Wärmepumpen

Die Wärmepumpe stellt eine gute Alternative zur Ölheizung dar. Sie kann für die Warmwasser-Aufbereitung, für die Heizung und das Brauchwarmwasser eingesetzt werden.

 

1. Mittels elektrischer Energie wird Wärme durch die Wärmepumpe transformiert. Dazu ist ein Kompressor notwendig.

 

2. Dank einer Energiequelle aus der Umwelt (Sonne, Boden, Luft, Wasser) wird die Nieder-Temperatur-Energie in Hoch-Temperatur-Energie umgewandelt und so für Heizzwecke einsetzbar.

 

3. Temperaturen von  maximal 55 Grad Celsius sind meist möglich. Neuere Wärmepumpen können Werte von bis zu 65 Grad Celsius erzielen, erleiden dadurch aber eine Verkürzung der Lebensdauer.

Achtung:

=> Je mehr Wärme der Umwelt entzogen werden kann, desto grösser ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpe.

 

=> Je höher die Temperatur der Energiequelle aus der Umwelt, desto mehr Strom verbraucht der Kompressor.

 

Das Erdreich als Energiequelle:

Der Erde kann mittels Erdwärmesonden, welche in den meisten Fällen vertikal bis zu 120m und mehr in die Erde gebohrt werden und einer Wärmeträger-Flüsigkeit (Sole), die in einem geschlossenen Kreislauf mittels einer Umwälz-pumpe zirkuliert, Wärme entzogen werden. Die Temperatur der Sole kann hierdurch um einige Grade (4 bis 5 °C im Allgemeinen) erhöht werden.

Dies führt dazu, dass aufgrund der physikalischen Eigenschaften, die Leistungszipher der Wärmepumpe eher an der unteren Grenze von 2,5 bleibt. Weil die Wärme im Erdreich, zwar sehr träge, aber konstant erneuert wird, kann während der ganzen Heizperiode mit dem gleichen aber konstanten Wirkungsgrad gerechnet werden.

Dies ist auch der Grund, weshalb Wärmepumpen mit Erdsonden ohne anderen Wärmeerzeuger für Heizzwecke in der Praxis eingesetzt werden können.

Als Folge der geringen Temperatur-Erhöhung im Erdreich, ist die Temperatur an der warmen Seite der Wärmepumpe auf maximal 45 °C begrenzt. Demzufolge muss das Wärmeverteilsystem auf dieser Maximaltemperatur von 45 °C ausgelegt sein.

Nur eine Bodenheizung bzw. Wandheizung mit sehr viel Heizrohr kann dann die notwendige Heizleistung erbringen. Als Nachteil dieser Wärmeverteilung, als Bodenheizung, muss erwähnt werden, dass durch die geringe Temperatur-differenz zwischen Vorlauftemperatur (max. 45 °C) und gewünschter Bodenoberflächen-Temperatur (max. 26 °C) und der relativ grossen Boden-fläche, die Trägheit des Systems gross ist. Die hierdurch entstehende schlechte Regelbarkeit der Bodenheizung kann der Grund sein, weshalb keine zeitliche Abschaltungen (vor allem in der Nacht und in den Übergangszeiten) vorgenommen werden, weil so zu viel Energie unnötig verloren geht.

Die Abhängigkeit von nur 1 Energieträger (Elektrizität), die relativ grosse Eigenleistung des Kompressormotors (bei einem EFH mit guter Isolation ca. 3 bis 5 kW), als Folge der relativ niedrigen Leistungszipher und die Erstellungs-kosten (bei einem EFH bis zu Fr. 50'000.00), müssen den ziemlich günstigen Betriebskosten, welche durch die künstlich niedrig gehaltenen Preise für Elektrizität, erzielt werden, bei der Anwendung von Wärmepumpen mit Erdsonde gegenüber stehen.

Wegen der künftigen Liberalisierung des Strommarktes und der Diskussionen über die zu erwartenden Preiserhöhungen für Elektizität, ist es sicherlich zu empfehlen eine kleine automatische Holz-Pellet-Feuerung für den Betrieb in der kältesten Zeit im Winter (30 Tage im Jahr sind die Aussentemperatur unter 0°C) s Heizsystem einzubinden.

 

Der Boden als Energiequelle:
Wird dem Boden, ca. 1 m unter der Erdoberfläche, Wärme entzogen, die durch Niederschläge und Sonne dauernd erneuert wird, kann unter günstigen Wetterverhältnissen, vor allem in den Übergangszeiten, eine bessere Leistungs-ziffer der Wärmepumpe erzielt werden. Im Hochwinter (ca. 30 Tage im Jahr), wenn der Niederschlag in Form von Schnee fällt und die Sonnenstrahlung schwach bleibt, ist der Wärmenachschub zu klein, um den notwendigen Wärmebedarf der Liegenschaft abdecken zu können; gar nicht davon zu reden, wenn der Boden über längere Zeit mit Schnee bedeckt bleibt.

Dass die bis anhin installierten Wärmepumpen mit Bodenregister doch funktionieren, liegt daran, dass die Sole an der kalten Seite der Wärmepumpe in den meisten Fällen bis zu -18 °C abgekühlt werden kann, bevor die Wärmepumpe abstellt. Als Folge des kalten Bodens und geringen Wärme-nachschub ist die Leistungssziffer sehr klein und kann die Wärmepumpe nicht mehr als wirtschaftliche Maschine beurteilt werden. Der Kompressor braucht so zu viel Strom (Elektrizität), um in Hochwinter den Energiebedarf abdecken zu können.

Dies bewirkt, dass gerade in den Zeiten, in welchen der gesellschaftlichen Energiebedarf am grössten ist, der Wasserkraftanteil an der Energieversorgung auf ein Minimum (ca. 10 %) reduziert ist, die Kernenergiezentralen auf Hochtouren laufen und das Netz zusätzlich mit dem Energiebedarf einer in dieser Zeit unwirtschaftlichen elektrischen Maschine, belastet wird.

Wie im vorhergehende erwähnt, ist die zusätzliche Einbindung einer kleinen Holz-Pellet-Heizung zur Abdeckung des Energiebedarfs in Hochwinter (ca. 30 Tage im Jahr), zu empfehlen.

 

Energie aus Oberflächenwasser oder Grundwasser eines Brunnens:

Wenn in einzelnen Fällen Oberflächenwasser bzw. Grundwasser eines Brunnens, als Wärmequelle, zur Verfügung steht, können Wärmepumpen hiermit betrieben werden und erzielen einen sehr hohen Wirkungsgrad, weil in vielen Fällen die Wassertemperatur nicht unter 10 °C absinkt.

Die Wassermenge für die kalte Seite der Wärmepumpe muss jedoch mindestens 100 l/min betragen, um ein einfrieren der Quelle zu verhindern.

 

Die Luft als Energiequelle:

Wird beim Betreiben einer Wärmepumpe der Umgebungsluft Wärme entzogen, um Heizungswasser bis zu maximal 55 °C und in Ausnahmefälle bis zu maximal 65 °C (für alte Radiatoren) aufzubereiten, dann muss hier bemerkt werden, dass gerade bei tiefen Aussentemperaturen der Luft wenig Wärme entzogen werden kann und deshalb im Hochwinter verhältnismässig viel elektrische Leistung für den Wärmepumpenkompressor zur Verfügung stehen muss. Je tiefer die Aussentemperaturen desto schlechter der Wirkungsgrad und desto kleiner die Leistungsziffer der Wärmepumpe.

 

Bei einer Aussenluft-Temperatur von -10°C wird z.B. mit einer Luft/Wasser Wärmepumpe bei 5 kW Kompressorleistung ca. 10 kW Heizleistung erzeugt (Leistungsziffer E = 2). Um für die Abdeckung eines grösseren Wärmebedarfs während ca. 30 Tage im Jahr nicht eine stärkere Wärmepumpe installieren zu müssen, ist die zusätzliche Installation einer Holzheizung (evt. Pellets) in Bivalentem Betrieb mit der Wärmepumpe. zu empfehlen, wobei dann die benötigte Kompressorleistung auch kleiner gewählt werden kann.

 

Erst ab Aussen-Lufttemperaturen von ca. 8 bis 9 °C liegt die Leistungsziffer bei den durchschnittlichen Wärmepumpen bei Werten von 3 bis 3,5. In einzelnen Fällen je nach Hersteller und Preis, ist eine grössere Leistungsziffer zu erreichen.

 

Bei der Wahl einer Wärmepumpe sollte man bedenken, dass künftig der Strombedarf zunehmen wird und die Wärmepumpen meistens am Tag laufen und das Elektrizitätsnetz belasten in einer Zeit, dass die Industrien und das Bahn- und Transportverkehr, der Strom brauchen.

 

Man fürchtet in 2020 einen Engpass in der Elektrizitätsversorgung, der vorläufig durch den Einsatz von Gasturbinen und Generatoren überbrückt werden könnte, bis, gemäss der Wünsche der Elektrizitätswerken in der Schweiz, das Volk mit einer Volksabstimmung, den Bau von Kernkraftwerken mit einer Bauzeit von 15 bis 20 Jahre, aus Not zustimmt.

 

In wie Weit wir, als Gesellschaft, das Pferd hinter den Wagen spannen, muss jeder für sich entscheiden. Strom werden wir wahrscheinlich bis in den nächsten 20 Jahren noch genug haben, wenn wir bereit sind den Preis hierfür zu bezahlen.

 

Die Störungsanfälligkeit, als Folge der Klimaänderung verursachte, ungeahnten natürlichen Zerstörungen, mit Ausfällen der Elektrizitäts-Versorgung in vielen Regionen der Erde, ist nicht voraus zu sehen, aber zu erwarten.

Dezentrale Elektrizitätsversorgung wäre für die Zukunft zu empfehlen.