Was ist der Unterschied zwischen Wärmepumpen und Erdwärmepumpen?
Im heutigen Zeitalter effizienter und umweltfreundlicher Energienutzung rücken Wärmepumpen und Erdwärmepumpen als zwei wichtige Heiz- und Kühlgeräte zunehmend in den Fokus der Menschen. Sie unterscheiden sich erheblich hinsichtlich Funktionsprinzip, Energiequellen, Effizienz und Installationskosten. Das Verständnis dieser Unterschiede kann Benutzern helfen, das am besten geeignete Gerät entsprechend ihren eigenen Bedürfnissen und der tatsächlichen Situation auszuwählen.
Funktionsprinzipien: Verschiedene Wege der Wärmeübertragung
Eine Wärmepumpe ist im Wesentlichen ein Energie nutzendes Gerät, das Wärme von Objekten mit niedriger Temperatur gewinnen und auf Objekte mit hoher Temperatur übertragen kann. Ihr Funktionsprinzip basiert auf dem Konzept einer Wasserpumpe. So wie eine Wasserpumpe Wasser von einem niedrigeren zu einem höheren Ort befördert, ermöglicht eine Wärmepumpe den umgekehrten Wärmefluss von einem Bereich mit niedriger Temperatur zu einem Bereich mit hoher Temperatur, indem sie eine bestimmte Menge externer Energie verbraucht. Eine herkömmliche Kompressionswärmepumpe beispielsweise besteht im Wesentlichen aus vier Kernkomponenten: einem Kompressor, einem Kondensator, einer Drosselkomponente und einem Verdampfer. Während des Betriebs absorbiert der Verdampfer Wärme von einer Wärmequelle mit niedriger Temperatur (z. B. Außenluft), wodurch das Arbeitsmedium mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zu Dampf verdampft. Der Dampf wird angesaugt und vom Kompressor zu Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck komprimiert. Der Dampf mit hoher Temperatur und hohem Druck gibt Wärme an ein Objekt mit hoher Temperatur (z. B. Raumluft) im Kondensator ab und kondensiert zu einer Flüssigkeit. Die Flüssigkeit wird durch die Drosselkomponente drucklos gemacht und kehrt dann zum Verdampfer zurück, um einen Zyklus abzuschließen. Dieser Zyklus wiederholt sich, um eine kontinuierliche Wärmeübertragung zu erreichen.
Erdwärmepumpen, auch bekannt als Erdwärmepumpen (GHSP), basieren ebenfalls auf dem Grundprinzip von Wärmepumpen, nutzen jedoch oberflächennahe geothermische Ressourcen als Kälte- und Wärmequelle. Ihr Arbeitsablauf ähnelt dem herkömmlicher Wärmepumpen, die Wärmequelle stammt jedoch aus dem Untergrund. Beim Heizen nimmt der unterirdische Wärmetauscher Wärme aus Niedertemperatur-Wärmequellen wie Erde, Grundwasser oder Oberflächenwasser auf und überträgt sie über das zirkulierende Arbeitsmedium an die Wärmepumpe. Diese erwärmt die Wärme und gibt sie zum Heizen an den Raum ab. Im Kühlbetrieb läuft der Prozess umgekehrt ab, und die Wärme wird in den Untergrund geleitet.
Energiequellen: Die Wahl zwischen Luft und Erde
Wärmepumpen nutzen verschiedene Energiequellen. Eine der häufigsten ist die Luftwärmepumpe, die Wärme aus der Umgebungsluft gewinnt. Luft ist als Wärmequelle weit verbreitet und unerschöpflich. Solange Luft vorhanden ist, kann die Luftwärmepumpe ihre Aufgabe erfüllen. Die Lufttemperatur wird jedoch stark von Jahreszeiten, Tag und Nacht sowie Wetteränderungen beeinflusst. In kalten Wintern ist die Lufttemperatur niedrig, was es für die Wärmepumpe schwieriger macht, Wärme aus der Luft zu gewinnen, und die Heizleistung kann sinken.
Geothermie-Wärmepumpen nutzen oberflächennahe geothermische Ressourcen. Der oberflächennahe Boden, das Grundwasser und das Oberflächenwasser speichern große Mengen an Sonnenenergie und geothermischer Energie und weisen relativ stabile Temperaturen auf. Im Winter ist die Untergrundtemperatur beispielsweise in der Regel höher als die Außenlufttemperatur, wodurch Geothermie-Wärmepumpen Wärme aus dem Untergrund effizienter zum Heizen gewinnen können. Im Sommer ist die Untergrundtemperatur niedriger als die Außenlufttemperatur, was als Kältequelle zum Kühlen genutzt werden kann. Diese stabile Wärmequelle bietet gute Arbeitsbedingungen für Geothermie-Wärmepumpen, da sie durch drastische Schwankungen der Außenlufttemperatur nicht gestört werden.
Effizienzvergleich: Erdwärmepumpen haben die Nase vorn
Die Effizienz von Wärmepumpen wird anhand von Kennzahlen wie der Leistungszahl (COP) und der saisonalen Leistungszahl (SPF) gemessen. Die Leistungszahl (COP) gibt die pro Stromeinheit erzeugte Wärmemenge an. Je höher der Wert, desto mehr Wärme erzeugt die Wärmepumpe im Verhältnis zum Energieverbrauch und desto höher ist die Effizienz. Im Allgemeinen liegt die Effizienz von Luftwärmepumpen zwischen 200 % und 400 %, d. h., pro verbrauchter kWh Strom können 2–4 kWh Wärme erzeugt werden. Die Effizienz wird von vielen Faktoren beeinflusst, wie z. B. der Außentemperatur, dem Temperaturunterschied zwischen Innen- und Außentemperatur und der Leistung der Wärmepumpe selbst. Bei extrem kaltem Wetter müssen Luftwärmepumpen möglicherweise mehr Strom verbrauchen, um ausreichend Wärme aus kalter Luft zu gewinnen. Dies führt zu einem niedrigeren COP-Wert.
Erdwärmepumpen erzielen einen höheren Wirkungsgrad, da sie relativ stabile unterirdische Wärmequellen nutzen. Die Energieeffizienz von Erdwärmepumpen kann 300 % bis 600 % erreichen, was den Energieverbrauch im Vergleich zu Luftwärmepumpen um etwa 25 % bis 50 % senken kann. In kalten Winternächten, wenn die Bodenlufttemperatur auf ein extrem niedriges Niveau sinken kann, kann die Untergrundtemperatur dennoch in einem relativ stabilen Bereich bleiben, sodass Erdwärmepumpen kontinuierlich und effizient arbeiten und Räume stabil beheizen können. Auch der durchschnittliche COP-Wert, der während der gesamten Heizperiode berechnet wird (d. h. der saisonale Leistungsfaktor SPF), weist bei Erdwärmepumpen eine hohe Spanne auf, was ihre hohe Effizienz im Langzeitbetrieb weiter unterstreicht.
Installationskosten: Unterschiede bei der Anfangsinvestition
Bei den Installationskosten gibt es erhebliche Unterschiede zwischen Wärmepumpen und Erdwärmepumpen. Die Installation einer herkömmlichen Luftwärmepumpe ist beispielsweise relativ einfach und erfordert keine aufwändige Tiefbauarbeiten. Die Installationskosten einer herkömmlichen Luftwärmepumpe für den Haushalt liegen in der Regel zwischen 3.800 und 8.200 Yuan (ca. 27.000 bis 58.000 Yuan). Darin enthalten sind die Anschaffungskosten für die Ausrüstung und die grundlegenden Arbeitskosten für die Installation. Luftwärmepumpen benötigen wenig Stellfläche und stellen nur geringe Anforderungen an den Installationsraum. Die meisten Balkone, Dächer oder Innenhöfe eignen sich für die Installation.
Die Installationskosten von Erdwärmepumpen sind relativ hoch. Da sie unterirdische Wärmequellen nutzen, ist der Bau eines unterirdischen Wärmeaustauschsystems erforderlich. Bei der vertikalen Rohrverlegung müssen unterirdische Löcher gebohrt werden, die in der Regel 60 bis 150 Meter tief sind. Die Anzahl der Bohrlöcher hängt vom Heiz- und Kühlbedarf des Gebäudes und den Standortbedingungen ab. Darüber hinaus müssen Umwälzpumpen, Steuerungssysteme und andere Geräte installiert werden. Diese Faktoren führen zu einem deutlichen Anstieg der Installationskosten von Erdwärmepumpen. Die durchschnittlichen Installationskosten liegen zwischen 15.000 und 35.000 (ca. 106.000 bis 247.000 Yuan). Neben den anfänglichen Installationskosten sind auch die Wartungskosten von Erdwärmepumpen während des Betriebs relativ gering, da die Lebensdauer des unterirdischen Wärmeaustauschsystems lang ist (bis zu 40 bis 60 Jahre), und die Lebensdauer der Innengeräte ebenfalls etwa 20 bis 25 Jahre beträgt. Die Gesamtlebensdauer von Luftwärmepumpen beträgt in der Regel 10 bis 15 Jahre, was relativ kurz ist. Später kann ein häufigerer Geräteaustausch erforderlich sein, was die langfristigen Nutzungskosten erhöht.
Anwendbare Szenarien: Auswahl basierend auf den örtlichen Gegebenheiten
Wärmepumpen, insbesondere Luftwärmepumpen, sind vielseitig einsetzbar. Aufgrund ihrer einfachen Installation und der geringen Anforderungen an den Standort eignen sie sich für verschiedene Gebäudetypen. Ob Mehrfamilienhaus, Wohnanlage in der Stadt oder selbstgebautes Haus auf dem Land – solange ein geeigneter Außenaufstellungsplatz vorhanden ist, können sie problemlos installiert und genutzt werden. In einigen Gebieten mit mildem Klima können Luftwärmepumpen ihre Vorteile wie hohe Effizienz und Energieeinsparung voll ausspielen und den Nutzern komfortable Heiz- und Kühlleistungen bieten. In kalten Regionen kann jedoch bei zu niedrigen Außentemperaturen die Heizwirkung von Luftwärmepumpen beeinträchtigt sein, sodass zusätzliche Heizgeräte erforderlich sein können, um den Heizbedarf im Innenbereich zu decken.
Erdwärmepumpen eignen sich besonders für Anwender mit bestimmten Standortbedingungen und hohen Anforderungen an die Energieeffizienz. Einfamilienhäuser oder Häuser mit großen Gärten bieten beispielsweise ausreichend Platz für den Bau von unterirdischen Wärmeaustauschsystemen. In Gebieten mit strengen Umweltschutzauflagen und dem Streben nach effizienter Energienutzung werden staatliche Maßnahmen ergriffen, um den Einsatz von Erdwärmepumpen zu fördern und finanzielle Subventionen bereitzustellen. Bei großen Gewerbegebäuden oder öffentlichen Einrichtungen wie Hotels, Krankenhäusern und Schulen können die hohen Heiz- und Kühlanforderungen sowie die lange Betriebsdauer der hocheffizienten und energiesparenden Erdwärmepumpen langfristig erhebliche Energiekosten einsparen, was eine hohe Wirtschaftlichkeit mit sich bringt. Bei kleinen Baustellen, die keine großflächigen Tiefbauarbeiten ermöglichen, oder komplexen geologischen Bedingungen, die Bohr- und Rohrverlegungen nicht zulassen, ist der Einsatz von Erdwärmepumpen jedoch eingeschränkt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es in vielerlei Hinsicht deutliche Unterschiede zwischen Wärmepumpen und Erdwärmepumpen gibt. Bei der Auswahl sollten Nutzer ihre eigenen Nutzungsbedürfnisse, die Standortbedingungen, ihr Budget sowie das lokale Klima und die lokalen Richtlinien umfassend berücksichtigen, die Vor- und Nachteile abwägen und die für sie optimale Entscheidung treffen. Ob Wärmepumpe oder Erdwärmepumpe – sie kann zur Energieeinsparung und Emissionsreduzierung beitragen und ein angenehmes Wohn- und Arbeitsumfeld schaffen.