Wie eine Luft/Wasser-Wärmepumpe funktioniert: umfassender technischer Leitfaden

Eine der haeufigsten Fragen von Hauseigentuemerinnen und Hauseigentuemer bei der Wahl eines Heizungssystems lautet: „Kann eine Waermepumpe bei starkem Frost ausreichend Waerme liefern?“ Die Frage ist absolut berechtigt, besonders wenn gewohnte Gaskessel durch alternative Heizquellen ersetzt werden sollen. Es erscheint fast unglaublich, dass man aus kalter Luft bei -20°C Waerme fuer die Beheizung eines Hauses gewinnen kann. Moderne Waermepumpen koennen dies jedoch nicht nur, sie tun es auch effizient.

Das Funktionsprinzip einer Luft/Wasser-Waermepumpe basiert auf den grundlegenden Gesetzen der Thermodynamik und ermoeglicht es, Waermeenergie aus Luft mit niedriger Temperatur in ein Heizsystem mit hoeherer Temperatur zu „pumpen“. Aber wie genau laeuft dieser Prozess ab, und wie schafft es das System, auch bei extrem tiefen Temperaturen effizient zu arbeiten?

Physik des Kaeltekreislaufs: wie Waerme aus kalter Luft gewonnen wird

Die Waermepumpe arbeitet nach dem Prinzip des Kaeltekreislaufs, der aus vier Hauptphasen besteht:

1. Verdampfung: Das Kaeltemittel im fluessigen Zustand durchstroemt den Verdampfer (aeusserer Waermetauscher), nimmt Waerme aus der Umgebungsluft auf und verdampft. Selbst bei -25°C enthaelt die Luft ausreichend Waermeenergie, die vom Kaeltemittel R32 aufgenommen werden kann, das bei Atmosphaerendruck einen Siedepunkt von -52°C hat.
2. Verdichtung: Der Kompressor verdichtet das gasfoermige Kaeltemittel, wodurch dessen Temperatur und Druck deutlich steigen. Unter hohem Druck erhoeht sich die Kondensationstemperatur von R32 auf 70–80°C.
3. Kondensation: Das erhitzte gasfoermige Kaeltemittel durchstroemt den Kondensator (innerer Waermetauscher), gibt Waerme an das Wasser im Heizungssystem ab und kondensiert wieder zu Fluessigkeit.
4. Expansion: Das fluessige Kaeltemittel durchlaeuft das elektronische Expansionsventil, wobei Druck und Temperatur abrupt sinken – der Zyklus beginnt von vorne.

Das in modernen Waermepumpen eingesetzte Kaeltemittel R32 verfuegt ueber einzigartige Eigenschaften, die es ermoeglichen, selbst bei -25°C effizient Waerme aus der Luft zu entziehen. Bei niedrigem Druck siedet es bei sehr tiefen Temperaturen; bei erhoehtem Druck steigt seine Kondensationstemperatur. So laesst sich der notwendige Temperaturhub erzeugen, um Waerme in das Heizungssystem zu uebertragen.

Schluesselkomponenten der Waermepumpe und ihre Funktionen

Eine moderne Luft/Wasser-Waermepumpe ist ein hochtechnologisches System, dessen einzelne Komponenten entscheidend fuer Effizienz und Zuverlaessigkeit sind. Die wichtigsten Bauteile:

• Inverter-DC-Kompressor — das Herz der Anlage mit Leistungsregelung von 30% bis 100%. So passt die Waermepumpe ihre Leistung an den Gebaeudebedarf an, steigert die Effizienz und reduziert den Verschleiss.
• Lamellenverdampfer des Aussengeraets mit automatischer Abtaufunktion. Die spezielle Aluminiumlamellen-Konstruktion maximiert die Waermetauscherflaeche, waehrend der Abtaubetrieb Vereisung in der Winterzeit verhindert.
• Plattenkondensator des Innengeraets sorgt fuer effiziente Waermeuebertragung vom Kaeltemittel auf das Wasser im Heizungssystem.
• Elektronisches Expansionsventil dosiert den Kaeltemittelfluss praezise entsprechend den Betriebsbedingungen – kritisch fuer optimale Effizienz.
• EC-Lueftermotoren mit variabler Drehzahl zur Optimierung des Luftstroms durch den Verdampfer.
• Temperatur- und Drucksensoren ueberwachen staendig die Systemparameter und ermoeglichen dem Regler optimale Entscheidungen.
• Regler mit witterungsgefuehrter Logik analysiert die Aussenbedingungen und passt die Betriebsparameter automatisch fuer maximale Effizienz an.

Modellreihe der BeeSmart-Waermepumpen: technische Daten

Die Firma Mycond bietet die BeeSmart-Waermepumpen in unterschiedlichen Leistungen an, um die Beduerfnisse verschiedenster Objekte zu erfuellen – von kleinen Einfamilienhaeusern bis zu Gewerbeflaechen.

In der Tabelle werden Bezeichnungen gemäss EN14511 verwendet. A7 W35 bedeutet, dass Leistung und COP bei einer Aussenlufttemperatur von +7°C und einer Heizwasseraustrittstemperatur von +35°C gemessen wurden. Entsprechend gibt A-7 W35 die Parameter bei -7°C Aussenluft und +35°C Heizwasser an.

Wann BeeSmart-Waermepumpen die richtige Wahl sind

BeeSmart-Waermepumpen bieten eine Reihe gewichtiger Vorteile, die sie zur optimalen Wahl fuer viele Anwendungen machen:

• Stabiler Betrieb bis -25°C ohne Funktionsverlust, im Gegensatz zu Budgetmodellen mit Limit bei -15°C. Besonders wichtig fuer Regionen mit kalten Wintern.
• Hoher SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) fuer Niedertemperatur-Heizsysteme wie Fussbodenheizungen – maximale Stromeinsparung ueber die gesamte Heizsaison.
• Moeglichkeit zur Einbindung zusaetzlicher Waermeerzeuger via Modbus-Schnittstelle – ermoeglicht hybride Heizsysteme mit optimaler Nutzung verschiedener Energiequellen.
• Witterungsgefuehrte Regelung spart bis zu 20% Energie im Vergleich zu Systemen mit konstanter Heizmediumtemperatur.
• Heat Pump Keymark-Zertifizierung garantiert die Uebereinstimmung der angegebenen Werte mit unabhaengigen Testergebnissen und bestaetigt Qualitaet und Zuverlaessigkeit der Geraete.

Vergleich mit alternativen Heizungssystemen

Bei der Wahl eines Heizungssystems ist es wichtig, verschiedene Optionen zu vergleichen:

• Gaskessel: Niedrigere Anfangsinvestitionen, aber 3–4-mal hoehere Betriebskosten im Vergleich zu Waermepumpen. Geringere Umweltfreundlichkeit und Abhaengigkeit von Brennstofflieferungen.
• Geothermie-Waermepumpen (Sole/Wasser): Ueber das Jahr stabilerer COP aufgrund konstanter Bodentemperatur, jedoch erhoehen Bohrkosten das Gesamtbudget um 40–60% gegenüber Luft/Wasser-Systemen.
• Monoblock-Waermepumpen: Einfachere Montage, aber Einschraenkungen beim Aufstellabstand zum Haus und Risiko des Einfrierens des aussenliegenden hydraulischen Kreises.

Besonderheiten bei Installation und Betrieb von Waermepumpen

Die korrekte Installation und der richtige Betrieb einer Waermepumpe sind entscheidend fuer ihre Effizienz:

• Hydraulisches Schema sollte einen Pufferspeicher enthalten, der die Anzahl der Ein-/Ausschaltzyklen des Kompressors reduziert und dessen Lebensdauer erhoeht.
• Mischeinheiten sind notwendig bei kombinierter Nutzung fuer Radiatoren (W55, Heizwassertemperatur 55°C) und Fussbodenheizung (W35, 35°C).
• Regelmaessige Wartung umfasst die jaehrliche Kontrolle des Kaeltemitteldrucks sowie die Reinigung der Waermetauscher.
• Automatischer Abtauzyklus — essenziell fuer den Winterbetrieb. Das System erkennt Vereisung des Verdampfers mittels Temperatur- und Drucksensoren und schaltet fuer 5–10 Minuten in den Kuehlbetrieb, um Eis zu entfernen.

Haeufige Fragen zu Waermepumpen

Kann eine Waermepumpe bei minus 25 Grad arbeiten?

Ja, BeeSmart-Waermepumpen sind speziell fuer den Betrieb bis -25°C konzipiert – dank des Kaeltemittels R32 und eines optimierten Verdampferdesigns. Auch bei diesen Temperaturen bleibt die Effizienz ausreichend fuer eine komfortable Beheizung des Hauses.

Wieviel Strom verbraucht eine Waermepumpe?

Der Stromverbrauch haengt von Modell, Betriebsbedingungen und Heizlast ab. Dank hohem COP verbrauchen BeeSmart-Waermepumpen 3–4-mal weniger Strom als Elektrokessel gleicher Leistung. Beispiel: Zur Erzeugung von 10 kW Waerme bei COP 3,0 benoetigt die Waermepumpe etwa 3,3 kW elektrische Leistung.

Was sind COP und SCOP?

COP (Coefficient Of Performance) — Leistungszahl, die das Verhaeltnis der erzeugten Waermeenergie zur aufgenommenen elektrischen Energie angibt. Ein COP von 4,0 bedeutet, dass pro Kilowatt Strom 4 kW Waerme erzeugt werden. SCOP (Seasonal COP) — saisonale Leistungszahl, die die Effizienz ueber die gesamte Heizperiode bei unterschiedlichen Temperaturen beruecksichtigt.

Warum ist die Waermepumpe im Winter lauter?

Ein erhoehter Geraeuschpegel im Winter kann zwei Gruende haben: 1) Hoehere Kompressorlast aufgrund niedrigerer Aussenlufttemperatur; 2) Der Abtauprozess, bei dem das System in den Kuehlbetrieb schaltet, um Eis am Verdampfer zu entfernen. BeeSmart-Waermepumpen sind mit besonderem Augenmerk auf Schalldaemmung konstruiert, was diese Effekte minimiert.

Wird ein Reservekessel benoetigt?

Fuer BeeSmart-Waermepumpen, die bis -25°C arbeiten, ist ein Reservekessel in den meisten Regionen der Schweiz nicht zwingend erforderlich. Seine Installation kann jedoch als zusaetzliche Waermequelle bei extrem tiefen Temperaturen oder als Reserve fuer Wartungsfaelle sinnvoll sein.

Wie oft muss Kaeltemittel nachgefuellt werden?

Eine fachgerecht installierte Waermepumpe besitzt einen dichten Kaeltemittelkreislauf; unter normalen Betriebsbedingungen ist kein Nachfuellen ueber die gesamte Lebensdauer (15–20 Jahre) erforderlich. Ein Nachfuellen wird nur bei einem Leck aufgrund einer Beschaedigung des Systems noetig.

Was ist der Unterschied zwischen R32 und R410A?

R32 hat ein niedrigeres Global Warming Potential (GWP 675) als R410A (GWP 2088) und ist daher umweltfreundlicher. Zudem ermoeglicht R32 eine hoehere Energieeffizienz, reduziert die Kaeltemittelmenge im System um ca. 30% und zeigt bessere Eigenschaften bei tiefen Temperaturen.

5 kritische Parameter bei der Wahl einer Waermepumpe

• Minimale Betriebstemperatur: Stellen Sie sicher, dass die Waermepumpe fuer die minimalen Temperaturen in Ihrer Region ausgelegt ist.
• SCOP fuer Ihre Klimazone: Dieser Wert beeinflusst die Betriebskosten direkt.
• Geraeuschpegel: Besonders wichtig in dicht bebauten Gebieten.
• Leistung bei tiefen Temperaturen: Pruefen Sie nicht nur die Nennleistung, sondern die reale Leistung bei -7°C oder -15°C.
• Vorhandensein einer witterungsgefuehrten Regelung: Erhoeht die Wirtschaftlichkeit der Anlage deutlich.

Formel zur Berechnung des SCOP:

SCOP = Σ(Q_h / (P_h + P_su))

wobei Q_h — die im Saisonverlauf erzeugte Waermeenergie, P_h — die im Saisonverlauf verbrauchte elektrische Energie und P_su — die von Hilfssystemen verbrauchte Energie ist.

Typische Fehler bei der Planung von Systemen mit Waermepumpen

• Unzureichende Austauschflaeche der Waermetauscher im Heizungssystem
• Fehlender Pufferspeicher, was zu haeufigen Kompressorzyklen fuehrt
• Fehlerhafte Berechnung der Heizlast des Gebaeudes
• Ignorieren der witterungsgefuehrten Regelung

Möchten Sie wissen, welche BeeSmart-Waermepumpe ideal zu Ihrem Haus passt? Kontaktieren Sie unsere Ingenieurinnen und Ingenieure für eine professionelle Auslegung und Berechnung Ihres Heizungssystems. Unsere Spezialistinnen und Spezialisten helfen Ihnen, das optimale Modell zu finden und die potenziellen Einsparungen durch die Installation einer Waermepumpe zu berechnen.