Die Wärmepumpe erlebt gerade eine Hype ungeahnter Größe
Juni 2023 - Die Politiker jubeln sich in den ökologischen Himmel, die Techniker und Verkäufer und Hersteller loben die Wärmepumpe auch in den finanziellen Himmel und alle wollen ganz schnell - daß Sie - diese "eierlegende Wollmilchsau" anschaffen bzw. sie wollen sie Ihnen verkaufen und mal so richtig schnell viel Geld verdienen.
Wir Ingenieure betrachten aber beide Seiten der Geschichte und nicht nur die Sonnenseite dieser Konzeption. Denn nicht nur grundsätzlich gilt : Energie kann man nicht erzeugen. Sie ist da. Und man kann sie auch nicht verschwinden lassen. Wenn sie einmal da ist, bleibt sie da. (Physikstunde in der Oberstufe und Physikvorlesung 1. Semester)
Übrigens : Wärmepumpen gibt es seit Jahrzehnten bei den hochwertigen und teuren 2-Wege Klimaanlagen. Die Technik und die Funktion ist also schon lange kein Geheimnis mehr. Doch jetzt soll ein ganzes Haus geheizt werden, nicht nur ein Raum oder ein Zimmer.
.
Was macht also eine Wärmepumpe mit der Energie ?
Eine Wärmepumpe kann nur vorhandene Energien wandeln und transportieren. Und hierbei sprechen wir nur von der Wärmeenergie. Die Hauptfunktion ist die Umkehrung der Kühlschrank-Funktion, nichts anderes.
Beim Kühlschrank wird der Luft im Innenraum des Schrankes die Wärme entzogen und durch das Drahtgerippe auf der Rückseite an die Aussenluft abgegeben. Klingt doch ganz einfach und ist fast 100 Jahre alt.
Die Wärmepumpe dagegen entzieht der Aussenluft die Wärme und transportiert sie in unsere Wohnungen bzw. Häuser. Alleine die Dimensionen sind drastisch unterschiedlich.
Dieser Energietransport kostet natürlich auch etwas. Unser Kühlschrank hat zum Beispiel einen Kompressor mit etwa 140 Watt (periodischer) Leistungsaufnahme, die er zum Transport der Wärme (oder der Kälte) braucht. Unser Kühlschrank hat aber nicht mal 1 Kubikmeter Luft zu kühlen (und die Lebensmittel natürlich) und die beiden Temperaturen, über die wir dabei reden, sind relativ stabil, 8 Grad innen und ca. 22 Grad aussen.
Eine 70m² Wohnung - als Beispiel - hat aber bereits 70m² x 2,5m Höhe = 175 Kubikmeter Luftvolumen. Und da ist die Dimension nicht mehr trivial. Kommt noch ein Keller, ein Treppenhaus und ein Dachgeschoß dazu, sind wir ganz schnell deutlich über der 200m³ Marke.
.
Der Aussenluft die Wärme entziehen - das ist genial
Mit der Technik der Wärmepumpe mache ich also die Aussenluft kälter und die dabei erhaltene Energie transportiere ich zum Heizen der Innenluft nach drinnen.
Und je kälter unsere Wintergrade werden, desto mehr Wärme brauche ich aus dieser Aussenluft, um die Innenluft wärmer zu machen, also zu heizen. Und ich hätte innen gerne etwas über 20 Grad, nur im Schlafzimmer etwa 18 Grad.
Jetzt gibt es da zwei statistisch ermittelte Grenztemperaturen für die Aussenluft, bei denen das Heizungs-Konzept der Wärmepumpe an die Rentablitätsgrenzen stößt. Der Transport der Energie von außen nach innen wird elektrisch mittele Kühlmittel und Pumpen durchgeführt.
Muß ich die Wohnungstemperatur nur "minimal" aufheizen, bei zum Beispiel 10 bis 15 Grad Aussentemperatur, dann muß der Aussenluft eine erträgliche Menge Wärme entzogen werden.
Sinkt die Aussentemperatur aber auf 0 Grad, dann muß meine Wärmepumpe schon ganz erhebliche Wärmemengen der Aussenluft entziehen und nach innen transportieren. Jetzt läuft der Kompressor schon fast ununterbrochen.
Sinkt die Aussentemperatur auf -10 Grad oder noch weiter runter, dann hat es die Wärmepumpe bereits richtig schwer, der Aussenluft weitere Wärme zu entziehen, um meine Wohnraum- Kubikmeter auf 20 Grad zu heizen.
Wir sind jetzt in einem temperaturmäßigen Grenzbereich angelangt, bei dem die Wärmepumpe ununterbrochen läuft und Ihr Stromzähler anfängt zu glühen.
.
Worauf bei der Berechnung der Wärmepumpe achten ....
.
- 1. Frage: Wie groß ist das Objekt, das mit der Wärmepumpe geheizt werden soll. Danach richtet sich der Wandler draußen vor der Tür.
- 2. Frage: Welche untere Grenztemperatur darf ich (für meinen Wohnort) annehmen ?
- 3. Frage: Ab welcher unteren Temperatur läuft die (jede) Wärmepumpe ununterbrochen ?
- 4. Frage: Und jetzt die wichtige Preisfrage - Wieviel elektrische Leistung braucht die Wärmepumpe, wenn sie ununterbrochen läuft ?
.
Ein Beispiel für Energie-Bedarf und Energie-Austausch
Ein Gefühl für die Physik des thermischen Energie-Austauschs bzw. des thermischen Umwandelns von Energie (Abkühlung durch Abgabe der Wärme an die Aussenluft) bekommen Sie bei einer ganz einfachen täglichen Erfahrung.
Vergleichen Sie die Abkühlung bzw. Abkühlzeit einer heißen Tasse Kaffee im Hochsommer bei 30 Grad auf Trinktemperatur und die Zeit der Abkühlung einer heißen Tasse Glühwein im Winter bei 0 Grad Aussentemperatur. Sie erinnern sich ganz bestimmt daran, daß Ihr Glühwein in "nullkommanix" kalt wurde - während Sie sich an Ihrem Kaffee mehrfach die Lippen verbrannt hatten.
.
Wenn der Verkäufer kommt .......
Es kommt natürlich kein Verkäufer zu Ihnen, es kommt ein "Berater". Der weiß das alles und der ist ja neutral und hat nur Ihr Bestes im Sinn. (denken Sie ......)
Protokollieren Sie jedes Beratungsgespräch schriftlich - vor seinen Augen. Er wird versuchen, das abzuwimmeln und auf sein völlig wertneutrales (geniales fachmännisches) Angebot zu verweisen, in dem ja alles genau so (wie besprochen) drinnen steht - verspricht er. - Protokollieren Sie einfach weiter und der Mann (oder die Frau) wird auf einmal schweigsamer. Er merkt sofort, Sie meinen es ernst und er darf jetzt keinen Müll mehr loslassen.
.
Es gibt in der Physik keine Vorteile ohne Nachteile
Nachbarn bei uns in der Nähe haben solch eine Wärmepumpe in einem Kellerraum. Dort wird die Luft angesaugt, ebenerdig.
Jedes Kind lernt, daß die kalte Luft unten wohnt. Es wird im Winter also die sowieso kälteste Boden-Luft angesaugt und noch weiter gekühlt. Diese inzwischen noch kältere Boden-Luft steigt doch gar nicht zum Himmel hoch sondern sie "schleicht" nur einmal ums Haus herum und wird dort gleich wieder angesaugt ......
Und sie läuft und läuft und läuft und der "Stromzähler" auch. Also im Keller ist die Wärmepumpe nicht so gut aufgehoben, eher auf dem Balkon mindestens im 1. Stock oder sogar auf dem Dach. Die Keller-Ausnahme wäre, wenn die Öffnung des Ansaugschachts oder Kanals (mehrere Meter) bis weit oberhalb der Grundstücksoberfläche geführt wird.
.
Die Logik und die Effizienz einer Wärmepumpe
Die Prospekte erklären - vermeintlich bewiesener Maßen glaubwürdig -, mit einer Wärmepumpe kann ich (zum Beispiel) mit einer elektrischen Leistung von 2 kW etwa das doppelte an Wärme - also etwa 4 kW Wärmeleistung ins Haus holen.
.
Doch das sind Hochrechnungen (je nach Wohnort) auf der Basis der optimalen Aussentemperaturen, völlig baugleich mit diesen Milchmädchenrechnungen bei den Photo Voltaik- Kalkulationen auf 10 oder gar auf 20 Jahre.
Erinnern Sie sich an damalige Presseinfos über das optimale Drehmoment bei den VW-3-Zylinder- Dieselmotoren, mit dem das kleinste Fahrzeug (ein total entkernter Polo) nur 2 Liter Diesel verbraucht hatte (.... auf 100 Kilometer).
Sie dürfen aber weder Gas geben noch bremsen, immer schön Tempo 20 fahren ..... Tag und Nacht ...... und bitte nicht bergauf .....
.
Die Erfahrungen von vorhandenen Wärmepumpen- Anlagen aus meinem Umfeld zeigen, die anfänglichen Kalkulationen sind alle geschönt (oder "aufgehübscht") gewesen und bei heutigen Strompreisen (März 2023 und danach) stimmt so einiges nicht mehr.
.
Ein wirklicher echter Vorteil wäre nur die Verwendung von eigenem gebunkerten "Strom" aus der PV-Anlage ....
Schaun Sie in die ganzen Photo Voltaik Seiten weiter oben mal rein, wie weit wir mit dem "eigenen Strom" sind.
Erst wenn wir die Sonnenenergie tagsüber effizient auffangen und auch speichern (bunkern) können und zusätzlich unsere Wärmepumpe betreiben können, dann macht das wirklich Sinn. Dann und nur dann entlasten wir unsere Umwelt - erst mal ein wenig - später vielleicht mehr.
.
Unser Hauptproblem "Abwärme" ist nämlich gar nicht gelöst
Zu 99% stehen die Wärme-"pumpen" im Vorgarten auf dem Erdboden. Die dort entzogene Wärme wird ins Haus "gepumpt" und wo landet sie am Ende ? Natürlich ganz oben (unter der Decke bzw. im Dachgeschoß) und dort wieder draußen in der Umgebungs-Luft - und so heizt sie unsere Umwelt weiter auf.
Die ideale Wärmepumpe müsste quasi ganz oben auf dem Dachfirst stehen und arbeiten und dort dieser aufgewärmten Gebäude-Abluft die Wärme wieder entziehen (so wie die großen Wärmetauscher auf den Aldi's und den Lidl's und den REWE Großmärken usw. direkt über deren Backstuben) und nicht unten auf dem Erdboden/Fußboden oder noch schlimmer - im Keller.
Erst wenn dieser Energie-Tausch- Kreislauf - die warme Abluft von ganz oben muß unten wieder rein - realisiert würde, macht die Wärmepumpe - für alle - wirklich Sinn
.
Weiterhin : Wärmepumpen arbeiten nicht lautlos !!
Selbstverständlich darf die Anlage nicht vors eigene Schlafzimmer-Fenster. Doch der Nachbar will sie auch nicht vor dessen Balkon oder Fenster oder Terrasse haben.
Und es gibt Lärmgrenzen in Dezibel für Wohngebiete des Nachts. Auch die Platzierung ist also nicht trivial.
Weiterhin haben unterschiedliche Fabrikate Vibrationsgeräusche, die mit sogenannten Gummi-Lagern gemildert werden müssen. Dennoch kann sich solch ein sonores 15 Hz Brummen nicht nur bis ins eigene Haus sondern auch über 100m bis ins Nachbarhaus verbreiten und das ist dann nicht mehr trivial. Tiefe Audio- Frequenzen werden über Fundamente und Mauern übertragen und sind auch fast nicht ortbar.
Wärmepumpen oder auch Klimanalagen zu dicht ans Haus plaziert reflektieren diese Lüftergeräusche und Kompressorgeräusche und können sie nahezu verdoppeln. Dann sind die erlaubten 40 dezibel ganz schnell überschritten und der nachbarschaftliche Krach (oder gar Krieg) ist vorprogrammiert.
.
Und nochwas - die Wärmepumpe braucht Pflege
Wenn die Wärmepumpe verstaubt, weil sie auf dem Erdboden plaziert wurde, dann sinkt die Effizienz gewaltig. An den Kühl- bzw. Austausch- Lamellen beibt der Feinstaub kleben und der Wärmeaustausch sinkt kräftig ab. Spätestens nach einigen staubigen Tagen muß der Wärmetauscher kräftig (mit Hochdruck) abgespritzt oder ausgespült werden, damit die "Pumpe" im Herbst wieder vernünftig loslegen kann.
.
Bei uns in der EDV sind das die Lamellenkühlkörper der Prozessoren im PC, deren Lüfter bei Verschmutzung immer häufiger anspringt und damit Krach macht. Ausblasen mit Pressluft wirkt dann Wunder.
.
Steht die Wärmepumpe auf dem Erdboden, hilft ein Schacht
Bei allen Wärmepumpen, die bereits auf dem Erdboden fest verankert und angeschlossen stehen, hilft ein senkrechter Ansaugschacht mit 2 bis 3 Metern Höhe, um dort die deutlich saubere und vor allem wärmere Luft anzusaugen.
.
Nachtrag vom 2.6.2023 aus der FAZ - ein Boom geht zuende
Die Wärmepumpen- Euphorie bzw. der Boom in Italien sei zuende, weil sie nicht mehr (zu fast 100%) gefördert wurden. Es wurde dem italienischen Finanzminister zu teuer. Eines ist jedoch zum Verständnis extrem wichtig.
In Süd- und Mittelitalien braucht man in der Regel keine Heizung, sondern nur Warmwasser. In Norditalien ist es in den allermeisten Gebieten nie (seltenst) kälter als 0 Grad Celsius.
Damit arbeitet die dortige Wärmepumpe in effizienteren Temperaturbereichen als bei uns und nicht in den absolut ineffizienten Grenzbereichen teilweise unter -10 Grad. In Norwegen ist man inzwischen von der Wärmepumpe wieder abgerückt. Es ist dort zu kalt.
Daß die Hersteller und Verkäufer eine (wie auch immer definierte) "Funktion" bis zu -24 Grad anpreisen, mag zwar stimmen, aber die bezahlen den Strom ja nicht. Denn bei -24 Grad Aussentemperatur läuft die Wärmepumpe mit 100% Tag und Nacht. Und dann wird ein integrierter Elektro-Heizstab zugeschaltet. Und das ist dann völlig daneben und ineffizient.
.