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Wärmepumpen und Kältetechnik – Wärmequellen für Wärmepumpen vergleichen

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Wärmepumpen und Kältetechnik – Wärmequellen für Wärmepumpen vergleichen

Ausbildungs-Lernkurs: Luft, Erdreich und Wasser | Niveau: SHK- und Kältetechnik-Ausbildung | Lernzeit: 90–120 Minuten

Einleitung

Welche Wärmequelle passt zu welchem Gebäude? Du vergleichst Luft, Erdreich und Grundwasser, arbeitest mit Schemata, berechnest Energie und beurteilst Hygiene, Diagnose und Sicherheit. Die Gebäudedaten sind fiktive Ausbildungswerte.

Lernpfad

Energiefluss: 10 Minuten.
Außenluft: 10 Minuten.
Erdreich: 10 Minuten.
Grundwasser: 10 Minuten.
Vergleich: 15 Minuten.
Praxisfälle: 20 Minuten.
Lernkontrolle und Transfer: individuell.

Lerneinheit 1: Energiefluss

Der Verdampfer nimmt Umweltwärme auf; der Verdichter erhöht Druck und Temperatur; der Verflüssiger gibt Wärme an das Heizsystem ab; das Expansionsventil senkt den Druck. Keine Arbeiten an den dargestellten Kältekreisbauteilen selbst durchführen.

Quelle	Prozess	Nutzung
Luft, Sole oder Grundwasser	Wärmeaufnahme → Verdichtung → Wärmeabgabe → Expansion	Heizwasser → Heizflächen

Merke: Heizwärme = Umweltwärme + Antriebsenergie. Bei 9 kW Heizleistung und 3 kW Verdichterleistung stammen vereinfacht 6 kW aus der Umwelt.

COP bezeichnet einen Betriebspunkt. Die JAZ vergleicht Jahreswärme und Jahresstrom innerhalb derselben definierten Bilanzgrenze. $J A Z = \frac{Q}{W}$ Je niedriger der erforderliche Temperaturhub, desto günstiger ist im Allgemeinen die Effizienz.

Lerneinheit 2: Luft

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt Außenluft. Vorteile: wenig Erschließungsaufwand. Grenzen: im Winter niedrige Quellentemperaturen, Ventilatorgeräusch, Vereisung, Abtauenergie und Aufstellbedingungen. Schema: Außenluft → Ventilator → Verdampfer → Wärmepumpe → Heizkreis. Diagnoseimpuls: Zeitweise Vereisung mit erfolgreicher Abtauung kann normal sein. Dauerhafte Vereisung und fehlende Heizleistung müssen Fachkundige prüfen.

Lerneinheit 3: Erdreich

Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen beispielsweise horizontal verlegte Kollektoren oder vertikale Erdwärmesonden. Ein geschlossener Solekreislauf transportiert Wärme zum Gerät; er ist vom Kältekreis getrennt.

Erdkollektor	Erdsonde
Benötigt geeignete freie Fläche	Benötigt geeigneten Untergrund und Bohrung
Oberflächennah, stärker jahreszeitlich beeinflusst	Häufig stabilere Temperaturen

Prüfen: Geologie, Entzugsleistung, Grundwasserschutz und behördliche Anforderungen.

Lerneinheit 4: Grundwasser

Schema: Förderbrunnen → Förderpumpe → Wärmeübertrager → Wärmepumpe → Heizkreis; das abgekühlte Wasser wird über einen Schluckbrunnen zurückgeführt. Grundwasser bietet häufig relativ stabile Quellentemperaturen. Zu prüfen sind Förderleistung, Wasserchemie, Verockerung, Pumpenstrom, Wasserrecht und Schutzgebiete. Wasserqualität kann nicht aus einem Foto bestimmt werden. Nach §§ 8 und 9 Wasserhaushaltsgesetz kann eine wasserrechtliche Erlaubnis erforderlich sein.

Lerneinheit 5: Vergleich

Kriterium	Luft	Erdreich	Grundwasser
Erschließung	Außengerät	Kollektor oder Bohrung	Brunnenanlage
Wintertemperatur	Stark schwankend	Relativ stabil	Relativ stabil
Besonders prüfen	Schall und Abtauung	Geologie und Genehmigung	Wasserchemie und Wasserrecht
Zusatzenergie	Ventilator und Abtauung	Solepumpe	Förderpumpe

Feedback: Die höchste Quellentemperatur allein beweist nicht die beste Wirtschaftlichkeit oder JAZ. Gesamtstrombedarf, Erschließung, Wartung, Sicherheit und Genehmigung zählen.

Ausbildungsfall: Familie Weber

Fiktives Modell: Modernisiertes Reihenhaus; Wohnfläche 120 m²; Heizlast 8 kW; Übungswärmebedarf 12.000 kWh/Jahr; Vorlauftemperatur 45 °C; etwa 80 m² freie Gartenfläche; nahe Nachbarfenster; Untergrund und Grundwasser nicht untersucht. Basisentscheidung: Luft ist zunächst plausibel, wegen Schall und Aufstellbedingungen aber noch nicht freigegeben. Erdreich und Grundwasser sind ohne Untersuchungen ebenfalls nicht freigegeben.

Interaktiver Energiefall

Quelle	Fiktive JAZ	Jahresstrom
Luft	3,0	4.000 kWh
Erdreich	4,0	3.000 kWh
Grundwasser	4,2	rund 2.857 kWh

Hilfe 1: Strom ist geringer als Wärme bei JAZ über 1. Hilfe 2: Teile 12.000 durch 4. Begründetes Feedback: 3.000 kWh sind 1.000 kWh weniger als beim Luft-Beispiel. Ob sich höhere Erschließungskosten lohnen, bleibt offen.

Interaktiver Hygiene- und Wasserfall

Bräunliche Ablagerungen in einer vorhandenen Brunnenanlage; aktuelle Wasseranalyse fehlt.

Hilfe 1: Denke an Eisen und Mangan. Hilfe 2: Ablagerungen können den Durchfluss reduzieren. Begründetes Feedback: Fachgerechte Wasseranalyse, hydrogeologische Prüfung und wasserrechtliche Klärung sind notwendig. Die chemische Grundwassereignung ist von der Trinkwasserhygiene zu unterscheiden. Legionellenschutz richtet sich nach der Trinkwasserinstallation und den geltenden technischen Regeln.

Interaktiver Diagnosefall

Außengerät bei feuchtem Frost zeitweise vereist; Wärmeabgabe vorhanden, geregelte Enteisung dokumentiert.

Hilfe 1: Am kalten Wärmeübertrager gefriert Luftfeuchte. Hilfe 2: Die Regelung kann Eis zeitweise entfernen. Feedback: Beobachtung kann normal sein. Bei dauerhafter Vereisung, Fehlercode oder Leistungsverlust fachkundige Diagnose veranlassen. Ohne Öffnen oder Manipulation des Kältekreises Betriebsdaten dokumentieren.

Sicherheit: Kältemittel, Brand, Druck, Fachkunde

R290 / Propan: Hochentzündlich; Sicherheitsklasse A3. Sicherheitsbereiche, Aufstellort und mögliche Zündquellen nur nach konkreten Hersteller- und Fachvorgaben bewerten. R744 / Kohlendioxid: Teilweise sehr hohe Betriebsdrücke; Druckgeräteeignung und Schutzkonzept prüfen. Andere Kältemittel: Unterschiedliche Umwelt-, Brand-, Gesundheits- und Druckgefahren; Stoffdatenblätter und Zulässigkeit beachten. Ausbildungsgrenze: Keine eigenständigen Arbeiten am Kältekreis: kein Öffnen, Befüllen, Absaugen, Anschließen von Kältemittel-Prüfarmaturen, Überbrücken von Schutzfunktionen oder Freisetzen. Für praktische Arbeiten sind rechtliche Befugnis, erforderliche Fachkunde, Unterweisung, Schutzmaßnahmen und Aufsicht zu beachten. Rechtsgrundlagen (Oktober 2026): Verordnung (EU) 2024/573, Durchführungsverordnung (EU) 2024/2215 und Chemikalien-Klimaschutzverordnung 2026. Die Anforderungen an Zertifizierung und Sachkunde sind tätigkeitsbezogen. Vor konkreter Planung die aktuellen Gesetze, Normen, Bundeslandvorgaben und Herstellerangaben prüfen.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste Dein Wissen

Welche Quelle nutzt die Luft-Wasser-Wärmepumpe? (Außenluft) (!Erdsonde) (!Grundwasser) (!Fernwärme)

Was erschließt das Erdreich in einem geschlossenen Solekreislauf? (Erdwärmesonde) (!Schluckbrunnen) (!Schornstein) (!Ventilator)

Welche Voraussetzung begünstigt die Effizienz? (Geringer Temperaturhub) (!Sehr hohe Vorlauftemperatur) (!Großer Temperaturhub) (!Dauerheizstab)

Was macht der Schluckbrunnen? (Grundwasser zurückführen) (!Kältemittel verdichten) (!Außenluft erwärmen) (!Heizwasser speichern)

Welcher Jahresstrom ergibt sich bei 12000 kWh Wärme und JAZ 4? (3000 kWh) (!4000 kWh) (!8000 kWh) (!16000 kWh)

Was können eisenhaltige Ablagerungen verursachen? (Verockerung) (!Abtauung) (!Verschattung) (!Solarstrahlung)

Wie heißt die Enteisung am Außenwärmeübertrager? (Abtauung) (!Verdichtung) (!Entkalkung) (!Brunnenbohrung)

Welches Risiko besitzt R290? (Hohe Brennbarkeit) (!Radioaktivität) (!Magnetisierung) (!Sauerstofferzeugung)

Was ist für Arbeiten am Kältekreis erforderlich? (Erforderliche Fachkunde und Befugnis) (!Ein beliebiger Werkzeugkoffer) (!Nur Kundenwunsch) (!Nur ein Onlinequiz)

Wie wird eine Wärmequelle geeignet gewählt? (Technik Recht Wirtschaftlichkeit und Sicherheit zusammen prüfen) (!Immer die höchste Quellentemperatur wählen) (!Ohne Wasseranalyse planen) (!Schall grundsätzlich ignorieren)

Quiz-Feedback: Prüfe, ob Deine Antwort das Gesamtsystem erklärt. Eine technisch effiziente Quelle kann wegen Schall, Wasserrecht oder Kosten ungeeignet sein.

Memory

Luft-Wasser-System	Außenluft
Sole-Wasser-System	Geschlossener Erdreichkreislauf
Förderbrunnen	Wasserentnahme
Schluckbrunnen	Wasserrückführung
Jahresarbeitszahl	Jahreswärme zu Jahresstrom
Propan	Brennbares Kältemittel R290

Drag and Drop

Ordne die richtigen Begriffe zu.	Funktion
Ventilator	Außenluft bewegen
Erdwärmekollektor	Oberflächennahe Bodenwärme erschließen
Schluckbrunnen	Abgekühltes Wasser rückführen
Verdichter	Kältemitteldampf verdichten
Wärmemengenzähler	Wärmeabgabe erfassen

Feedback: Unterscheide Wärmequelle, Wärmeübertragung, Kältekreis und Messung.

Kreuzworträtsel

Sole	Welche Wärmeträgerflüssigkeit zirkuliert häufig im Erdreichkreislauf?
Luft	Welche Außenwärmequelle nutzt ein Gerät mit Ventilator?
Brunnen	Welche Anlage entnimmt oder führt Grundwasser zurück?
Verdampfer	Welches Bauteil nimmt Umweltwärme auf?
Propan	Wie heißt das Kältemittel R290?
Abtauung	Wie heißt das Entfernen von Eis?

LearningApps

Lückentext

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt

.

Ein Erdreichkreislauf enthält häufig

.

Ein Wasser-Wasser-System besitzt häufig einen

.

Abgekühltes Grundwasser gelangt durch einen

zurück.

Eisenablagerungen können zur

beitragen.

Die Effizienz verbessert sich üblicherweise bei geringem

.

Die Jahresbewertung nutzt die

.

Das Kältemittel R290 heißt

.

Arbeiten am Kältekreis erfordern passende

.

Der hygienische Betrieb einer Trinkwasseranlage dient der

.

Offene Aufgaben

Leicht

Basis Schema: Zeichne den Wärmestrom von Luft, Erdreich und Wasser zum Heizsystem. Feedback: Wärmequelle, Kältekreis und Heizkreis getrennt zeichnen.
Basis Bilder: Ordne drei Anlagenbilder ihrer Wärmequelle zu. Feedback: Entscheidend ist die tatsächliche Wärmeaufnahme.
Basis Modell: Zeichne Reihenhaus, Außengerät und Nachbarfenster. Feedback: Schallbedürftige Stellen müssen sichtbar werden.
Basis Lernkarten: Erstelle sechs Karten mit Bauteil und Funktion. Feedback: Keine Bauteile mit Wärmequellen verwechseln.

Standard

Anwendung Energie: Berechne für 12.000 kWh Wärme die Stromwerte bei JAZ 2,5 und 4. Feedback: 4.800 gegenüber 3.000 kWh.
Anwendung Aufstellung: Vergleiche zwei Außengerätepositionen. Feedback: Schallprüfung braucht mehr als einen Abstand.
Anwendung Brunnen: Plane Fragen für Wasserbehörde und Fachplaner. Feedback: Wasserqualität, Fördermenge und Recht berücksichtigen.
Anwendung Hygiene: Beurteile eine pauschale Warmwasserabsenkung auf 40 °C. Feedback: Hygienische Mindestanforderungen sind vorrangig.

Schwer

Transfer Entscheidung: Vergleiche alle drei Systeme für das Reihenhaus. Feedback: Fehlende Erkundungsergebnisse benennen.
Transfer Diagnose: Erstelle einen Diagnosebaum anhand eines fiktiven Abtauprotokolls. Feedback: Beobachtung und Vermutung trennen, keine eigenständigen Kältekreiseingriffe.
Transfer Werkstatt: Beurteile einen Kollektor für eine gut gedämmte Werkstatt mit großer Freifläche. Feedback: Fläche allein belegt keine Entzugsleistung.
Transfer Film: Erstelle ein zweiminütiges Erklärvideo mit eigenem Schema und Mediennachweisen. Feedback: Rechte und Sicherheitsgrenzen korrekt darstellen.

Lernkontrolle

Systementscheidung: Begründe, weshalb Luft beim Reihenhaus nur vorläufig bevorzugt werden kann.
Effizienz: Erkläre, weshalb eine höhere Quellentemperatur nicht automatisch den niedrigsten Gesamtstrom ergibt.
Fehlerdiagnose: Leite aus Eisbildung, Abtauprotokoll und Leistungsverlauf einen sicheren Prüfauftrag ab.
Wasserqualität: Erkläre den Zusammenhang zwischen eisenhaltigem Wasser, Ablagerungen und Förderleistung.
Sicherheitstechnik: Bewerte den geplanten R290-Aufstellort mit einer nahen Gebäudeöffnung und benenne fachkundige Zuständigkeiten.
Trinkwasserhygiene: Entwickle ein Prüfkonzept, das Hygiene und Energieeffizienz kombiniert.

Lernnachweis

Erstelle eine technische Entscheidungsvorlage für das Reihenhaus: Anlagenschema, Vergleichsmatrix, JAZ-Rechnung, Schall- und Wasserprüfung, Sicherheitsbewertung, begründete Empfehlung, offene Fragen und Quellenliste. Bewertet werden technische Begründung, nachvollziehbare Annahmen, Transfer, sichere Grenzen und korrekte Mediennachweise.

OERs zum Thema

Fachquellen (abgerufen für die Kurserstellung, Rechtsstand Oktober 2026):

Bildquellen und Rechte: Heatpump.svg (Ilmari Karonen, gemeinfrei); Heat-pump-simple DE.svg (MikeRun, CC BY-SA 4.0); Air Source Heat Pumps Diagram.jpg (Alexxyz1, CC0); Außeneinheit am Reihenhaus (Southend-on-Sea Borough Council, CC0); Heatpump hg.svg (Hannes Grobe, CC BY-SA 4.0); Erdwärme-Erschließungsarbeiten (Philip Halling, CC BY-SA 2.0); Water to Water Heat Pump.jpg (Marktj, gemeinfrei). Vor Weiterverwendung Dateiseiten und Lizenzbedingungen prüfen. Videos: Bundesverband Wärmepumpe; YouTube-Einbettung ist keine automatische Erlaubnis zur Bearbeitung oder offenen Nachnutzung.

Verknüpfte Lernbereiche

Wärmepumpen und Kältetechnik

Zusammenfassung: Luft ist einfach zugänglich, Erdreich oft temperaturstabil, Wasser von Förderleistung und Wasserqualität abhängig. Die beste Quelle wird für Gebäude, Recht, Sicherheit und Kosten begründet ausgewählt.