In älteren, schlecht gedämmten Häusern arbeiten Wärmepumpen bedauerlicherweise nur sehr ineffizient. Aber woran liegt das eigentlich? Und können wir erwarten, dass dieses Problem durch technischen Fortschritt irgendwann gelöst wird? Die Antwort lautet: nein!
In älteren Gebäuden muss das Heizwasser in der Regel deutlich heißer sein als in Neubauten, um die gewünschte Raumtemperatur zu erreichen. Das liegt unter anderem daran, dass nur kleine Heizkörper vorhanden sind. Je kleiner jedoch die Fläche zur Wärmeabgabe ist, desto heißer muss das Heizwasser sein. Aus diesem Grund reicht für eine Fußbodenheizung eine Temperatur von 30°C, während Heizkörper oft 50°C oder mehr benötigen. Ohne Renovierungsmaßnahmen wie den Austausch der Heizkörper müssen also auch mit einer Wärmepumpe diese hohen Temperaturen erreicht werden.
Wärmepumpen nutzen die physikalischen Eigenschaften von Kältemitteln. Zum einen können diese im gasförmigen Zustand mehr Energie aufnehmen als im flüssigen Zustand. Zum anderen kann durch Kompression ein Wechsel des Aggregatzustands erreicht werden, da die Siedetemperatur eines Stoffs vom Umgebungsdruck abhängt. Deshalb kocht Wasser in den Bergen auch schon bei 93°C.
In Wärmepumpen wird ein Kältemittel zunächst im Verdampfer „entspannt“ und in den gasförmigen Zustand überführt. Dabei nimmt es Umgebungswärme auf. Anschließend wird das Kältemittel komprimiert und gibt dabei Wärme ab. Das erreichte Temperaturniveau während der Kompression hängt von der verwendeten Substanz und dem Druck ab. Propan als Kältemittel muss beispielsweise auf etwa 28 bar komprimiert werden, um eine Abgabetemperatur von 75°C zu erreichen. Um auch bei -10°C noch zu verdampfen und dabei Umgebungswärme aufzunehmen, muss es auf etwa 3 bar entspannt werden. Um den Druckunterschied von 25 bar immer wieder aufzubauen, ist ein Kompressor erforderlich, der Strom verbraucht.
Je höher der benötigte Druck, desto mehr Strom wird benötigt. Das Verhältnis zwischen eingesetzter Energie und erzeugter Nutzwärme wird durch den Kennwert „Coefficient of Performance“ (COP) ausgedrückt. Dieser kann zwar durch Optimierung der Wärmepumpentechnologie verbessert werden, doch die grundlegenden Eigenschaften des Kältemittels setzen Grenzen. Bei den genannten Werten (Vorlauftemperatur 75°C, Verdampfungstemperatur -10°C) hat das Kältemittel Propan einen COP von 2, das bedeutet, dass maximal 2 Kilowattstunden Wärme aus einer Kilowattstunde Strom erzeugt werden.
Bei einer Vorlauftemperatur von 55°C und einer Verdampfungstemperatur von -10°C verbessert sich der COP auf 2,8, sodass aus einer Kilowattstunde Strom 2,8 Kilowattstunden Wärme erzeugt werden. Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto effizienter ist die Heizung. Dies beruht auf den physikalischen Gesetzen, die auch durch technischen Fortschritt leider nicht verändert werden können.
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