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Ist die Wärmepumpe ökologisch und wirtschaftlich?

Die Wärmepumpe wird derzeit politisch (oder eher Lobbymäßig) gewollt vermehrt gefördert und teilweise als „ökologische“ Heizung angepriesen. Das Werben mit der Ökologie ist derzeit nur deshalb möglich, weil der regenerative Anteil im Strommix zunimmt.

Die Arbeitszahleiner Wärmepumpe bezeichnet das Verhältnis der zugeführten zur abgegebenen Energie.

Also:   4,00kW Nutzenergie          ergibt ein η von 4,00
            1,00kW Antriebsenergie
 
Der derzeitige Kraftwerkswirkungsgrad (Verhältnis der Primärenergie zur am Verbraucher ankommenden Energie) bei einer Versorgung durch zentrale und abgelegene Großkraftwerke liegt bei ca. 33%.

Das bedeutet, für 1kW Antriebsenergie muss 3,03kW Primärenergie eingesetzt werden. Dadurch würde sich eine andere „Effizienz“ ergeben:

Also:   4,00kW Nutzenergie           ergibt ein η von nur 1,32
            3,03kW Primärenergie
 
Das bedeutet: Die Wärmepumpe kann nur ökologisch sein, wenn die Energie dezentral (mit wenig Übertragungsverlusten) und regenerativ erzeugt wird.

Zum Vergleich: Eine Brennwerttechnik kann ca. 95% der Primärenergie in Nutzenergie umwandeln.

All diese Rechnungen und Zahlen beruhen auf niedrigen Systemtemperaturen in der Heizung. Dies wird bei einer reinen Heizung mit niedrigen VL (Vorlauf) Temperaturen, wie es z.B. bei einer Fußbodenheizung der Fall ist, einfach erreicht.
Wird die Wärmepumpe jedoch bei einem Altbau mit Radiatorenheizung eingebaut, werden höhere VL Temperaturen benötigt, die den Wirkungsgrad der WP verringern.
Wenn das System auch zur Warmwasserbereitung genutzt wird, verschlechtert sich der Wirkungsgrad noch weiter. Da die meisten Wärmepumpen die zur Sicherstellung der Trinkwasserhygiene notwendigen Temperaturen von 60°C (Systemvorlauftemperatur systembedingt um ca. 5 Kelvin höher) Analgentechnisch nicht erreichen können, wird diese Differenz meist mit einem elektrischen Heizstab ausgeglichen. Informationen zur Trinkwasserhygiene und warum diese Temperaturen gefordert sind erhalten Sie unter http://www.tbas.de/Wasseruntersuchungen.html.

Die Arbeitszahl gibt das Verhältnis der zugeführten zur abgegebenen Energie wieder, dazu muss die Energie des Heizstabes mit einbezogen werden. Dadurch ergeben sich in der Regel bei vielen Anlagen Arbeitszahlen von ~ 2 also einer halben Elektroheizung!

Währen alle Wärmepumpe mit einem Energiezähler (Strommesser am Eingang, Wärmemengenzähler am Ausgang) versehen, würden in Deutschland fast gar keine Wärmepumpe mehr verkauft werden, denn fast alle bisher durchgeführten unabhängigen Studien ergeben in der Praxis bei einer großen Anzahl der untersuchten Wärmepumpe eine tatsächliche Arbeitszahlen von unter 3, vor allen bei den Luft-Wasser Wärmepumpe! Diese Wärmepumpen wären auch so zum großen Teil gar nicht förderfähig. Dazu muss angemerkt werden, dass in den Studien die Warmwassertemperatur mir Soll 60°C noch keinen Einfluss hat, die der Studie zugrunde liegenden Soll-Temperaturen liegen in der Regel darunter. Bei gemäß den technischen Regeln richtig eingestellten Soll-Temperaturen werden die Zahlen noch weiter nach unten gehen. Link zu einer Studie:
http://www.agenda-energie-lahr.de/WP-Schlussbericht_2006-13.html
oder vom Frauhofer: wp-effizienz.ise.fraunhofer.de/german/index/
 
Beispiel von Arbeitszahlen in Abhängigkeit der Systemtemperatur:
Systemtemperatur (Vorlauftemperatur)
Derzeit max. erreichbare Arbeitszahlen
30°C
5,0
45°C
3,5
60°C
3,0
65°C
2,5
Die Tabelle stellt die derzeit wirtschaftlich erreichbaren Arbeitszahlen dar, die jedoch nur wenige Anlagen erreichen.

Achten Sie bei der Anschaffung einer Wärmepumpe auf diese Faktoren. Lassen Sie sich vom Anbieter die Jahresarbeitszahl mit den Berechnungsparametern, also auch der Warmwassertemperatur, schriftlich bestätigen. Installieren Sie im Zweifelsfalle einen Energiezähler, um die tatsächliche Arbeitszahl zu ermitteln. Ein günstiges System bietet die Technische Alternative aus Österreich an http://www.ta.co.at/de/produkte/uvr1611/can-ez.html.

Für das was der Hersteller wirbt muss er auch haften (Wettbewerbsgesetz, Produkthaftungsgesetz). Wenn eine Wärmepumpe als monovalentes Heizsystem angepriesen wird, muss es auch alle technischen Regeln einhalten können. Die Warmwassertemperatur ist in dem technischen Regelwerk klar mit 60° definiert und nur bei besonderen Bedingungen mit min. 50°C zugelassen. In der Regel erfüllen fast alle Gebäude die Bedingungen der DVGW 551(Leitungsinhalt > 3 Liter) und sind somit als definierte Großanlage mit 60°C Speichertemperatur und 55°C Zapftemperatur zu betreiben. Bei Großanlagen mit Trinkwasserspeicher > 400 Liter muss der Speicher zusätzlich 1x wöchentlich durchgängig auf 70°C erwärmt werden, dazu muss das System ca. 75°C bereitstellen.

Wie man daraus ersehen kann ist die Achillesferse der Wärmepumpe die Warmwasserbereitung. Bei zentralen Großanlagen kann eine Wärmepumpe nur selten wirtschaftlich arbeiten. Nur spezielle, und dadurch meist teure Systeme, schaffen bei diesen Temperaturen eine gute Energieeffizienz. Ein Ausweg kann eine dezentrale Warmwasserversorgung sein, die nebenbei auch das Legionellenrisiko minimiert.

Da der größte Teil der verkauften Wärmepumpe technisch diese Temperaturen nicht erreichen kann, wird die fehlende Energie mit einem Elektroheizstab zugeführt. Diese zählt auch zur zugeführten Energie und macht einen Teil der Wärmepumpe nicht förderfähig. Neben den erhöhten Energiekosten besteht auch die Gefahr des zurückzahlen von öffentlichen Förderungen!

Wie schon erwähnt haben die Luft-Wasser Wärmepumpe die schlechtesten Arbeitszahlen. Das ist an einer einfachen Beispielrechnung auch zu erklären:

Basis: Soll Temperatur mit Warmwasser 60°C

Wärmequelle Luft:
Außentemperatur  10°C, Soll 60°C, Differenz 50 Kelvin (muss elektrisch erzeugt werden)
Außentemperatur -10°C, Soll 60°C, Differenz 70 Kelvin

Das bedeutet, bei Temperauren unter ca. 5°C benötigt die Luft-Wasser Wärmepumpe einen höheren elektrischen Energieaufwand um die gewünschte Soll Temperatur zu erreichen. Nicht umsonst haben diese Wärmepumpe bei Feldtests meist Arbeitszahlen von nur 1,5-2,5!
Die Erdreich- oder Wasser Wärmepumpe nutzen ein ganzjährlich fast konstantes Temperaturniveau im Erdreich von ca. 10°C und sind somit im Winter (Hauptheizzeit) wesentlich effizienter.

Es gibt Hersteller, die auch reine Warmwasser-Wärmepumpen anbieten die die „Umweltwärme“ aus der warmen Kellerluft beziehen. Das Wort Umweltwärme ist eigentlich nicht das richtige Wort, den die Kellerwärme entsteht durch Beheizung und / oder durch Abstrahlverluste (ungenügende Dämmung) des Heiz- und Warmwassersystems.

Das heißt:
Ich stecke (bezahlte) Energie in mein Gebäude dessen umgewandelte Energieform (Medium Wasser in Luft) ich gewollt oder ungewollt (Beheizung oder Abstrahlverluste) über eine Wärmepumpe wieder in das Medium Wasser zurückwandle. Den Sinn dieser Anlagen konnte mir noch kein Hersteller schlüssig erklären. Das es bei manchen Anlagen funktioniert und es auch teilweise zufriedene Kunden gibt, liegt sicherlich daran, dass ältere Installationen schlecht gedämmt sind und dadurch hohe Abstrahlverluste aufweisen und in den meisten Fällen die Warmwassertemperatur zu niedrig eingestellt ist. Kein Witz, schon erlebt:
Wenn die Installation zu gut gedämmt ist (geringe Abstrahlverluste) funktioniert das System wegen der geringen Raumwärme nicht ausreichen, da schneidet der findige Heizungsbauer schnell mal einen Teil der Speicherisolierung weg, mit der Begründung: Die eigenen Abstrahlverluste braucht das System um Wärme zu erzeugen!

Was auch betrachtet werden sollt ist die Abhängigkeit vom Strom und die politische Lage in der Zukunft. Gehen wir mal in die Vergangenheit:

Früher waren überwiegend Ölheizungen verbaut, dort kaufte man das Öl günstig im Sommer und verheizte es im Winter. Bei diesem Modell können aber die Zulieferer und vor allen die Spekulanten weniger verdienen. Dann wurden die Kunden mit günstigen Gaspreisen und Umstiegs-Prämien geködert. Die Folge: Der Kunde war nun vom Versorger abhängig und somit allen Spekulationen sowie Gewinn- und Dividendenforderungen ausgeliefert. Danach kamen Pelletsheizungen in Mode, der Effekt war vergleichbar mit dem Öl und für gewisse Berufsfelder zu wenig gewinnträchtig. Derzeit wird die Wärmepumpe stark „hofiert“. Zwar hängt der Kunde jetzt nicht mehr an einer Gasleitung, dafür aber an einer Stromleitung. Wie sich zukünftig die Dividendenansprüche und Prämienwünsche der Versorger und Börsenspekulanten darauf auswirken bleibt offen, es wäre eine Mär zu glauben dass das nicht zu ihren Gunsten „verwendet“ wird.

Trotz all der hier vorgetragenen Unwegsamkeiten wäre die Wärmepumpe eine gute Technik zum Umsetzen der Energiewende, gerade im Lastmanagement. Wenn die Systeme vom Versorger gesteuert werden würden (Voraussetzung ist ein größerer Pufferspeicher), könnten Überschusskapazitäten auf der Erzeugerseite (z.B. Windstrom) im Stromnetz durch Zuschalten der Wärmepumpe vernünftig genutzt, bei einer drohenden Überlastung des Netzes abgeschaltet werden. Das wäre technisch einfacher umsetzbar, als all die kostenintensiven Groß-Speicherlösungen der Regierung, würde aber manchen Firmen vermutlich ihr „Geschäft“ verbauen, außerdem würden dadurch gewisse „Monopolstellungen“ abgebaut werden.

 

Pressemitteilung der Verbraucherzentrale Rheinland-Pfalz vom 24.11.2009

Wärmepumpen - Werbung häufig irreführend 
 
Einige Anbieter von Wärmepumpen bewerben ihre Produkte mit übertriebenen oder irreführenden Aussagen zu deren Wirtschaftlichkeit und Effizienz. Wer das für bare Münze nimmt, erlebt bisweilen unangenehme Überraschungen bei der ersten Stromrechnung. Die Verbraucherzentralen bieten jetzt eine umfangreiche Checkliste an, die Hauseigentümern bei Planung und Installation einer Wärmepumpe helfen soll, typische Fehler und überzogene Erwartungen zu vermeiden. Die Checkliste gibt Antworten zu den wichtigsten technischen Fragen und Handlungsempfehlungen zu Anschaffung und Betrieb einer Wärmepumpe. Sie ist kann am Ende des Textes herunter geladen werden.

"Nie mehr Heizkosten" oder "Heizkosten auf ein Viertel reduziert" - solche und ähnliche unseriöse Aussagen fand die Verbraucherzentrale Nordrhein-Westfalen, als sie im Internet Aussagen von Anbietern unter die Lupe nahm. Einige Hersteller, Energieversorger und Fachfirmen preisen Wärmepumpen als Wunderwaffe gegen steigende Energiepreise an. Dabei wird gerne verschwiegen, dass der Einsatz einer Wärmepumpe nur unter ganz bestimmten Bedingungen ökonomisch sinnvoll ist und lohnende Energie- und Kosteneinsparungen bewirkt. Aussagen, wie "Vorlauftemperatur bis 75° Celsius möglich", verschleiern die damit einhergehende Effizienzeinbuße. Denn nur bei niedrigen Heizungsvorlauftemperaturen in Verbindung mit einer guten Wärmedämmung arbeiten Wärmepumpen effizient. Ein weiterer Kritikpunkt: Die Wärmeerzeugung durch Luft-Wasser-Wärmepumpen bei Außentemperaturen um die -20° Celsius wird häufig als unproblematisch dargestellt. Dabei verschweigt die Werbung gerne, dass bei derart niedrigen Außentemperaturen für die Wärmeerzeugung eine meist elektrische Zusatzheizung zugeschaltet werden muss. Das kann die Stromrechnung erheblich in die Höhe treiben.
 
Die vollständige Pressemitteilung kann bei der Verbraucherzentrale  Rheinland-Pfalz unter http://www.verbraucherzentrale-rlp.de/UNIQ125992191426547/link645591A.html eingesehen werden.