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Nov 07, 2023

Wie Wärmepumpen funktionieren

Wenn Sie an die Kühlung eines heißen Gebäudes denken, denken Sie wahrscheinlich nicht an Wärmepumpen. Tatsächlich denken Sie wahrscheinlich darüber nach, stattdessen eine Klimaanlage zu verwenden. Aber wie sich herausstellt, kann eine Wärmepumpe sowohl heizen als auch

Wenn Sie an die Kühlung eines heißen Gebäudes denken, denken Sie wahrscheinlich nicht an Wärmepumpen. Tatsächlich denken Sie wahrscheinlich darüber nach, stattdessen eine Klimaanlage zu verwenden. Aber wie sich herausstellt, kann eine Wärmepumpe sowohl heizen als auch kühlen, und in manchen Anwendungen ist es besser, Heiz- und Kühlsysteme zu trennen.

Einfach ausgedrückt ist eine Wärmepumpe ein Gerät, das eine kleine Menge Energie verbraucht, um Wärme von einem Ort zum anderen zu transportieren. Nicht allzu schwierig, oder? Wärmepumpen werden normalerweise verwendet, um der Luft oder dem Boden Wärme zu entziehen, um ein Haus oder ein Bürogebäude zu heizen. Sie können jedoch auch umgekehrt verwendet werden, um ein Gebäude zu kühlen. Wenn Sie wissen, wie eine Klimaanlage funktioniert, wissen Sie in gewisser Weise bereits viel über die Funktionsweise einer Wärmepumpe. Dies liegt daran, dass Wärmepumpen und Klimaanlagen auf sehr ähnliche Weise funktionieren.

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Einer der größten Vorteile einer Wärmepumpe gegenüber einer herkömmlichen Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlage (HVAC) besteht darin, dass keine separaten Systeme zum Heizen und Kühlen Ihres Hauses installiert werden müssen. Wärmepumpen arbeiten außerdem äußerst effizient, da sie Wärme einfach übertragen, anstatt Brennstoff zu ihrer Erzeugung zu verbrennen. Dadurch sind sie etwas umweltfreundlicher als ein Gasofen.

Und sie heizen und kühlen nicht nur Gebäude. Sie funktionieren am besten in gemäßigten Klimazonen. Wenn Sie also in Ihrer Gegend nicht unter extremer Hitze und Kälte leiden, kann Ihnen der Einsatz einer Wärmepumpe dabei helfen, jeden Monat etwas Geld zu sparen.

Lesen Sie weiter, um mehr über die Funktionsweise einer der gängigsten Arten von Wärmepumpen zu erfahren.

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Es gibt viele Arten von Wärmepumpen, sie funktionieren jedoch alle nach dem gleichen Grundprinzip: der Wärmeübertragung. Das bedeutet, dass das Gerät die Wärme von einem Ort zum anderen transportiert, anstatt Brennstoff zu verbrennen, um Wärme zu erzeugen. Es gibt einen Schlüssel, um das alles zu verwirklichen. Gemäß der Thermodynamik fließt Wärme auf natürliche Weise von Bereichen mit hoher Temperatur zu Bereichen mit niedrigeren Temperaturen.

Eine Wärmepumpe verbraucht eine kleine Energiemenge, um diesen Prozess in die entgegengesetzte Richtung zu schalten und dabei Wärme aus einem Bereich mit relativ niedriger Temperatur zu ziehen und in einen Bereich mit höherer Temperatur zu pumpen. Daher wird Wärme von einer „Wärmequelle“ wie dem Boden oder der Luft in eine „Wärmesenke“ wie Ihr Zuhause übertragen.

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Eine der am weitesten verbreiteten Arten von Wärmepumpen ist die Luftwärmepumpe. Diese nehmen Wärme aus der Luft außerhalb Ihres Hauses auf und pumpen sie durch mit Kältemittel gefüllte Spulen ins Innere, die sich nicht allzu sehr von dem unterscheiden, was sich auf der Rückseite Ihres Kühlschranks befindet. Die Auswahl an Luftquellen ist ziemlich einfach und im Inneren befinden sich zwei Ventilatoren, die Kühlschlangen, ein Umschaltventil und ein Kompressor, damit es funktioniert.

Der Schlüssel dafür, dass die Luftwärmepumpe auch kühlen kann, ist das Umschaltventil. Dieses vielseitige Teil ändert den Kältemittelfluss, sodass das System in die entgegengesetzte Richtung arbeiten kann. Anstatt also Wärme in Ihr Zuhause zu pumpen, gibt die Wärmepumpe sie ab, genau wie Ihre Klimaanlage. Bei der Umkehrung des Kältemittels nimmt es Wärme auf der Innenseite des Geräts auf und strömt nach außen. Hier wird die Wärme abgegeben, sodass das Kältemittel wieder abkühlen und zurück ins Innere strömen kann, um mehr Wärme aufzunehmen. Dieser Vorgang wiederholt sich, bis Sie schön cool sind.

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Inzwischen wissen Sie, dass Luftwärmepumpen einen Außenventilator verwenden, um Luft über mit Kältemittel gefüllte Spulen zu leiten. Zwei Sätze dieser Spulen übertragen diese Wärme in den Innenbereich, wo sie dann von einem zweiten Ventilator von den Spulen weggeblasen und als kühle Wohltat in Ihrem Zuhause verteilt wird. Einige Luftwärmepumpensysteme bestehen aus einer einzigen verpackten Einheit, die beide Spulensätze in einem Karton enthält. Dieser Kasten wird dann auf dem Dach eines Gebäudes installiert, wobei die Leitungen durch die Wand verlaufen. Viele größere Anlagen für Gewerbebauten werden auf diese Weise installiert.

Hauswärmepumpen sind in der Regel Split-Systeme mit einer Außen- und einer Innenkomponente, die durch die Wand installiert werden. Je nach Anlagentyp kann es sich um eine oder mehrere Innenkomponenten zur Wärmeverteilung handeln.

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Etwas anders sind Erdwärmepumpen (auch Erdwärmepumpen genannt). Sie nehmen Wärme aus dem Boden oder einem unterirdischen Gewässer auf und übertragen sie in den Innenraum oder umgekehrt. Die gebräuchlichste Art von Erdwärmepumpe überträgt Wärme direkt aus dem Boden, indem sie sie über erdverlegte Rohre aufnimmt, die mit Wasser oder einem Kältemittel gefüllt sind.

Bei diesen Flüssigkeitspumpenrohren kann es sich entweder um Systeme mit geschlossenem oder offenem Kreislauf handeln, und sie funktionieren ziemlich genau so, wie sie klingen. In einem geschlossenen Kreislaufsystem zirkuliert dasselbe Kältemittel oder Wasser wiederholt durch die Rohre. In einem System mit offenem Kreislauf wird Wasser aus einer unterirdischen Wasserquelle, beispielsweise einem Brunnen oder einem künstlichen See, gepumpt. Von dort wird dem Wasser die Wärme entzogen und das Wasser kehrt zum Brunnen oder Oberflächensee zurück. Anschließend wird mehr Wasser aus dem Brunnen gepumpt, um in einem kontinuierlichen offenen Kreislauf mehr Wärme zu extrahieren.

Wenn das nicht ausreicht, um Sie umzuhauen, ziehen Sie die Absorptionswärmepumpe in Betracht – Luftpumpen, die mit Erdgas, Solarenergie, Propan oder geothermisch erwärmtem Wasser statt mit Strom betrieben werden. Absorptionspumpen können für großtechnische Anwendungen eingesetzt werden, sind aber mittlerweile auch für Privathaushalte erhältlich. Der Hauptunterschied zwischen einer Standard-Luftwärmepumpe und einer Absorptionspumpe besteht darin, dass eine Absorptionspumpe kein Kältemittel komprimiert, sondern Ammoniak in Wasser absorbiert und es dann von einer Pumpe mit geringer Leistung unter Druck gesetzt wird. Die Wärmequelle verdampft dann das Ammoniak aus dem Wasser und der Prozess beginnt von vorne.

Wenn Sie sich eine Absorptionswärmepumpe ansehen, ist es hilfreich zu wissen, wie sie bewertet ist. Hersteller bewerten sie anhand eines Maßes, das als Leistungskoeffizient (COP) bezeichnet wird, was ziemlich kompliziert klingt. Aber alles, was Sie wissen müssen, ist, nach einem COP über 1,2 für das Heizen und über 0,7 für das Kühlen zu suchen. Und keine Sorge, die Bewertungen für Standard-Wärmepumpen besprechen wir etwas später.

Luftwärmepumpen, Erdwärmepumpen und Absorptionswärmepumpen sind die gebräuchlichsten Arten von Wärmepumpen, sie funktionieren jedoch nicht in jeder Situation. Lesen Sie weiter, um mehr über andere Arten von Wärmepumpen zu erfahren.

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Wenn Ihr Zuhause keine Luftkanäle zur Wärmeverteilung hat, besteht kein Grund zur Sorge. Sie könnten möglicherweise eine spezielle Art von Wärmepumpe verwenden, eine sogenannte Mini-Split-Wärmepumpe. Es verbindet ein Außenluftversorgungsgerät mit mehreren Innengeräten. Diese Innengeräte werden an Warmwasserbereiter oder Raumheizgeräte angeschlossen. Diese kanallosen Mini-Split-Systeme eignen sich für die Nachrüstung eines Hauses mit einem Wärmepumpensystem, da ihre Standorte außerhalb und innerhalb des Hauses flexibel sind.

Ein weiterer Pluspunkt ist, dass für die Installation nur ein 3-Zoll (7,6 Zentimeter) Kabeldurchgang durch die Wand erforderlich ist, was ziemlich unauffällig ist. Sie sind auch vielseitig. Die Raumluftbehandlungsgeräte können in Wänden, Decken oder auf dem Boden installiert werden und sind zudem klein. Ein Nachteil besteht jedoch darin, dass die Installation auch etwas Innenraum beanspruchen muss, um zu funktionieren. Außerdem bewegen sie nicht so viel Luft wie größere Wärmepumpen und eignen sich daher am besten für kleine Wohn- und Gewerberäume.

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Während die meisten Wärmepumpen auf Luft basieren, pumpt die Reverse-Cycle-Kältemaschine (RCC) stattdessen Wasser, was einen effizienteren Betrieb bei Minustemperaturen ermöglicht. In einem RCC-System ist die Wärmepumpe mit einem isolierten Wassertank verbunden, den sie entweder heizt oder kühlt. Anschließend pumpt ein Ventilator- und Spulensystem erwärmte oder gekühlte Luft vom Tank weg und durch die Rohrleitungen zu einer oder mehreren Heizzonen. Ein RCC-System kann auch heißes Wasser durch eine Fußbodenheizung pumpen. Wenn Sie also diesen Winter barfuß auf einem warmen Fliesenboden bequem sind, können Sie sich bei Ihrem RCC bedanken.

Bei einer typischen Luftwärmepumpe ist ein Ersatzbrenner erforderlich, der vorübergehend Wärme liefert, wenn das System zum Abtauen der Spulen in den Rückwärtsgang schaltet. Dieser Ersatzbrenner verhindert, dass das System beim Abtauen der Spulen kalte Luft durch die Register bläst, was wichtig ist, wenn Sie warm bleiben möchten.

Manche mögen sagen, dass das RCC-System insofern überlegen ist, als es das heiße Wasser aus dem Tank zum Abtauen der Spulen nutzt, sodass kein Ersatzbrenner erforderlich ist. Dies bedeutet auch, dass das System niemals kalte Luft bläst, wenn dies nicht der Fall sein sollte, und das Ergebnis ist, dass Sie angenehm warm bleiben.

Eine neuere Ergänzung ist die Kaltklima-Wärmepumpe, die so genannt wird, weil sie kälteres Wetter effizienter bewältigen kann als die meisten anderen Konstruktionen – sogar unter 0 Grad Fahrenheit (-18 Grad Celsius). Die Kaltklima-Wärmepumpe erkennt die minimale Energiemenge, die zur Bereitstellung des gewünschten Heiz- oder Kühlniveaus erforderlich ist, und passt ihre Leistung nach oben oder unten an, sodass niemals Energie verschwendet wird.

In den kalten Wintern von Minnesota haben sich diese Wärmepumpen als etwa doppelt so energieeffizient wie der typische Erdgasofen erwiesen, was sie zu einer äußerst umweltfreundlichen Alternative macht. Ab November 2021 hofft das US-Energieministerium, diese Pumpen im Rahmen des größeren Infrastrukturplans der Biden-Regierung in Gebäuden installieren zu können.

Auch spezielle Wärmepumpen haben ihre Grenzen. Lesen Sie weiter, um mehr über die Vor- und Nachteile von Wärmepumpen zu erfahren und was Sie vor dem Kauf wissen müssen.

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Wärmepumpen können Verbrauchern dabei helfen, Energiekosten zu sparen, sie haben jedoch ihre Grenzen. Erstens sind sie in kalten Klimazonen, in denen die Außenlufttemperatur regelmäßig nahe oder unter den Gefrierpunkt fällt, eher wirkungslos, obwohl Innovatoren daran arbeiten, dies zu verbessern. Dies liegt daran, dass die Wärmeübertragung von einem sehr kalten zu einem heißeren Bereich mehr Energie erfordert als die Wärmeübertragung zwischen zwei Bereichen mit einem geringeren Temperaturunterschied.

Außerdem steht in einem gemäßigten Klima draußen mehr Wärme zur Verfügung als in einem kalten Klima. Es ist wichtig zu beachten, dass selbst in einem kalten Klima immer noch Wärme in der Außenluft vorhanden ist, die in den Innenbereich gepumpt werden muss, das Gerät jedoch mehr arbeiten muss, um die verfügbare Wärme zu extrahieren. Möglicherweise ist zusätzliche Energie erforderlich, damit die Wärmepumpe genug Wärme erzeugt, um Ihr Zuhause angenehm zu heizen, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt, und das nützt nichts.

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Die von Wärmepumpen erzeugte Wärme ist nicht so intensiv wie die Wärme, die von einem Gas- oder Ölofen erzeugt wird. Menschen, die an herkömmliche Öfen gewöhnt sind, können sich mit der milderen Hitze, die diese Systeme erzeugen, unwohl fühlen. Andere Menschen bevorzugen die Wärmeerzeugung durch Wärmepumpen, da Wärmepumpen die Wärme gleichmäßig im ganzen Haus verteilen und es somit keine kalten Stellen gibt. Eine Wärmepumpe schaltet sich auch seltener ein und aus als ein Gasofen, und bei den meisten Systemen muss keine kalte Luft mehr durch die Lüftungsöffnungen geblasen werden, was früher der Fall war, wenn das System vorübergehend auf Rückwärtsgang schaltete, um die Spulen abzutauen.

Bevor Sie eine Wärmepumpe installieren, müssen Sie überlegen, welche Art von Zusatz- oder Ersatzheizung Sie möglicherweise verwenden müssen, wenn die Wärmepumpe nicht effizient arbeiten kann. Viele Wärmepumpen verwenden zusätzlich eine elektrische Heizung, Sie können aber auch einen Ölbrenner oder einen angepassten Gasofen verwenden. Welche Art von Heizsystem auch immer in Ihrer Region üblich ist, es ist wahrscheinlich die effizienteste und kostengünstigste Backup-Methode. Für weitere Informationen können Sie jederzeit Ihr örtliches Energieversorgungsunternehmen anrufen.

Erdwärmepumpen sind bessere Luftentfeuchter als normale Klimaanlagen, da diese Systeme typischerweise über größere, flache Rücklaufschlangen verfügen, die mehr Luft konditionieren und entfeuchten als die entsprechende Schlange in einer Klimaanlage. Luftwärmepumpen haben etwa die gleiche Entfeuchtungsleistung wie Klimaanlagen. Wenn Sie Bedarf an Befeuchtung oder Entfeuchtung haben, berücksichtigen Sie dies.

Nachdem Sie nun die Vor- und Nachteile von Wärmepumpen kennen, lesen Sie weiter, um zu erfahren, worauf Sie beim Kauf einer Wärmepumpe achten sollten.

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Wenn Sie mit dem Kauf einer Wärmepumpe beginnen, müssen Sie auf einige Dinge achten. Erstens bewerten Hersteller die Effizienz der meisten Wärmepumpen auf zwei Arten: SEER- und HSPF-Bewertungen. Höhere SEER- und HSPF-Bewertungen weisen auf eine effizientere Einheit hin.

Wärmepumpen verfügen häufig über Optionen, die sie effizienter machen. Diese beinhalten:

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Obwohl viele dieser Funktionen nur bei teureren Wärmepumpen zu finden sind, gleichen sie die anfänglichen Kosten aus, indem sie dazu beitragen, dass Wärmepumpen effizienter arbeiten und während der gesamten Lebensdauer der Pumpe mehr Energie sparen.

Jetzt wissen Sie also, wie man eine Wärmepumpe kauft, aber sparen Sie damit wirklich Geld?

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Die Kosten für die Installation und den Betrieb verschiedener Arten von Wärmepumpen variieren erheblich. Die Installation von Erdwärmepumpen ist teurer als die von Luftwärmepumpen, möglicherweise zwei- bis dreimal so teuer, da bei Erdwärmepumpen ein Graben bis zur Wärmequelle erforderlich ist und komplexere Wärmeübertragungssysteme erforderlich sind. Das kann je nach Gelände auf Ihrem Grundstück etwas teuer werden. Die zusätzliche Effizienz einer Erdwasserpumpe kann jedoch später Energiekosten einsparen.

Für ein Erdwärmepumpensystem müssen Sie mit Kosten zwischen 5.000 und 7.500 US-Dollar rechnen. Luftwärmepumpen sind mit durchschnittlich etwa 1.500 bis 5.000 US-Dollar viel günstiger zu finden, da die Geräte tendenziell einfacher sind und die Installation einfacher ist. Unter Berücksichtigung von Arbeitsaufwand und zusätzlicher Hardware kann der Gesamtpreis 20.000 US-Dollar übersteigen und bei größeren Gebäuden noch weiter ansteigen. In vielen Regionen der Vereinigten Staaten gibt es jedoch Steuergutschriften für hocheffiziente Klimatisierung, mit denen die Kosten für Teile und Installation teilweise gedeckt werden können.

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Die Kosten für den Betrieb und die Reparatur einer Wärmepumpe variieren je nach Systemtyp. Der Betrieb einer Erdwärmepumpe ist kostengünstiger, da Erdreich und Wasser eine relativ konstante Temperatur haben, die einen effizienten Betrieb der Wärmepumpe ermöglicht. Erdquellensysteme haben außerdem den Vorteil, dass sie nicht der Witterung im Freien ausgesetzt sind, was einem großen Verschleiß vorbeugt. Der Nachteil ist, dass die Reparatur kostspielig sein kann, wenn Sie Zugang zu einem unterirdischen Teil des Systems benötigen.

Luftquellensysteme sind leicht zugänglich und leicht zu warten, erfordern jedoch möglicherweise eine regelmäßigere Wartung, da sie den Elementen ausgesetzt sind. Außerdem verbrauchen Luftwärmepumpen insbesondere in kälteren Klimazonen möglicherweise mehr zusätzliche Energie für den Betrieb, was zu höheren Kosten auf Ihrer Stromrechnung führt.

Durch Wärmepumpen können Sie zwischen 30 und 40 Prozent oder mehr Ihrer Stromrechnung einsparen, aber wenn Sie sie nicht vernachlässigen, verringert sich mit der Zeit die Effizienz einer Wärmepumpe. Es ist wichtig, das Klima zu berücksichtigen, in dem Sie die Wärmepumpe verwenden, um sicherzustellen, dass Sie ein System auswählen, das in Ihrer Region effizient arbeiten kann. Letztendlich können Sie mit Wärmepumpen viel Geld bei den Versorgungsbetrieben sparen, wenn Sie ein guter Kandidat sind und den richtigen Pumpentyp für Ihre Region installieren.

Lesen Sie weiter, um die Kosten für den Betrieb und die Reparatur Ihrer neuen Wärmepumpe herauszufinden.

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Wenn Sie Ihre Wärmepumpe regelmäßig nutzen, sollten Sie den Filter etwa einmal im Monat wechseln. Sie könnten wahrscheinlich damit auskommen, den Filter nur alle drei Monate zu wechseln, wenn Sie das Gerät nur regelmäßig betreiben. Halten Sie Ventilatoren und Spulen sauber und frei von Schmutz und lassen Sie Ihre Wärmepumpe zweimal im Jahr von einem Fachmann überprüfen: einmal vor der Heizsaison und einmal vor der Kühlsaison.

Häufige Probleme bei Wärmepumpen sind geringer Luftstrom, undichte oder laute Kanäle, Temperaturprobleme, die Verwendung einer falschen Kältemittelfüllung, Rasseln, Quietschen und Schleifgeräusche. Versuchen Sie, wenn möglich, den Ort des Problems einzugrenzen. Kommt nur ein geringer Luftstrom aus einem Register oder haben alle Register einen geringen Luftstrom? Kommt das störende Geräusch von den Luftkanälen oder von der Wärmepumpeneinheit selbst?

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Es gibt einige Dinge, die Sie tun können, um ein Problem mit der Wärmepumpe zu erkennen und möglicherweise zu beheben, bevor Sie professionelle Hilfe in Anspruch nehmen. Wenn das Gerät nicht funktioniert, versuchen Sie zunächst, den Motor zurückzusetzen. Überprüfen Sie das Zündsystem der Pumpe auf Probleme und stellen Sie sicher, dass weder der Schutzschalter ausgelöst noch die Sicherung durchgebrannt ist. Überprüfen Sie den Thermostat, um sicherzustellen, dass er ordnungsgemäß funktioniert. Tauschen Sie den Filter aus, wenn er verschmutzt ist, und stellen Sie sicher, dass der Luftstrom nicht blockiert ist.

Wenn die Luftkanäle beim Ausdehnen und Zusammenziehen Geräusche machen, sollten Sie zur zusätzlichen Geräuschdämmung die Anbringung von Gummipolstern um sie herum in Erwägung ziehen. Klappergeräusche können durch Befestigen loser Teile behoben werden. Wenn Sie im Inneren des Geräts Quietschen hören, müssen Sie möglicherweise den Lüfterriemen, der den Motor und den Lüfter verbindet, austauschen oder einstellen. Ein knirschendes Geräusch kann darauf hindeuten, dass die Lager des Motors verschlissen sind und die Hilfe eines Fachmanns zur Reparatur erforderlich ist.

Denken Sie daran, dass Sie diese Art von Reparaturarbeiten wahrscheinlich nicht durchführen sollten, wenn Sie keine Ahnung von der Mechanik haben. Und weil Wärmepumpen gefährliche Stoffe enthalten können, ist das ein weiterer guter Grund, professionelle Hilfe in Anspruch zu nehmen. Ein chemisches Leck ist eine schlechte Nachricht und Sie können sich beim Umgang mit einem kaputten Gerät leicht verletzen.

Eine Wärmepumpe sollte zwischen 10 und 25 Jahren halten. Regelmäßige Inspektion und Wartung sind der wichtigste Faktor für die Langlebigkeit einer Pumpe. Diejenigen in gemäßigteren Klimazonen halten tendenziell auch länger. Bedenken Sie, dass sich die Technologie ändern kann, bevor Ihre Wärmepumpe abgenutzt ist. Daher kann es sein, dass Ihre Wärmepumpe die Wartungsarbeiten eines Technikers überdauert. Neue Technologien können Wärmepumpen sicherer oder effizienter machen, daher sollten Sie nach neuen Arten von Wärmepumpen Ausschau halten.

Weitere Informationen zu Wärmepumpen finden Sie unter den folgenden Links.

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