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Tichys Einblick in die Welt der Zahlen

Nachgerechnet: Die Wärmepumpe – Eine Freundin für kalte Tage?

von Redaktion

06.03.2022

| Lesedauer: < 1 Minuten
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Physik anhand von Beispielen aus dem Alltag, anschaulichen Graphiken sowie Zahlen und Formeln erklärt: „Lassen Sie uns gemeinsam aktuelle Themen untersuchen, die von den Medien häufig erwähnt, aber selten erklärt werden“, so der Physiker Dr. Hofmann-Reinecke.

Als Wunderwaffe gegen CO2 ist neuerdings eine neue Kandidatin ins Rampenlicht getreten: die Wärmepumpe. Ein Grund, sich näher mit ihr zu beschäftigen und zu prüfen, ob ihr forcierter Einsatz das Resultat einer kritischen ökologisch-ökonomisch-technologischen Analyse ist.

Das Versprechen der Wärmepumpe lautet, dass wir bei ihrem Einsatz einen Teil der Wärme von der Umwelt geschenkt bekommen. Denn auch wenn es kalt ist, kann man der Luft und dem Grundwasser immer noch einiges an Wärme rauben.

Wir haben nachgefragt: Wie viel Energie können wir Luft und Wasser rauben? Und was müssen wir selbst in den Raub investieren? Oder anders gefragt: Das Wie-viel-Fache dessen, was wir in die Maschine stecken, bekommen wir als Wärme zurück? Welche ist die maximal theoretische Ausbeute und welche die dann praktisch erzielbare?


Dr. Hans Hofmann-Reinecke studierte Physik in München und arbeitete danach 15 Jahre in kernphysikalischer Forschung. In den 1980er Jahren war er für die Internationale Atomenergiebehörde (IAEA) in Wien als Safeguards Inspektor tätig. Er lebt heute in Kapstadt.

Mehr zu dem Thema im Blog des Autors Think-Again

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34 Kommentare

  1. Warum wird im Filmkommentar von Wärme und Kälte gesprochen – diese volkstümlichen Begriffe anstelle von großer und kleiner Menge an Wärmeenergie? Das erschwert nur das Verständnis der physikalisch-technischen Abläufe in einer Wärmepumpe.

  2. Endlich mal ein Beitrag der mich von der Anschaffung einer Wärmepumpe restlos überzeugt hat.
    Dafür meinen Dank an Tichys Einblick. Dieser subtile kritische Unterton welcher einfach gestrickte Populisten bedient kann man getrost ignorieren. Physiker rechnen natürlich gern mit dem Durchschnitt aber wenn man sich aktuell eine Wärmepumpe kauft, kann man sich ein Gerät nehmen, das noch um einiges effizienter ist als hier im Beispiel durchgerechnet. Das mit dem fossilen Brennstoffanteil ist auch geschenkt, man kauft sich so eine Anlage mindestens für zwanzig Jahre und der Anteil von fossilem Brennstoff wird natürlich mit der Zeit weiter abnehmen und damit auch die Abhängigkeit von fragwürdigen Lieferanten. Auch kann man dies mit eine eigenen Photovoltaikanlage kombinieren dadurch wird der persönlichen Anteil an fossilen Brennstoffen zusätzlich reduziert. Beispielsweise das Wasser im Sommer könnte man überwiegend fast direkt mit Strom erhitzen aber durch die Wärmepumpe wird das Ganze extrem effizient.

    • Sie haben vergessen, Ironie aus ans Ende Ihres Kommentars zu stellen

      • Und sie haben vergessen ernstzunehmende Argumente niederzuschreiben warum sie meinen Beitrag den lieber als Ironie deklariert sehen wollen. Das vielleicht aktuell noch nicht jedes Gebäude für eine Wärmepumpe geeignet ist geschenkt, je effizienter die Technik wird und eine Sanierung eines Gebäudes ohnehin ansteht um so mehr Immobilien eignen sich für diese Technologie. Wenn das Preisverhältnis zwischen einer kWh Strom und einer kWh Gas immer geringer wird umso schneller. Bei mir hat sich als Beispiel das Preisverhältnis innerhalb eines Jahres halbiert!

    • Welches Wunderwerk der Technik soll draussen in Wind und Wetter, Luftfeuchtigkeit etc. 20 Jahre halten?

      • Das sich Wärmepumpen nicht wirklich groß von Klimaanlagen unterscheiden und bei qualitativ hochwertigen Geräten man von einer Lebensdauer von 15-20 Jahren ausgeht, dürfte dies bei Wärmepumpen ähnlich lange zu erwarten sein. Autos beispielsweise sind viel extremeren Belastungen ausgesetzt, ein VW hält beispielsweise im Schnitt etwa 26 Jahre. Natürlich hat er dann aber auch schon einige Reparaturen hinter sich.

    • Au weia – Strom mit PV erzeugen, um damit Wasser aufzuheizen. Der Gesamtwirkungsgrad dieser Kette wird jeden Skeptiker überzeugen …

  3. Endlich, das Energieende naht. Grüne erklären Gasheizungen für beendet. Und solange Lobbyarbeit gedeiht, muss man sich auch keine Sorgen machen. Dr. Marek Miara forscht an und mit Wärmepumpen und erklärt der staunenden Gesellschaft das sich diese auch in alten unsanierten Gebäuden rechnen. Richtig, fragt sich nur für wen genau..

  4. Elektrisch heizen ist die heiz-politische Zukunft. Damit das funktionieren kann, brauchts einfach mehr Grundlast und die kann nur von Reaktoren kommen. Es gibt längst neue und sichere Verfahren. Man muß es nur wollen!

  5. Also ich habe meine Luftwasserwärmepumpe schnellstens wieder rausgerissen und verkauft. Seit ich zwei moderne Speicherholzkaminöfen betreibe, klappt es auch endlich wieder mit der behaglichen, gemütlichen Wärme in meinem schneebedeckten (diese Jahr aber ohne Schnee) Schwarzwaldhaus. Die Grundlast erledigt die Sonne und ein ordentlicher Ziegelspeicher an den Außenwänden, dazu die Südfassade in Glas. Das ganze mit sparsamen 8-12 qm Holz im Jahr. Das Leben kann so schön sein, wenn man bereit ist, etwas Komfort aufzugeben. Man gewinnt an Lebensqualität. Dazu ein saftiges Steak auf dem Grill, ein Glas Rotwein, herrlich. Spätestens wenn die Grünen mithilfe ihrer deutschen Wähler es schaffen, mir diese Lebensqualität zu entziehen, bin ich hier weg.

  6. Warum bleibt die Geothermie, also die Erdwärme im Wärmepumpenmodell unberücksichtigt? Nochmal
    nachrechnen bitte!

  7. ..die grüne Natur braucht CO2 und es darf gerne mehr sein als z.Z. messbar.

  8. Wie die Franzosen koennten wir mit Elektrik heizen, SOFERN der Strom aus U235, Thorium oder U238 (letztere beide mit Brueter) käme. Ein KKW liefert für 60 Jahre nach Erstellung für sowas wie 3 cent/kWh Strom.

    1000MWe kosten sowas wie 7 Milliarden Invest.

    Statt illegale Einwanderer mit 40 Milliarden zu versorgen, könnten wir also 5 KKWs JÄHRLICH errichten. Wären hervorragende Berufe für unsere Kinder, vom CNC Programmierer bis zum Ingenieur und Strahlenschutzarzt.

    Im Schwarzwald, dem bayrischen Wald, in Thüringen könnten wir unter menschlichen Bedingungen Uran schürfen, auch das ehrliche Berufe für unsere Kinder.

    Mit Windmühlenstrom+(Uran,Kohle, Methan, Öl Backup in der Flaute) zahlt man jedoch 30cent/kWh, das entspricht ca 3Euro pro liter Heizöl.

  9. Ich habe philosophische Füsick studiert und habe mich lange als Diverser) mit Trans-Formatoren beschäftigt. Hier meine Bemerkungen:

    Die sogenannten Naturgesetze wurden von alten weissen Männern im Rahmen des Imperialismus „entdeckt“ und ihren Kolonien aufoktroiert. Erinnert sei etwa an Newton, der nur durch die Knechtschaft von Millionen Zeit zur Musse unter einem Apfelbaum hatte. Seine Frau kümmerte sich in der Zeit wahrscheinlich um Haushalt und Kinder. So legte er in typisch imperialer Attitüde die Schwerkraft nach britischen Masseinheiten fest, ohne völkerrechtswidrig die Geknechteten in den Kolonien zu fragen. Noch heute führt dies zu der absurden Zahl von 9,81 im metrischen System. Heroisch weichen manche revolutionäre Staaten im Äquatorbereich davon leicht ab. Die Änderung der „Natur“gesetze ist ein Politikum, bevorzugen sie doch eindeutig den imperialen Westen. Sie könnten aber zumindest auf deutschem Territorium durch den Bundestag mit 2/3 Mehrheit erfolgen und damit Präzedenzen setzen.

    Im übrigen haben wir keine Energie-, sondern eine Tiefkühlhähnchenkrise. Hätten wir mehr Tiefkühlhähnchen, so könnten wir den Bärbockeffekt nutzen und diese auf -20C herunterkühlen. Auch rächt sich nun, dass wir nicht genug Elektromobile haben, die den Strom aus ihren vollen Batterien im Bedarfsfall in das Netz zum Speichern abgeben können, ein Effekt, der durch gezielte Zugaben von Kobold noch verstärkt werden kann.

    Es ist alles eine Frage des politischen Willens.

    • Wer die richtige Haltung hat, friert für Mao !

  10. Wenn ich durch die Neubausiedlung spazieren gehe, sehe ich immer die super gedämmten Häuser mit dem Wärmepumpen Kasten vorm Haus. Viele dieser Häuser haben an den Giebelseiten nach 1 – 2 Jahren auf einmal einen Edelstahlschornstein montiert, weil selbst in diesen gedämmten Häusern die Wärmepumpen Stromfresser sind. Eine andere Bekannte die hatten in einem Gebiet mit Nahwärmeversorgung und Anschlußpflicht gebaut, ist auch teuer. Die hatten auf mein anraten hin gleich mit einem Schornstein im Haus gebaut, auch die haben sich einen Ofen einbauen lassen um Heizkosten zu sparen.
    Mit den Wärmepumpen wird auch wieder so ein Hype jetzt gemacht, wie damals bei Gasheizungen oder beim Dieselmotor. Guckt man sich an was beim Strommarkt passiert, auch was Elektromoblilität anbelangt, braucht keiner meinen da gibt es was geschenkt.

  11. Eine Wärmepumpe funktioniert sinnvoll nur in einem Niedrig-Energie oder Passivhaus mit Flächen-Heizung…sprich Fußboden oder Deckenheizung. Und da auch nur, wenn „super-gedämmt“ ist, Klima wie in einer Plastik-Tüte (Schimmel inklusive). Ich keine einige die haben sowas…und heizen mit Holzkamin zu….war ursprünglich nur für die Romantik gedacht und ist jetzt Haupt-Wärme-Lieferant.

    • Zustimmung, habe selbst eine Wärmepumpe mit Niedrigenergiehaus. Ohne Kamin wäre es unangenehm. Schlimm an dem ganzen Energiespargekeife ist die Tatsache dass viele dieser Heizungsbauer auch nicht so genau Bescheid wissen und dem Bauherrn halt das verkaufen woran kräftig verdient werden kann. Interessant ist auch die Tatsache dass die Pumpe dann abgeschaltet wird, wenn man sie am nötigsten braucht. Ist im Kleingedruckten halt so vereinbart. Leute denkt selber nach und vertraut nicht auf Politikergeschwätz. Wärmepumpe ohne Holzkamin wäre ein no go, außer man fröstelt manchmal gerne. Insbesondere in der Übergangszeit.

      • Soweit mir bekannt, hat die Wärmepumpe einen elektrische Zuheizer.Also frieren muß da niemand, nur halt mehr bezahlen.

      • richtig. funktioniert wie ein Tauchsieder und frisst Strom ohne Ende. Ist lediglich für Notfälle gedacht wenn die ganze Pumpe ausfällt aber niemals für den Normalbetrieb.

  12. Es gibt zwei Arten von Geothermie, einmal die klassische Tiefengeothermie, die sich dann bewährt, wenn der Hitzegradient ziemlich hoch ist. Das ist beispielsweise im Rheingraben der Fall. Bei dieser Tiefengeothermie lauert aber das Problem der Schichten im Untergrund. Gerade in Südwestdeutschland sind es mindestens eine, manchmal bis zu drei Schichten mit Gips oder sogar Steinsalz. Wenn die so angebohrt werden, daß Wasser an diese Schichten gelangt, quillt der „Gips“, der in Wirklichkeit wasserfreier Anhydrit ist und an jedes Anhydrit-Molekül legen sich 6 Wassermolekule. Das ist bei mehreren Bohrung in Südwestdeutschland geschehen und logischerweise ist diese Technik — obwohl sie bei ordentlicher Arbeit der beteiligten Firmen durchaus begrüßenswert wäre –, höchst unbeliebt. Diese Art ist nur großtechnisch in Form von Kraftwerken nutzbar.
    Die zweite Art der Geothermie ist die, wo bei flachen Bohrungen ins Grundwasser Wärmepumpen installiert werden. Diese hat jedoch zwei Nachteile: Der erste ist, daß man immer eine Genehmigung der Wasserschutzbehörden benötigt, wenn man ins Grundwasser bohrt, die andere, daß die Wärmegewinnung nicht sehr gut und wie bei jeder Wärmepumpe sehr stromintensiv ist. Und da die Wärmeausbeute schlecht ist, kann diese Art der Heizung ohne immense Kosten nicht in Bestandsimmobilien genutzt werden. Im Prinzip muß das Haus nicht nur von außen stark isoliert werden, sondern alle Fenster müssen ausgetauscht und die Heizung auf Fußbodenheizung umgestellt werden. Da ist abreißen und neu bauen günstiger.
    Aber: Es gibt erfolgreiche Geothermiekraftwerke, zum Beispiel in Unterhaching bei München. Darüber werden viele Haushalte mit Fernwärme versorgt.

  13. Wie halt immer bei dieser grünen Bande. Das eigene Klientel soll finanziert werden. Darum gehts! Es handelt sich um ein Abhängigkeitsverhältnis: Die korrupte grüne Politbande stellt sicher, dass die Staatsknete an das Klientel fließt, das Klientel sorgt dafür, dass die grüne Politbande genügend Stimmen erhält, um an der Macht zu bleiben.

  14. Einfach mal nach den Städten googeln, die umweltbewußte Politdarsteller und ihre Techniker infolge nicht erkannter Probleme im Untergrund inzwischen geschrottet haben.

  15. „Das Versprechen der Wärmepumpe lautet, dass wir bei ihrem Einsatz einen Teil der Wärme von der Umwelt geschenkt bekommen.“ Und die Nachbarn werden Tag und Nacht mit dem Lärm der Windmaschine beglückt, besonders nervig, wenn das Teil schon mal unter Verschleiß leidet und unrund läuft. Gehört sicher auch zu der einzufordernden Solidarität im Namen des Großen Ganzen. Schönen Dank auch.

  16. Natürlich können Sie eine Wärmepumpe mit Erdgas oder einem beliebigen anderen Brennstoff betreiben – völlig ohne Zufuhr elektrischer oder mechanischer Energie. Die Dinger sind in vielen Bereichen anzutreffen, und das Prinzip nennt sich Absorptionswärmepumpe. Ist weiter nichts als eine umgedrehte Absorptionskälteanlage:
    https://de.wikipedia.org/wiki/Absorptionswärmepumpe

    • Das ist geradezu eine physikalische Groteske, mit dem Verbrennen von Gas z.B. Kälte für einen Kühlschrank zu erzeugen. Scheint aber zu gehen. Solche Kühlschränke gibt es schon ewig. Die Hummeln können bekanntlich auch nicht fliegen und tun es trotzdem.

      • Ja, das ist beeindruckend.
        Ich habe im Studium so ein Ding dimensionieren müssen, mit Rechenschieber, Dampfdrucktabellen und allem pipapo. Die Hölle, aber danach weiß man sehr genau, warum und wie es funktioniert.
        Heute gibt es bestimmt eine bunte App dazu, dafür wird das Prinzip aber dann nicht mehr verstanden.

  17. Dieser Überblick kann nur ein grober sein: (1) Er betrifft nur den Wärmeentzug aus der Luft und läßt andere Träger (Erdwärme, Wasser) außen vor. (2) Die Gesamteffizienz wird sicherlich vom Temperaturgang über die Heizperiode abhängen. (3) Das Heizungssystem besteht neben dem Wärmeerzeuger insbesondere noch aus den ‚Wärmeflächen‘; soll heißen, daß bei einer Umstellung auf eine Wärmepumpe höchstwahrscheinlich das komplette Heizungssystem zu erneuern ist. (4) Bis vor wenigen Jahren kostete 1kWh Gas ca. 5-6 €ct. und elektrisch ca. 28-30 €ct.; in den Preisen ist jetzt sehr viel Bewegung, freilich ist der von Vorteil der seinen Strom selbst gewinnt, abgesehen von den Erstinvestitionen. Die Beurteilung in der Sache ist etwas komplexer, zumal viele alte Gebäude nicht für Niedrig-Temperatur-Heizsysteme ausgelegt sind (Gebäude-Physik i. V. m. Dämmsystemen). (5) Für Neubauten ist die Entscheidung pro Wärmepumpe sicherlich gut begründbar, ob man damit großflächig Gebäudeheizungen umstellen kann, unser Profi i. d. Sache und diese berühmte Energie-Ökonomin werden dies wohl untersucht haben.

    • Es gibt keinen „Wärmeertrag“ aus der Luft oder anderen Trägern. Die Wärmemenge wird lediglich auf ein höheres Temperaturniveau gehoben. Der einzige „Wärmeertrag“ ist die in Wärme umgewandelte elektrische Energie für den Betrieb.

      • ‚Wärmenge auf höheres T-Niveau‘, was soll das denn sein, und wo wurde etwas von Wärmeetrag geschrieben? Es ist richtig, daß die elektrische Energie in Wärmeenergie umgewandelt wird, ein Teil davon ist allerdings Verlust und geht nicht die Energiebilanz zu Heizzwecken ein.
        Mir ist bekannt, daß man Wärme nicht ernten kann, also bitte sachlich bleiben.

      • Das Ding ist weiter nichts als ein umgedrehter Kühlschrank (Verdampfer außen, Kondensator innen). Durch die Verdampfung des Kältemittels entziehen Sie der Umgebung Wärme (Verdampfungsenthalpie), und durch die anschließende Kompression geben Sie im Kondensator dieselbe Wärmemenge auf höherem Temperaturniveau wieder ab. Weiter ist da (thermodynamisch) nichts dran, der Rest ist technischer Overkill und Marketing.

      • Leider hat der Zensor meine Erstantwort nicht freigegeben, also versuche ich es anders.
        Sie meinen etwas zu wissen, obwohl Sie von der Sache nichts verstehen, einfach nur Wiki-Wissen abschreiben ohne die grundsätzlichen Zusammenhänge zu verstehen, ist eben nur Pseudo-Wissen!
        Also konkret die Frage an die Stimme aus dem OFF:
        Was ist der Unterschied zwischen meiner Aussage, daß einem Stoff Wärme entzogen wird und Ihrer Darlegung des umgekehrten Kühlschranks: „Durch die Verdampfung des Kältemittels entziehen Sie der Umgebung Wärme“? Erklären Sie dies bitte, so Sie es können.
        Hinweis: Umgebung ist im Konkreten die Außenluft und der Stoff ein Gasgemisch. Entzogen wird strenggenommen Energie.

      • Entschuldigung, ich schreibe nicht Wiki-Wissen ab, sondern ich habe das studiert, siehe meine Kommentare zur Absorptionswärmepumpe.
        Das mit dem „Wärmeertrag“ war ein Mißverständnis.

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