Alles, was Sie über Wärmepumpen wissen müssen E-Book

Carsten Herbert

• Herausgeber: Verlag Herder
• Kategorie: Fachliteratur
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2024

Seitenzahl: 174

Beschreibung

Die umfassende Elektrifizierung der Wärmeversorgung kommt. Für Hunderttausende Wohnungseigentümer, Hausbesitzerinnen, aber auch für alle, die zur Miete wohnen, stellt sich die Frage: Womit und wie und zu welchem Preis kann ich in Zukunft heizen? Lohnt sich insbesondere eine Wärmepumpe und ist sie in meinem Haus überhaupt sinnvoll einsetzbar? Für Carsten Herbert, der als »Energiesparkommissar« auf YouTube einer begeisterten Zuschauerschaft alle wesentlichen Informationen zu Energieeffizienzthemen erklärt, ist klar: Der Bedarf an Informationen zu Wärmepumpen ist riesig und die Zahl der Fachleute, die diese Fragen beantworten könnten, viel zu klein. Wir alle müssen unsere eigenen Experten und Expertinnen zum Thema Wärmepumpen werden. Und genau das ermöglicht Carsten Herbert mit seinem neuen Buch, das für Laien und angehende Fachleute sämtliche Fragen zum Heizen mit Wärmepumpen leicht verständlich und anschaulich beantwortet.

Leseprobe

© Verlag Herder GmbH, Freiburg im Breisgau 2024

Alle Rechte vorbehalten

www.herder.de

Grafiken, Layout, Satz: Jutta Nelißen Grafik, Bingen

Umschlaggestaltung & Umschlagmotiv: © Jutta Nelißen Grafik, Bingen

E-Book-Konvertierung: Newgen Publishing Europe

ISBN (Print): 978-3-451-39767-7

ISBN (EPUB): 978-3-451-83303-8

Meinen Lieben.

INHALTSVERZEICHNIS

Vorwort

Wissensgebiete

1 Basiswissen Wärmepumpe

2 Einsatzgebiete und Bauformen

3 Energieeffizienz und Umweltwirkung

4 Auslegung und Montage

5 Kosten und Wirtschaftlichkeit

Schluss

Dank

Bildnachweis

VORWORT

Als ich im Sommer 2022 mit Corona in selbstgewählter Quarantäne getrennt von meiner Familie im Bett lag, hatte ich viel Zeit zum Nachdenken. Damals beschäftigte ich mich schon eine ganze Weile mit dem Thema Wärmepumpen, hatte bereits ein paar YouTube-Videos dazu gedreht und mir war klar, dass die Wärmepumpe in Zukunft eine wachsende Rolle in der Wärmeversorgung von Gebäuden spielen wird.

Damals lag der Überfall des russischen Militärs auf die Ukraine schon ein halbes Jahr zurück, die Gaskrise nahm bereits ihren Lauf. Die Angst vor dem kommenden Winter und davor, dass die Gasspeicher vielleicht nicht ausreichend voll sein würden, war deutlich spürbar. Die Nachfrage nach Wärmepumpen stieg damals rasant in ungeahnte Höhen, was die Preise ebenso schwindelerregend steigen ließ. Meine, unsere gewohnte Welt geriet mal wieder aus den Fugen.

Spätestens seit diesem Sommer war mir klar: Wir stecken wieder mal mittendrin im Umbau unserer Wärmeversorgung. Wieder mal deshalb, da das, was wir momentan erleben, nicht zum ersten Mal passiert. Ähnlich große Umwälzungen gab es bei der Wärmeversorgung unserer Wohnungen in der Vergangenheit bereits mehrfach.

So wurde im ausgehenden Mittelalter bei uns in Mitteleuropa das Holz derart knapp, dass man holzsparende Öfen entwickelte und als Alternative zum Holz mehr und mehr die Steinkohle im Hausbrand zum Heizen nutzte. Nach 1945 wurde die weit verbreitete Kohleheizung dann durch die Ölheizung verdrängt. Doch auch die wurde in den Ballungsgebieten ab den 1970er Jahren nach und nach durch die Erdgasheizungen ersetzt.

Immer wenn ein Brennstoff also knapp und teuer wurde, hat man sich auf eine neue bzw. zusätzliche Lösung gestürzt. Nun geht das mit den Wärmepumpen also schon wieder los. Diesmal allerdings mit einem kleinen Unterschied. Es wird voraussichtlich das letzte Mal sein. Denn ich gehe davon aus, dass wir mit dem uns nun bevorstehenden Umbau unserer Wärmeversorgung so etwas wie den Schlussstein setzen. Warum ich das glaube, das wird teilweise auch in diesem Buch erklärt. Aber ganz egal, ob meine Vermutung stimmt. Die Wärmepumpe ist im Kommen. Also sollten wir uns mit ihr beschäftigen und sie vor allem besser kennenlernen.

Ich stellte mir damals im Sommer 2022 unter anderem die Frage, wie die unerwartet hohe Nachfrage nach Wärmepumpentechnik gedeckt werden soll. Dabei trieb mich weniger die Sorge nach den Produktionskapazitäten um, sondern die Frage, wer die ganzen Wärmepumpen einbauen und vor allem auch rund um das Thema beraten soll. Denn Wärmepumpen sind im Vergleich zu Gas- und Ölheizungen um ein Vielfaches beratungsintensiver. Während man bei einem Austausch fossiler Heizungen kaum etwas wissen musste und falsch machen kann, sind die zu klärenden Frage- und Aufgabenstellungen beim Einbau von Wärmepumpen deutlich umfangreicher und komplexer. Mit der Wärmepumpentechnik steht die Heizungsbranche daher nun vor neuen, zusätzlichen und vor allem zeitintensiven Aufgaben, auf die sie bisher aber alles andere als gut vorbereitet ist.

Das führt zum Beispiel dazu, dass die Nachfrage nach verlässlichen Informationen zu Wärmepumpen um ein Vielfaches höher ist als das vorhandene Angebot. Heizungsbetriebe und auch Energieberatungsbüros können bei Weitem nicht die Nachfrage nach Wärmepumpenberatung decken. Selbst wenn es also gelingen würde, die Energieberatungs- und Heizungsbranche auf einen Wissensstand zu bringen, der sie befähigt, technisch verlässlich und gut zu beraten, wäre es wenig sinnvoll, sie mit den zeitintensiven Wärmepumpenberatungen allein zu lassen. Denn jede Wärmepumpenberatungszeit reduziert die verfügbare Wärmepumpen-Installationszeit und somit die Zeit, in der Fachbetriebe an der praktischen Umsetzung der so wichtigen Wärmewende arbeiten können.

Das war der Punkt, an dem mir klar wurde, dass das Wissen rund um das Thema Wärmepumpen unabhängig von den Fachbetrieben und meinen Energieberatungskollegen aufbereitet und allgemein zugänglich bereitgestellt werden sollte. Und nicht nur das. Die Hoheit über das Wärmepumpenwissen sollte man nicht nur den großen Playern in Industrie und der Wissenschaft überlassen. Zu welchen teils fragwürdigen und irreführenden Informationen auf Basis von scheinbar unabhängigen „wissenschaftlichen“ Studien das führen kann, konnte ich in der einen oder anderen YouTube-Folge auf meinem Kanal bereits zeigen.

So begann ich im Sommer 2022 in meinem Krankenbett die Idee eines unabhängigen Wissensportals für Wärmepumpen zu entwickeln. Es sollte möglichst viele Perspektiven berücksichtigen, umfassend sein, den aktuellen Wissenstand abbilden und möglichst leicht verständlich, also auch für Laien tauglich sein.

Bis das Projekt Wärmepumpenwissensportal allerdings starten konnte, verging noch fast ein ganzes Jahr. Zunächst galt es einen geeigneten Projektpartner für die Finanzierung und für die Öffentlichkeitsarbeit zu finden. Den perfekten Projektpartner fand ich dann eher zufällig im April 2023 während einer Vortragsreise. Damals wurde ich von der Firma Sparkassen-Kreditpartner SKP zu einem Keynotevortrag nach Eisenach eingeladen. Während der Vorbereitungen erzählte ich dem Geschäftsführer Jan Welsch von meiner Idee eines öffentlich zugänglichen Wärmepumpenwissensportals. SKP war damals gerade dabei, eine Onlineplattform für Kunden zur energetischen Modernisierung von Gebäuden vorzubereiten. Jan erkannte sofort das Potenzial, das sich aus dem Wärmepumpenwissensportal für die SKP-Onlineplattform ergeben könnte. Wir waren uns praktisch sofort einig.

Wärmepumpenworkshop im Juli 2023 am IWU in Darmstadt (20)

Der offizielle Startschuss folgte dann endlich am 3. Juli 2023. An diesem Tag habe ich ein Dutzend Wärmepumpenexperten aus den Bereichen Wissenschaft, Forschung, Industrie, Handwerk und Öffentlichkeitsarbeit eingeladen. Der Workshop fand am Institut Wohnen und Umwelt in Darmstadt statt. Ziel des Workshops war es zunächst, die wichtigsten Fragen zu sammeln, die sich Menschen rund um das Thema Wärmepumpen stellen. In einem zweiten Schritt wurden die Antworten diskutiert. Einige der Fragen waren leicht zu beantworten. Andere mussten von den Experten mit ihren unterschiedlichen Perspektiven zunächst ausführlich diskutiert werden, bevor man sich gemeinsam auf eine Antwort einigen konnte. Wieder andere mussten zurückgestellt werden, um in einer weiterführenden Recherche zu einer Antwort zu kommen.

Das Ergebnis dieses Wärmepumpenworkshops war eine umfassende Datenbank mit einer Vielzahl einzelner Fragestellungen zu Wärmepumpen mit den passenden Antworten. Diese Wissensdatenbank, gefüllt von einem Dutzend Wärmepumpenexperten aus den unterschiedlichsten Bereichen, war im Anschluss an den Workshop für mich die Quelle und das Fundament für das Wärmepumpenwissensportal und damit auch für dieses Buch. Have fun!

Die Teilnehmer am Wärmepumpenworkshop (von links nach rechts):Dr. Florian Köhler-Langes (LEA), Andreas Holstein (LEA), Stefan Swiderek (IWU),Alexander Boerger (Clever Energiesparen), Maximilian Söhngen (HS ENERGIE),Frank Hettler (Zukunft Altbau), Thomas Wahlbuhl (ThEAGA),Carsten Herbert (ENERGIESPARKOMMISSAR), Hans-Jürgen Seifert (waermepumpengutachter.de),Marc Großklos (IWU), Arno Demandt (essential), nicht auf dem Foto Achim Fischer (Vaillant) (20)

WISSENSGEBIET 1

BASISWISSEN WÄRMEPUMPE

WAS IST EINE WÄRMEPUMPE?

Wir kennen Wärmepumpen aus unserem Alltag: die meisten von uns allerdings ohne es zu wissen. Denn der Kühlschrank in unserer Küche ist nichts anderes als eine Wärmepumpe. Vereinfacht kann man sagen, die Wärmepumpe pumpt die Wärme aus dem Innenraum des Kühlschranks heraus und gibt sie auf der Außenseite an die Raumluft in der Küche ab. Im Inneren des Kühlschranks wird es dadurch kälter, dafür wird die Raumluft in der Küche etwas aufgewärmt.

Das alles funktioniert über ein relativ simples physikalisches Prinzip: Wenn man einen Ball oder einen Fahrradreifen mit einer Luftpumpe aufpumpt, dann werden die Pumpe und auch das Ventil richtig warm. Das mit der Wärme ist immer so, wenn man ein Gas zusammendrückt. Beim Aufpumpen wird die Luft zusammengedrückt. Dabei erhitzen sich der Luftschlauch und auch das Reifenventil deutlich. Genau das Gegenteil passiert, wenn man den Druck wieder aus dem Reifen entweichen lässt. Die ausströmende, sich wieder ausdehnende Luft kühlt das Ventil deutlich ab. Diesen Kühleffekt bei expandierenden Gasen gibt es auch bei Spraydosen und Gasflaschen. Die können sogar vereisen, wenn man das in ihnen enthaltende Gas nur lange genug expandieren lässt.

Diese beiden Wärme- und Kälteeffekte macht man sich mit Wärmepumpen zunutze. Man drückt ein Medium zusammen, wodurch Wärme entsteht. Wenn das Medium wieder expandieren darf, kühlt es ab. Der Druck wird dabei durch einen elektrischen Kompressor erzeugt. Die Druckreduktion übernimmt ein sogenanntes Expansionsventil.

Als Medium nutzt die Wärmepumpe dafür allerdings keine Luft, sondern sogenannte Kältemittel. Mit diesen Kältemitteln funktioniert das beschriebene Prinzip nämlich sehr viel effektiver. Durch einen sogenannten Kreisprozess innerhalb der Wärmepumpe findet der Wärme-Kälte-Effekt praktisch gleichzeitig und stetig statt. Auf der einen Seite wird das zusammengedrückte Kältemittel warm, auf der anderen kühlt es wieder ab.

Indem man der Wärmepumpe nun auf der kalten Seite Wärme aus der Umwelt zuführt, kann die warme Seite deutlich mehr Wärme produzieren. Dabei muss die Umweltwärme nicht mal warm im herkömmlichen Verständnis sein. Da das Kältemittel auf der kalten Seite deutlich kälter als −12 oder sogar −25°C werden kann, sind für eine Wärmepumpe Temperaturen selbst deutlich unter 0°C noch warm.

Beides, Wärmeabgabe in die und Wärmeentzug aus der Umwelt erfolgen über sogenannte Wärmetauscher. Bei einer klassischen Heizungswärmepumpe für die Wohnraumheizung ist der Wärmetauscher auf der Heizseite ein Heizkörper oder die Fußbodenheizung des betroffenen Hauses. Über sie wird die Wärme an das Haus abgegeben. Für den Wärmeentzug aus der Umwelt nutzt man für Heizungswärmepumpen unterschiedliche Umweltwärmequellen. Die drei gängigsten Wärmequellen sind dabei die Außenluft, das Erdreich und das Grundwasser.

Die bei Heizungswärmepumpen am häufigsten vorkommende Umweltwärmenutzung ist die, bei der der Außenluft die Wärme entzogen wird. Sogenannte Luft-Wärmepumpen zur Gebäudeheizung haben einen Marktanteil von rund 85 Prozent, gefolgt von Erdreich-Wärmepumpen mit rund 10 Prozent und Grundwasser-Wärmepumpen mit rund 5 Prozent.

Mehr Informationen zu den unterschiedlichen Bauformen und Umweltwärmenutzungen von Wärmepumpen folgen im Wissensgebiet „Wärmepumpenarten und Einsatzgebiete“.

WAS IST DER VORTEIL EINER WÄRMEPUMPE GEGENÜBER EINER DIREKTSTROMHEIZUNG?

Direktstromheizungen, das sind Heizungen, die, wie ihr Name schon verrät, Strom direkt und ohne Umweg in Wärme umwandeln. Dazu gehören z.B. Heizlüfter, Infrarotheizstrahler, Elektrofußbodenheizungen und auch die heute immer noch vorkommenden Nachtspeicheröfen.

Allen diesen elektrischen Heizsystemen ist gemein, dass sie im Verhältnis 1 : 1 aus Strom Wärme machen. Das bedeutet, aus einer Kilowattstunde Strom wird genau eine Kilowattstunde Wärme. Das Prinzip dahinter ist recht einfach, hat aber einen großen Nachteil: Da Strom als Energieträger vergleichsweise teuer ist, ist auch das Heizen mit Strom entsprechend teuer.

Mit Wärmepumpen ist das anders. Hier wird der Strom nicht direkt in Wärme umgewandelt, sondern die Wärmepumpe versetzt ein Kältemittel mittels Kompressors unter Druck und nutzt die dabei entstehende Wärme. Die auf diese Weise erzeugte Menge Wärme ist um ein Vielfaches größer als die dafür erforderliche Menge Strom, die für den Kompressor gebraucht wird. Anders ausgedrückt, kann man mit einer Wärmepumpe aus jeder Kilowattstunde Strom nicht nur eine, sondern gleich mehrere Kilowattstunden Wärme gewinnen.

Je nach verwendeter Wärmepumpentechnik und Wärmequelle können das durchaus drei, vier oder noch mehr Kilowattstunden Wärme aus einer Kilowattstunde Strom sein. Wärmepumpen haben daher gegenüber den Direktstromheizungen einen deutlichen wirtschaftlichen Vorteil. Gleichzeitig benötigt die Wärmepumpe gegenüber der Direktstromheizung weniger Kraftwerksleistung, sodass das Stromnetz weniger belastet wird.

WAS IST DER VORTEIL EINER WÄRMEPUMPE GEGENÜBER EINER GAS- ODER ÖLHEIZUNG?

Gas- und Ölheizungen haben eine schlechte Angewohnheit gemeinsam. Beide verwenden fossile Brennstoffe. Beim Verbrennen von Heizöl und Erdgas wird CO2 freigesetzt, das davor über Millionen von Jahren tief in der Erdkruste eingelagert war, ohne Schaden anzurichten. Heute weiß man, dass die Freisetzung von CO2 in unsere Erdatmosphäre einen wesentlichen Einfluss auf unser Klima hat. Daher ist es sinnvoll, möglichst wenig bis gar keine fossilen Brennstoffe zu verfeuern, um die Menge an CO2, das in unsere Atmosphäre gelangt, zu minimieren.

Beim Einsatz von Wärmepumpen ist die freigesetzte CO2-Menge sehr viel geringer als bei der Verbrennung von Erdgas und Heizöl. Dafür gibt es zwei Gründe: Erstens benötigen Wärmepumpen natürlich Strom, und der konnte in Deutschland bereits 2022 zu rund 50 Prozent durch erneuerbare Energien (also durch Sonne und Wind) gedeckt werden. Schaut man sich die einzelnen Monate an, lag der Anteil der Erneuerbaren zwischen 47 Prozent im Februar und 72 Prozent im Juli (im Winter ist der Anteil durch die geringere Solarstrommenge immer etwas geringer). Der Anteil der erneuerbaren Energien an der Stromerzeugung liegt damit selbst im Winter bei rund der Hälfte. Und dieser Anteil wird durch den stetigen Ausbau der erneuerbaren Energien immer größer.

Zweitens kann eine Wärmepumpe, wie wir im vorangehenden Kapitel schon gesehen haben, aus einer Kilowattstunde Strom mehrere Kilowattstunden Wärme erzeugen. Sobald das Verhältnis zwischen Stromverbrauch und Wärmeerzeugung bei 1 : 3 oder höher liegt, hat die Wärmepumpe in der CO2-Bilanz einen enormen Vorteil. Und auch dieser Vorteil wird durch den stetigen Ausbau von erneuerbaren Energien zukünftig immer größer werden.

Das bedeutet, eine Heizungswärmepumpe ist für uns der Schlüssel zur CO2-neutralen Wärmeversorgung der Zukunft für unsere Häuser und Wohnungen und bereits heute eine sinnvolle Alternative zu den derzeit vorherrschenden Öl- und Gasheizungen. Dass Wärmepumpen zudem auch noch günstiger im Betrieb sein können, das zeige ich im Wissensgebiet „Kosten und Wirtschaftlichkeit“.

IST DIE WÄRMEPUMPENTECHNIK FÜR EINE CO2-NEUTRALE WÄRMEVERSORGUNG VON HÄUSERN WIRKLICH ERFORDERLICH?

Neben der Wärmepumpentechnik gibt es momentan auch die Überlegung, die Wasserstofftechnik und auch die sogenannten Wärmenetze als zusätzliche Optionen stärker zu forcieren. Die Nutzung dieser beiden Alternativen hat genauso wie die Verwendung von Biomasse allerdings gewisse Grenzen.

So ergeben sich etwa im Fall der Wasserstofftechnik gegenwärtig zwei ganz grundsätzliche Probleme: Erstens ist Wasserstoff nur so gut wie der Strom, der für seine Erzeugung verwendet wird. Grünen Wasserstoff kann es daher nur aus grünem Strom geben. Somit wird für Wasserstoff entweder Wind- oder Solarstrom benötigt. Zweitens erhält man bei der Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse (Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff) aus jeder Kilowattstunde Strom eine Menge Wasserstoff mit einem Energieinhalt von 0,7 Kilowattstunden. Wenn man diesen Wasserstoff zum Heizen verbrennt und Wärme daraus macht, entstehen zusätzliche Verbrennungsverluste. So bleiben von jeder Kilowattstunde Strom nur noch rund 0,60 Kilowattstunden Wärme zum Heizen übrig. Nutzt man den Strom stattdessen für den Betrieb einer Wärmepumpe, werden aus jeder Kilowattstunde Strom ca. drei Kilowattstunden Wärme. Damit ist eine Heizungswärmepumpe etwa um den Faktor 5 effizienter als das Verbrennen von Wasserstoff.

Dieses kleine Rechenbeispiel zeigt recht deutlich, dass es wenig sinnvoll ist, im Winter Strom zur Herstellung von Wasserstoff zu verwenden, um diesen dann in Heizungen zu verbrennen. Zur Wasserstoffherstellung eignet sich vielmehr der überschüssige Strom im Sommer, wenn z.B. durch die zahlreichen Photovoltaikanlagen mehr Strom zur Verfügung steht als tatsächlich benötigt wird. Bevor man diesen Überschussstrom im Sommer aufgrund der derzeit noch recht begrenzten Speicher- und Umwandlungsmöglichkeiten und der Tatsache, dass das Stromnetz nicht überlastet werden darf, etwa an Nachbarländer verschenkt, kann man ihn sinnvoll für die Elektrolyse, also für die Herstellung von Wasserstoff einsetzen und für den Winter speichern.

Allerdings wird grüner Wasserstoff auch von der Industrie dringend benötigt. Selbst wenn es in Zukunft immer besser gelingen wird, den Überschussstrom im Sommer zu grünem Wasserstoff zu machen, wird dieser über viele Jahre vollständig von der Industrie beansprucht werden. Denn auch die Industrie muss in Zukunft CO2-neutraler werden und braucht dafür gigantische Mengen an grünem Wasserstoff, der den bisher verwendeten fossil produzierten grauen Wasserstoff ersetzen soll. Daher wird für die Beheizung von Wohnungen und Häusern auf absehbare Zeit wohl kaum Wasserstoff in nennenswerten Mengen zur Verfügung stehen. Wasserstoff dürfen wir daher erst mal von der Liste der aussichtsreichen Heizalternativen streichen.

Wärmenetze bieten dagegen tatsächlich eine gewisse Chance, zumindest regional eine Lösung für die Gebäudeheizung zu sein. Bereits heute gibt es vorrangig in Städten solche Fern- und Nahwärmenetze, um Häuser von einer zentralen Wärmequelle mit Wärme zu versorgen. Doch in einigen Bereichen werden Wärmenetze noch nicht genutzt, obwohl es sinnvoll wäre. Sinnvoll ist ein Wärmenetz überall da, wo Überschusswärme oder eine sonstige Umweltwärmequelle existiert, wie sie etwa in der Industrieproduktion, in Gewerbebetrieben und in Rechenzentren vorkommen. Wenn man es schaffte, diese Wärmequellen für die Wärmeversorgung von Häusern und Wohnungen in der unmittelbaren Umgebung nutzbar zu machen, hätte man viel gewonnen.

Städte und Gemeinden müssen nun bis spätestens 2028 festlegen, wo Wärmenetze sinnvoll sind und gebaut werden sollten. Klar ist aber heute schon, dass die Wärmeversorgung durch Wärmenetze eine Lösung ist, die regional stark begrenzt ist. Die meisten Wärmenetze wird es wahrscheinlich in einigermaßen eng besiedelten Gebieten geben, z.B. dort, wo Wohn- und Gewerbegebiete nah beieinander liegen. Für Häuser in dünn besiedelten Wohngebieten werden Wärmenetze eine eher kleine bis gar keine Rolle spielen.

Bleibt noch die Wärmeversorgung mit Biomasse. Holzheizungen versorgen bereits heute rund 5 Prozent der Häuser und Wohnungen in Deutschland mit Wärme. Dieser Anteil ließe sich noch etwas erhöhen, indem man mehr Holz nutzt. Allerdings lässt sich die Holznutzung zwar noch ausweiten, aber längst nicht verdoppeln. Und selbst wenn wir die Anzahl der mit Holz beheizten Wohnflächen verdoppeln könnten, würden sich mit Biomasse dann gerade einmal 10 Prozent der Gebäude und Wohnungen beheizen lassen. Dieses Beispiel zeigt, dass die Biomasse in Zukunft ebenfalls keine Hauptrolle spielen wird. Die Holzverbrennung ist als flächendeckende Lösung somit auch keine Option.

Damit wären wir zurück bei der Frage: „Ist die Wärmepumpentechnik für eine CO2-neutrale Wärmeversorgung von Häusern wirklich erforderlich?“ Da Wasserstoff in den kommenden Jahren definitiv noch nicht, Biomasse nicht ausreichend zur Verfügung stehen wird und CO2-neutrale Wärmenetze nur einen kleinen Teil unserer Wohngebäude versorgen können, spielt die Wärmepumpentechnik beim Umbau unserer Wärmeversorgung die mit Abstand wichtigste und zentralste Rolle. Daher gehe ich davon aus, dass sich die meisten von uns in Verbindung mit einem zukünftigen Heizungsaustausch auf jeden Fall mit dem Thema Wärmepumpe beschäftigen müssen.

WOHER SOLL DER GANZE STROM FÜR DIE WÄRMEPUMPEN KOMMEN?

Viele Menschen treibt die Sorge um, woher bei einem Ausbau der Wärmeversorgung mit strombetriebenen Wärmepumpen der erforderliche elektrische Strom kommen soll. Das ist eine durchaus berechtigte Frage.

Denn der Umbau der Wärmeversorgung durch den Zubau von Millionen von Heizungswärmepumpen benötigt zusätzlichen Strom. Gleichzeitig wollen wir in Zukunft auf Gas- und Kohle zur Stromerzeugung möglichst verzichten. Dann ist da noch die Elektromobilität. Auch die Elektroautos brauchen Strom zum Fahren. Wie kann das funktionieren?

Während die Fragen nach der zukünftigen Stromversorgung durchaus vielschichtig und komplex erscheinen, ist die Antwort zumindest für die Heizungsfrage überraschend einfach. Denn es gibt im Winterhalbjahr nur eine einzige CO2-neutrale Stromproduktion, die in ausreichender Menge ausgebaut werden kann und gleichzeitig sehr viel günstiger ist als Strom aus fossilen Kraftwerken. Das ist die Windkraft.

Zwar wird die Wasserkraft auch in Zukunft bei der Stromproduktion eine Rolle spielen. Ein zusätzlicher Ausbau ist allerdings nur in Grenzen möglich. Bei der Photovoltaik sind diese Ausbaugrenzen noch bei Weitem nicht erreicht. Insbesondere im Sommerhalbjahr kann die Photovoltaik den Strombedarf an Haushaltsstrom und für das Warmwasser zu großen Teilen decken. Für die Stromversorgung von Heizungswärmepumpen im Winterhalbjahr wird bei den meisten Anlagen jedoch kaum mehr Strom übrig sein. Im Winterhalbjahr weht der Wind allerdings besonders stark. Daher ist die Windkraft in Verbindung mit der Wärmepumpentechnik eine perfekte Kombination und somit eine Schlüsseltechnologie.

Neben der Stromproduktion muss aber auch das Problem der Stromverteilung gelöst werden. Denn wenn ein nennenswerter Teil der Wohngebäude mit Wärmepumpen beheizt werden soll, muss der Strom dafür nicht nur produziert, sondern auch in die Häuser und Wohnungen transportiert werden. Dafür braucht es leistungsfähige Stromnetze, verschiedene flexible Speicherlösungen für Strom und Wärme und intelligente Stromzähler (Smart Meter), die es für Haushalte attraktiv machen, Strom dann zu verbrauchen, wenn er besonders günstig ist (z.B. Wäsche zu waschen, während die Sonne scheint), und Strom zu sparen, wenn er besonders teuer ist, weil beispielsweise gerade nur wenig Wind weht.

All diese Lösungen können gleichzeitig auch ein weiteres Problem lösen: die sogenannte Dunkelflaute. Die Dunkelflaute bezeichnet, wie es der Name schon andeutet, Phasen, in denen aufgrund von geringem Wind, bedecktem Himmel und Regen nur wenig erneuerbarer Strom erzeugt werden kann. Diese Zeitspannen können in einem überregionalen europäischen Stromverbundnetz mit ausreichend Speicherkapazitäten und Lastmanagement durch Smart Meter leicht überbrückt werden.

An all den oben genannte Lösungen wird bereits seit Jahren fieberhaft geforscht, gearbeitet und es werden Lösungen entwickelt, die teils heute umgesetzt werden und teils in der Zukunft noch umgesetzt werden müssen. Es bleibt also spannend!

WISSENSGEBIET 2

EINSATZGEBIETE UND BAUFORMEN

In Wohngebäuden erfüllen Wärmepumpen vor allem die folgenden drei Funktionen:

Manche Wärmepumpen werden ganz gezielt nur für eine dieser Funktionen eingesetzt. Wieder andere können sowohl Wohnräume heizen und kühlen als auch zusätzlich das Warmwasser bereiten.

Was eine Wärmepumpe kann und wofür sie eingesetzt wird, hängt von ihrer jeweiligen Bauart ab. Hinzu kommen noch weitere Unterschiede, wie z.B. die Quelle, aus der die Wärmepumpe Wärme aus der Umwelt bezieht.

Im Wissensgebiet „Basiswissen Wärmepumpen“ hatten wir die drei gängigen Wärmequellen bereits kennengelernt: die Außenluft, das Erdreich und das Grundwasser. Im Folgenden werden wir uns ausführlich mit diesen drei unterschiedlichen Wärmepumpenarten beschäftigen:

Darüber hinaus schauen wir uns noch ein paar zusätzliche Themenfelder an, die in Verbindung mit Wärmepumpen relevant sind:

Heizen mit Klimaanlagen/Klimageräten

Warmwasser-Wärmepumpen

Abwasser-Wärmepumpen

Ein/Aus-Wärmepumpen und Inverter-Wärmepumpen

Kühlen mit Wärmepumpen

Bevor wir nun aber ins Thema einsteigen, möchte ich zunächst noch eine Begriffsbestimmung voranstellen. Denn bei der Bezeichnung von Wärmepumpen und deren Bauformen finden sich häufig Begriffskombinationen, die nicht selbsterklärend sind. Damit wir alle von Anfang an wissen, was genau gemeint ist, hier nun eine kurze Begriffserklärung.

BEGRIFFSERKLÄRUNG

Wer sich bereits mit Wärmepumpen beschäftigt hat, wird mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit schon einmal