Was bringt die EE-Hybridheizung mit Wärmepumpe?
Wärmepumpen nutzen die Wärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser und können damit bis zu 75 Prozent der Heizwärme erzeugen. Eine Solarthermie-Anlage produziert Wärme aus unbegrenzt zur Verfügung stehender Sonnenenergie. Wer beide Technologien kombiniert, reduziert nicht nur die CO2– und Feinstaub-Emissionen. EE-Hybridsysteme erhöhen zudem die Effizienz jedes einzelnen Systems. Wir erklären Ihnen gerne die wissenswerten Fakten zur Kombi „Wärmepumpe plus Solarthermie“.
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Wärmepumpe und Solarthermieanlage: Jede für sich ein Gewinn
In Neubauten sind Wärmepumpen bei Heizungsanlagen der Renner. Kein Wunder, denn sie werden von der Bundesregierung am stärksten gefördert. Der Grund liegt auf der Hand: Wärmepumpen sind die umweltfreundlichste Methode, die Heizungsanlage im Winter zu „befeuern“. Solarthermieanlagen stehen ebenfalls in grüner Gunst, denn auch sie leisten einen wertvollen Beitrag zur Energiewende.
Marktentwicklung bei Wärmepumpen: Tendenz steigend
Wärmepumpen auf dem Vormarsch. Laut Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) überschritt Deutschland im Jahr 2020 die Millionenmarke bei in Betrieb genommenen Heizungswärmepumpen. Der Großteil, deutlich mehr als die Hälfte, entfiel auf Luft/Wasser-Wärmepumpen und der Rest auf Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen. 2021 wurden 154.000 neue Heizungswärmepumpen installiert. Das ist ein Plus von 28 Prozent im Vergleich zum Vorjahr! Den weitaus größten Anteil konnten Luftwärmepumpen für sich verbuchen: 127.000 Geräte, ein Plus von 33 Prozent – und ein Marktanteil von 82 Prozent.
Funktionsweise von Wärmepumpen
Wärmepumpen entziehen der Umgebung Wärme, um damit das Gebäude zu erwärmen. Als Wärmequellen am effektivsten sind das Erdreich und das Grundwasser, weil deren Temperatur im Jahreslauf quasi gleich bleibt. Aufgrund des deutlich geringeren Installationsaufwands sind die Außenluft nutzende Luftwärmepumpen (genauer: Luft-Wasser-Wärmepumpen) jedoch am beliebtesten.
Das Funktionsprinzip ist schnell erklärt: Die mittels eines Wärmetauschers entzogene Energie gelangt über ein Kältemittel in den Verdampfer, „verdampft“ dort und wird im nächsten Schritt in einem Kompressor verdichtet. Das durch den Druck dichter und wärmer gewordene Kältemittel wird dann im „Verflüssiger“ verflüssigt und in einer Drossel (Expansionsventil) entspannt. Anschließend kann der Kreislauf von neuem beginnen. Im Grunde funktioniert das nicht anders als bei einem Kühlschrank – nur in umgekehrter Richtung. Und genau wie dieser benötigt auch eine Wärmepumpe Antriebsenergie, sprich: Strom. Das Ergebnis: Die Wärmeenergie setzt sich aus ca. 75 Prozent Umweltenergie und ca. 25 Prozent Antriebsenergie zusammen.
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Funktionsweise von Solarthermie-Anlagen
Die Funktion der Solarthermieanlage ist durch folgende Komponenten gewährleistet: Solarthermie-Kollektoren, bei denen der Markt die Wahl zwischen besonders effektiven Vakuumröhrenkollektoren und günstigeren Flachkollektoren lässt. Hinzu kommen noch die passende Solarverrohrung, ein Solarregler (Solarregelung) und ein bivalenter Speicher. Solarspeicher sind erforderlich, weil die thermische Solaranlage die Wärme oft zeitversetzt zum Verbrauch erzeugt.
Die Funktionsweise der Solarthermie-Anlage erläutert unser separater Beitrag. Reicht die solare Energie für den Warmwasser- und Wärmebedarf des Haushalts nicht aus, springt die Heizungsanlage ein.
Wärmepumpe plus Solarthermie – Funktionsweise der kombinierten Heizungsanlage
In der Kombination Wärmepumpe plus Solarthermie-Anlage lässt sich die Sonnenwärme auf zweierlei Weise im Heizkreislauf nutzen:
- Direkt: Bei einer direkten Unterstützung der Wärmepumpe wird die Solarwärme direkt in den Heizkreiskreislauf eingespeist. Beide Anlagen produzieren damit die Wärme für die Heizung und Warmwasserbereitung. Und das auf zwei Arten: Entweder dient ein geeigneter Solarspeicher als Zwischenlager, ebenso wie bei anderen Hybridheizungen. Oder die Solarwärme wird als primäre Wärmequelle genutzt und der Wärmepumpe zugeführt.
- Indirekt: Bei einer indirekten Unterstützung der Wärmepumpe fließt die zusätzliche Solarwärme in die Wärmequelle, also in der Regel das Erdreich. Das dadurch erzielte höhere Temperaturniveau lässt den Strombedarf der Wärmepumpe sinken.
Das möchten wir uns jetzt mal genauer anschauen:
Direkte Wärmenutzung von Solarthermie und Wärmepumpe
Standardfall: Solarwärme und Wärmepumpenwärme fließen in den Speicher ein
Die beidseitige Speisung des Pufferspeichers unterscheidet diese Kombination nur unwesentlich von anderen Solarthermie-Hybridheizungen. Reicht die aus der Sonneneinstrahlung gewonnene Wärme aus, kann die Heizungsanlage ganz ausgeschaltet bleiben. Während der Heizperiode in den Übergangszeiten und im Winter ist die thermische Anlage für die komplette Wärmeversorgung zwar zu schwach, dennoch bestens geeignet für die unterstützende Trinkwasser- und Heizwassererwärmung. Im Fall der Wärmepumpe heißt das: Da der Speicherinhalt durch die Solarthermie bereits vorerwärmt ist, muss die Wärmepumpe weniger Energie aufbringen und kann dadurch effizienter arbeiten. Oder: Dank Solarthermie-Anlage genügt oft der Einsatz einer kleineren, kostengünstigeren Wärmepumpe.
Sonderfall: Solarwärme als primäre Wärmequelle der Wärmepumpe
Bauherren von Niedrigenergiehäusern aufgepasst: Solarwärme kann in sonnenreichen Regionen sogar als vierte Umweltenergie (Umgebungsenergie) gelten. Sind die Solarkollektoren ausreichend groß ausgelegt , kommen Luftwärmepumpen oft ohne Ventilator aus oder können kleiner dimensioniert werden. Bei Erdwärmepumpen reicht meist die günstigere Installation von Erdwärmekollektoren aus; aufwendige Sondenbohrungen erübrigen sich.
Indirekte Unterstützung der Wärmepumpe durch Solarthermie
Der Erdboden unterliegt im Grunde nur geringen Temperaturschwankungen, weil sowohl die Erdwärme als auch die Sonnenstrahlung als natürliche Regulatoren funktionieren: Die Abkühlung im Winter wird durch die Erwärmung im Sommer ausgeglichen. Gibt es im Winter eine längere Frostperiode, können die dicht unter der Erdoberfläche installierten Erdwärmekollektoren jedoch Schaden nehmen (zumal sie dem Erdboden ohnehin schon Wärme entziehen). Um dies zu verhindern, ist eine Erwärmung des Erdbodens mit Solarwärme sinnvoll. Ist ein Überschuss vorhanden, gelangt sie über Leitungen im Boden direkt zur Sonde. Dies steigert sowohl die Effektivität als auch die Lebensdauer der Erdwärmepumpe.
Die zusätzliche Solarwärme schützt nicht nur die Erdkollektoren, sondern senkt zudem die Kosten: die Stromkosten, weil durch die höhere Anlauftemperatur weniger Antriebsenergie benötigt wird, und die Anschaffungskosten, weil die Wärmepumpe oft eine Nummer kleiner ausgelegt werden kann.
Wärmepumpe plus Solarthermie – Energieersparnis
Mit einer Solarthermie-Anlage gibt – abhängig von Dimensionierung und Anlagentyp – zwei Möglichkeiten, nutzbare Wärme für den Haushalt zu erzeugen: entweder nur die Bereitung von Warmwasser als Brauchwasser für Küche und Bad oder die Bereitstellung von Warmwasser plus Heizwasser für Brauchwasser und Raumwärme.
Solar-Anlage spart bis zu 60 Prozent Energie- und Energiekosten für die Warmwasserbereitung
Im Sommer erzeugt eine Solarthermie-Anlage mit einer für ein Einfamilienhaus typischen Kollektorfläche von 4 bis 5 Quadratmetern Im Durchschnitt genügend Wärme, um das Brauchwasser oft komplett zu erwärmen. Die Wärmepumpe kann im Sommer daher ausbleiben. Während der jahreszeitlichen Übergänge und im Winter reicht die Sonnenkraft hierzulande kaum bis gar nicht aus, um die Warmwasserbereitung solar zu decken – dann muss die Wärmepumpe einspringen.
Im Jahresverlauf kommen Sie mit einer Solarthermie-Anlage zur Warmwasserbereitung auf einen solaren Deckungsgrad von bis zu 60 Prozent. Sie sparen mit der Solaranlage also mehr als die Hälfte der Antriebsenergie sowie der daraus resultierenden Stromkosten für die jährliche Warmwasserbereitung ein.
Solar-Anlage spart bis zu 30 Prozent Energie und Energiekosten für die Wärmeerzeugung
Mit einer entsprechend größer dimensionierten Solarthermie-Anlage zur Warm- und Heizwasserbereitung – üblich sind 8 bis 10 Quadratmeter Kollektorfläche – kommen Sie bei der Heizungsunterstützung im Schnitt auf eine solare Deckung zwischen 20 und 30 Prozent. Sie sparen dank der Kombi Wärmepumpe plus Solarthermie-Anlage demnach rund ein Viertel der elektrischen Antriebsenergie und der entsprechenden Stromkosten ein.
Wärmepumpe plus Solarthermie – Investitionskosten
- Bei Wärmepumpenheizungen für Einfamilienhäuser ist eine große Preisspanne zu beobachten. Dies beruht weniger auf den Anschaffungskosten der unterschiedlichen Typen als vielmehr auf den Erschließungskosten. Pi mal Daumen lässt sich sagen: Die Grundgeräte sind bei Luft-Wärmepumpen die teuersten (10.000-13.000 Euro) und bei Erd- und Wasser-Wärmepumpen etwas billiger (7.000-12.000 Euro). Dafür entfällt bei Modellen zum Aufstellen die Erschließung. Diese fällt bei Tiefenbohrungen am teuersten aus (für Erdwärmepumpen mit Erdsonde und Grundwasserwärmepumpen). In der Tabelle sind die kalkulatorischen Kosten inkl. Erschließung und Installation aufgeführt. Die Preisspanne reicht von 000 bis 33.000 Euro.
- Eine 4-5 m² Solarthermie-Anlage zur reinen Warmwasserbereitung kostet 4.000 bis 5.000 Euro. Eine Solaranlage, die eine Wärmepumpe effektiv beim Erhitzen von Trinkwasser und Heizwasser unterstützt, kostet zwischen 8.000 und 10.000 Euro.
Die gesamten Investitionskosten für Wärmepumpe plus Solar belaufen sich damit auf 16.000 bis 43.000 Euro. Individuelle Montage-Situationen können noch zu Abweichungen führen. Nicht enthalten ist die Anschaffung und Installation eines Puffer- bzw. Kombispeichers. Die folgende Tabelle zeigt die Kosten im Überblick:
| Komponenten und Installation | Preise in Euro |
|---|---|
| Wärmepumpe: | |
| – Luft-Wärmepumpe | 12.000 bis 16.000 |
| – Erd-Wärmepumpe mit Wärmekollektoren | 12.000 bis 25.000 |
| – Erd-Wärmepumpe mit Erdwärmesonde | 19.000 bis 33.000 |
| – Wasser-Wärmepumpe | 20.000 bis 30.000 |
| Solarthermie-Anlage (Flachkollektoren): | |
| – 5 m² für Warmwasser | 4.000 bis 5.000 |
| – 10 m² für Warmwasser und Heizungsunterstützung | 8.000 bis 10.000 |
| Investitionskosten gesamt: | 16.000 bis 43.000 |
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Wärmepumpe plus Solarthermie – Fördergelder mindern Investitionskosten
Mit der Kombination Wärmepumpe plus Solarthermie genießen Sie die volle Unterstützung der Bundesregierung. EE-Hybridheizungen helfen, die CO2-Emissionen im Gebäudesektor nachhaltig zu senken. Um Unterschied zu den „nur“ klimaneutralen Pelletheizungen stoßen Wärmepumpen zudem keinen Feinstaub aus. Alles Gründe dafür, dass Wärmepumpenheizungen die besten Fördersätze genießen.
Die Details zu den Begünstigungen beim Kauf von Wärmepumpen und Solarthermie-Anlagen erfahren Sie in unseren ausführlichen Beiträgen zur Förderung und Finanzierung. Dort befassen wir uns auch mit dem Heizungstausch-Bonus, der seit August 2022 nicht mehr nur für ersetzte Ölheizungen, sondern auch für die Abschaffung alter Gasheizungen gewährt wird.
Wärmepumpe plus Solarthermie – Pro und Kontra
Bei der Entscheidung für eine EE-Hybridheizung gibt es natürlich einiges abzuwägen. Im Folgenden sind die Argumente für und gegen die Kombination Wärmepumpe plus Solarthermie aufgeführt:
Pro Wärmepumpe-Solarthermie-Kombi sprechen:
- Beide Heizungssysteme arbeiten mit erneuerbaren Energiequellen: Solarwärme und Umweltwärme. Wird auch die Antriebsenergie für die Wärmepumpe nachhaltig erzeugt (Ökostrom), wird die Hybridheizung zu 100 % mit erneuerbaren Energien
- Im Unterschied zur Kombi mit Gas- oder Ölheizungen werden keine fossilen Brennstoffe
- Im Unterschied zur Kombi mit Pelletheizungen entstehen keine Feinstaubemissionen.
- Attraktive Förderungen senken die Investitionskosten auf ein erträgliches Niveau.
- Die Solarthermie-Anlage führt zu einer deutlich wahrnehmbaren Reduzierung der Betriebskosten der Wärmepumpe.
- Durch die solarthermische Unterstützung kann die Wärmepumpe kleiner ausgelegt
- Sonne, Luft, Erde oder Grundwasser stehen als Energieträger kostenlos zur Verfügung.
- Zudem garantieren sie die Unabhängigkeit von Brennstoffbezug und im schlimmsten Fall explodierenden Brennstoffpreisen.
Kontra Wärmepumpe-Solarthermie-Kombi sprechen:
- Wärmepumpen verursachen hohe Investitionskosten. Auch die Anschaffung und Installation der Solarthermieanlage ist nicht kostenlos.
- Voraussetzung für eine funktionierende erdgebundene Wärmepumpe (Sole und Wasser) ist eine aufwendige Erschließung.
- Wärmepumpen benötigen Strom für den Betrieb. Wird dieser nicht nachhaltig erzeugt, beeinträchtigt es die Ökobilanz der Kombination.
Fazit
Für uns überwiegt das Pro eindeutig. Wer auf eine Wärmepumpe als Wärmeerzeuger setzt, wird unabhängig von fossilen Brennstoffen und deren Preisen. Denn anstatt geförderte Brennstoffe zu verfeuern, entzieht die Wärmepumpe ihrer Umgebung Wärme, die gratis zur Verfügung steht. Das ist doppelt positiv. Allerdings läuft die Wärmepumpe mit Strom. Sie arbeitet nur dann tatsächlich umweltfreundlich, wenn es sich um Ökostrom aus dem Netz oder – noch besser – von der eigenen Photovoltaik-Anlage handelt.
Bei einer Kombination von Wärmepumpe und Solarthermie-Anlage wird ein Teil des Wärmebedarfs solar gedeckt, sodass die Wärmepumpe übers Jahr gesehen seltener laufen muss. Das spart Betriebsstrom, Betriebskosten und Treibhausgas-Emissionen.
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