Brauchwasser.

Sind Wärmepumpen die einzige Lösung, um Öl- und Gasheizungen zu ersetzen?

Nein, es gibt noch andere Lösungen. Oft sind Wärmeverbünde oder Fernwärmesysteme genauso sinnvoll. Auch Pelletheizungen sind eine Lösung oder Holzschnitzelheizungen für grössere Überbauungen oder Liegenschaften. Zudem wird bei Sanierungen oft vergessen, dass sich mit dem solaren Direktgewinn sehr viel Sonnenenergie «ernten» lässt. Gerade bei Schulhäusern oder grösseren Liegenschaften, aber auch bei Einfamilienhäusern mit gut besonnten Süd-, Ost- und Westfassade. Hier können sonnenexponierte Räume so gestaltet werden, dass mineralische Boden- und Wandmaterialien die durch die Sonne eintretende Wärme speichern. Eine Lüftung verteilt die warme Luft im Haus. Dadurch lässt sich der Heizenergiebedarf massiv reduzieren. Solche Konzepte lassen sich auch bei Umbauten und Teilsanierungen relativ einfach realisieren.

Gibt es Situationen, in denen der Ersatz einer fossilen Heizung durch eine Wärmepumpe wenig Sinn macht?

Je nach Isolation des Hauses sowie persönlichen Präferenzen und Verhaltensweisen der Bewohner gibt es Häuser, die sehr wenig fossile Heizenergie benötigen. Wenn in solchen Häusern zusätzlich noch Schwedenöfen oder Cheminées in Betrieb sind, dient die fossile Heizung oft nur gerade zur Frostsicherung bei Abwesenheit der Bewohner und zur Vermeidung von Schimmelbildung. Bei so kleinen Verbräuchen ist der Aufpreis einer Wärmepumpe gegenüber einer effizienten Gasheizung kaum zu rechtfertigen. Zudem bieten Gasversorger auch erneuerbares Gas an. Sollte das Gasnetz dereinst stillgelegt werden, kann auch erneuerbares Gas aus Flaschen solche kleinen Verbräuche decken. Ein sinnvoller Heizungsersatz kann in solchen seltenen Fällen durchaus ein modernes Gasgerät in Kombination mit einem effizienten Wärmepumpenboiler fürs Warmwasser sein.

Welche Folgekosten können noch entstehen?

Planung ist auch beim Heizungsersatz die halbe Miete. Wer eine Wärmepumpe einbaut, ersetzt damit idealerweise nicht nur die Ölheizung, sondern auch die Warmwasseraufbereitung. Sehr häufig ist das neue Gerät ein Elektroboiler mit sehr hohem Stromverbrauch. Entsprechend muss man allenfalls Wasserleitungen anders ziehen und einen Platz für einen Trinkwasser- oder einen Kombispeicher finden. Ein Kombi- oder Schichtspeicher ist ein Warmwasserspeicher, der im Inneren einen zweiten, T-förmigen Tank fürs heisse Brauchwasser enthält. In Kombination mit der Wärmepumpe funktioniert er wie eine Wärmebatterie. Die Wärmepumpe läuft zu Zeiten, in denen Strom billig ist oder gratis vom eigenen Dach kommt, und lädt den Speicher auf.

In älteren Häusern müssen bei der Installation von Wärmepumpen manchmal auch Sicherungskästen und Teile der Elektroinstallation ersetzt werden. Alte Schaltkästen enthalten oft Asbest, sodass bei der Sanierung besondere Vorsicht geboten ist.

Sole-Wasser- oder Luft-Wasser-Wärmepumpe?

Für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe müssen Sie ein Loch bohren. Das kostet in der Installation sehr viel mehr, spart aber im Betrieb deutlich Stromkosten. Hier lohnt es sich, gemeinsam mit einem Energieberater alle Systeme anzuschauen und genau zu rechnen. Es kommt auf die Immobilie, das lokale Klima und den Untergrund an. Und da gab es schon böse Überraschungen. In der südbadischen Gemeinde Staufen wurden 2007 für das Rathaus Erdsondenbohrungen vorgenommen. Der Untergrund dort besteht aus Gips. Weil eine der Sonden undicht wurde, gelangte Feuchtigkeit in den Gips, worauf dieser aufquoll. Das historische Zentrum des Städtchens hob sich um bis zu einem Meter, und viele Häuser wurden buchstäblich auseinandergerissen. Dies ist allerdings der weitaus grösste dokumentierte Fall. Und bei sorgfältiger geologischer Abklärung ist die Technik sicher, was Tausende von seit vielen Jahren tadellos funktionierenden Erdsonden bestätigen. Genau aus solchen Gründen ist eine Bohrung etwa im Kanton Baselland bewilligungspflichtig. Zudem werden die bewilligten Bohrungen in einem Kataster aufgeführt.

Schadet eine Erdsonde dem Boden?

Ein möglicher Nachteil von Erdsonden ist, dass sie langfristig das Erdreich abkühlen können. Tiefwurzelnde Bäume mögen das nicht und können deshalb sogar eingehen. Zudem kann die Sonde einfrieren – sie wird damit unwirksam oder gar zerstört. Moderne Systeme regenerieren deshalb die Bodenwärme, wie Energieberater Daniel Arm von Primeo Energie sagt». Bei der Regeneration kann man mithilfe der Kühlfunktion der Wärmepumpe den Boden im Sommer via Solarenergie aufwärmen und die gespeicherte Energie im Winter nutzen. Somit ergibt die Kombination von Photovoltaik, Wärmepumpe und Erdsonde einen Saisonspeicher für überschüssigen Sommer-Solarstrom. Das macht die Wärmepumpe noch effizienter und entlastet im Winter das Stromnetz. Grosse Teile des Versorgungsgebiets von Primeo Energie haben zudem einen sehr lehmigen Untergrund. Das erkennt man teilweise sogar an den Flurnamen wie Letten, Leimen, Leimental und den vielen alten Ziegeleien. Lehm nimmt Wärme sehr schnell auf und gibt sie auch schnell wieder ab. Er eignet sich deshalb besonders gut für regenerierende Wärmepumpen mit Erdsonden.

Haben wir genug Strom für so viele neue Wärmepumpen?

Mit dem Ersatz von fossilen durch elektrische Heizungen wachsen sowohl der Stromverbrauch wie auch die Belastung des Netzes. Letzteres kann kurzfristig zu grösseren Schwierigkeiten führen als die Bereitstellung der nötigen Strommenge. Aus Sicht des Netzbetreibers ist es deshalb sinnvoll, wenn möglichst viele der deutlich sparsameren und effizienteren Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Erdsonden in Betrieb gehen. Allerdings geht die Umstellung von Öl- und Gasheizungen auf Wärmepumpen und Fernwärme parallel mit dem Verschwinden der noch immer sehr verbreiteten Elektroboiler, die oft sehr viel Strom verbrauchen. Der Anstieg von Stromverbrauch und Netzbelastung ist deshalb wesentlich weniger stark, als man dies im ersten Moment annehmen würde.

Wie viel Platz benötigt eine Wärmepumpe?

Luft-Wasser-Wärmepumpen benötigen am Aufstellungsort etwa so viel Platz wie eine Gasfeuerung oder eine Ölheizung – oder ein Küchenschrank. Sie sind aber grösser als ein kompaktes Gasgerät. Dazu kommt oft noch das Aussengerät. Sole-Wasser-Wärmepumpen gibt es als sehr kompakte Geräte mit integrierter Komfortlüftung. Sie benötigen kaum Platz im Haus und auch kein Aussengerät.

Können Wärmepumpen Öl- oder Gasheizungen 1:1 ersetzen?

Eine fossile Heizung können Sie innerhalb weniger Arbeitstage und mit minimalem Baustaub und Bauärger durch eine Luft-Wasser-Wärmepumpe ersetzen.

Wie bereitet man sein Haus auf den Einbau einer Wärmepumpe vor?

Grundsätzlich sollte jeder Hauseigentümer und jede Immobilienbesitzerin eine gewisse Vorstellung von den in den nächsten Jahren nötigen Unterhaltsarbeiten haben. «Vielen meiner Kunden steht das Wasser bis zum Hals», sagt Daniel Arm. «Sie haben eine kaputte Heizung und brauchen sofort eine Lösung.» Doch feuerwehrmässiger Heizungsersatz ist immer schlecht, egal, welches System man wählt. In der korrekten Reihenfolge werden vor einem Heizungsersatz immer erst Fenster ersetzt und Keller, Fassade und Dach isoliert. Ein derart eingepacktes Haus benötigt fast 50 Prozent weniger Heizenergie, und die neue Heizung kann viel kleiner sein als die alte Anlage. «Das Dach ist besonders wichtig», betont Daniel Arm. «Denn künftig haben wir nicht nur ein Kälteproblem im Winter, sondern vor allem auch ein Hitzeproblem im Sommer. In Häusern mit schlecht isoliertem Dach werden viele Dachräume mittlerweile im Sommer so heiss, dass sie kaum mehr bewohnbar sind. Gute Isolationen schützen sowohl vor Hitze wie auch vor Kälte.»

Wie laut sind Wärmepumpen?

Ältere Luft-Wasser-Wärmepumpen sind oft ziemlich laut, was bisweilen zu Reklamationen von Nachbarn geführt hat. Vor allem dann, wenn Teile der Wärmepumpe draussen standen. Seit etwa zehn Jahren sind die Geräte aber sehr leise bis unhörbar geworden. Sole-Wasser-Wärmepumpen sind praktisch geräuschlos.

Ist das Aussengerät unbedingt nötig?

Das Aussengerät einer Luft-Wasser-Wärmepumpe wird nicht immer als schön empfunden, auch wenn es inzwischen ansprechende Designs gibt. Je nach baulicher Situation gibt es aber auch Wärmepumpen, die komplett im Innern des Hauses stehen und die benötigte Luft über Kanäle ansaugen und wieder ausblasen. Dazu können sie auch bestehende Kellerfenster oder Lichtschächte nutzen. Sole-Wasser-Wärmepumpen haben kein Aussengerät.

Funktionieren Wärmepumpen nur mit Bodenheizungen?

Immer wieder wird erzählt, dass Wärmepumpen nur mit Bodenheizungen möglich seien und man dafür das schöne alte Parkett herausreissen müsse. Das stimmt nicht – aber wie in jeder Legende steckt auch hier ein Körnchen Wahrheit. Wärmepumpen funktionieren mit tieferen Vorlauftemperaturen, also jener Temperatur im Heizkreislauf, die den Raum beheizt. Die liegen idealerweise bei deutlich unter 50 °C, während Öl- und Gasheizungen problemlos Vorlauftemperaturen von 60 °C und mehr erzeugen können. Tiefe Vorlauftemperaturen bedingen grosse Flächen, wie in Bodenheizungen. Radiatoren dagegen bedingen höhere Vorlauftemperaturen, damit sie mit ihrer kleineren Fläche einen Raum heizen können. Deshalb sind Radiatoren jeweils viel wärmer als ein beheizter Boden.

Moderne, speziell auf den Ersatz von Ölheizungen ausgelegte Wärmepumpen schaffen auch Vorlauftemperaturen um 60 °C, sind dann allerdings nicht mehr ganz so effizient. Sie sind sinnvoll, wenn die Innenräume kürzlich renoviert wurden und ein Ersatz von effizienten und relativ modernen Radiatoren ökologisch nicht sinnvoll ist. Die eleganteste Lösung des Problems sind Wandheizungen, die Radiatoren nach und nach ersetzen können. Dabei montiert man an einige Wände etwa drei Zentimeter dicke Lehmplatten, die Heizschlaufen enthalten, ähnlich wie bei Bodenheizungen. Die Heizschlaufen schliesst man an die bestehenden Leitungen der Radiatoren an. Die Platten werden verputzt und sind im Gegensatz zu den Radiatoren unsichtbar. Das ergibt in jedem Raum eine angenehm warme Wand, ohne die Böden herausreissen zu müssen.

Wie funktionieren Wärmepumpen und Photovoltaikanlagen zusammen?

Heizen mit der Sonne geht auf zwei Arten: mit Sonnenkollektoren, die das Wasser direkt aufheizen und es ins Heizsystem einspeisen – oder mit Photovoltaikanlagen (PVA), die eine Wärmepumpe betreiben. Der Wärmeertrag pro Quadratmeter Fläche ist in beiden Fällen etwa gleich hoch, allenfalls bei der Kombination Photovoltaik/Wärmepumpe etwas höher. Sonnenkollektoren haben zudem den Nachteil, dass im Sommer oft zu viel Wärme da ist, die nur schwierig entsorgt werden kann. Strom von PV-Anlagen wird dagegen einfach ins Netz eingespeist. Insofern sind PV-Anlagen und Wärmepumpen ein ideales Paar.

Autor: Andreas Schwander
Bilder: Primeo Energie