Wir erleben zur Zeit einen Hipe bezüglich der Verwendung von Wärmepumpen-Heizungen. Da sie außergewöhnlich teuer sind, lohnt es sich, einen Blick auf diese Technik zu werfen.
Physikalisch technisch handelt sich dabei um die seit jeher gebräuchliche Konvektionsheizung. Eine Konvektionsheizung benutzt physikalisch die Thermodynamik, um die erzeugte Wärme im Raum zu verteilen. Dieses grundlegende Prinzip ist bezogen auf die Effizienz mit erheblichen Mängeln behaftet. Die dabei auftretenden Energieverluste sind bei den heutigen Preisen für Brennstoffe eigentlich nicht mehr akzeptabel, dennoch wird die Wärmepumpenheizung mangels technischer Kenntnisse in der Öffentlichkeit empfohlen.
Jedoch kommt die modernere, auf quantenphysikalischen Grundlagen beruhende Heiztechnik der Infrarot-Strahlungsheizung auf Grund ihrer überlegenen Technik immer mehr in den Fokus bei Neubau und Sanierungen von Gebäuden.
Dieses geschieht dann, wenn ein Bauherr oder Fachplaner das Märchen hinterfragt, dass man mit einer Wärmepumpenheizung das 3-5 fache der hineingesteckten Energie als Wärme hinten wieder herausholen könne. Wenn das so wäre, wären alle Energieprobleme der Welt mit einem Schlag gelöst. Diese Aussage verstößt gegen den ersten und zweiten Hauptsatz der Thermodynamik, ist also nicht möglich. Deswegen hat es auch seit vielen Jahrhunderten niemand geschafft, ein Perpetuum mobile zu bauen.
Also lieber Leser – keine Märchen von Politikern, Journalisten oder (leider auch) Energieberatern glauben, sondern Informieren und Nachdenken!
Konvektionswärme mit der Physik der ThermodynamikBei der bisher gebräuchlichste Form der Beheizung von Gebäuden verwenden wir in der Regel mit Heizwasser gefüllte Heizkörper, bei einer Fußbodenheizung ein im Boden verlegtes Heizungsrohrsystem.
Bei beiden Heizungsarten wird die Umgebungsluft erwärmt, welche dadurch leichter wird und zur Decke aufsteigt. Nach oben entweicht warme Luft, von unten fließt kalte Luft nach.
Es entsteht ein Kreislauf der Wärmebewegung mit kalter Luft unten und warmer Luft oben. Dieses beschreibt die Bewegung (Dynamik) und die aufsteigende Wärme (Thermik) als Thermodynamik. Der Temperaturunterschied zwischen oben und unten kann je nach oberer Dämmung zwischen 8 – 12°C liegen. Dieses sind gravierende Effizienzverluste, da wir ja nicht unter der Decke leben sondern unten auf dem Fussboden.
Die für Konvektionsheizungen erforderlichen Berechnungen des Wärmebedarfs von Gebäuden müssen korrekterweise nach den Regeln der Thermodynamik erfolgen. Heizlastberechnungen nach der Thermodynamik sind falsch.
Strahlungwärme mit der Physik der QuantenmechanikInfrarotwärme ist eine elektromagnetische Strahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich. Je nach Frequenz bilden die dabei entstehenden Lichtteilchen (Photonen) eine unsichtbare bis weißglühende Wärmestrahlung. Die Sonne erzeugt solch eine Strahlung. Sie bewegt sich mit Lichtgeschwindigkeit verlustfrei durch den Weltraum. Bei Infrarotheizelementen geschieht das gleiche im Raum eines Gebäudes.
Trifft die Strahlung auf Personen oder Gegenstände, werden diese erwärmt. Ein Teil der Strahlung wird absorbiert, der Rest wird gebrochen und reflektiert und bewegt sich so lange durch den Raum, bis die gesamte Energie aufgebraucht ist. Auf diese Weise wird jede Person, jeder Gegenstand und jede Ecke eines Raums erreicht und von der gleichen, einmal bezahlten Energie günstigstenfalls mehrfach erwärmt!
Diese Kombination von Eigenschaften bedeutet einen Paradigmenwechsel für die Heiztechnik der Zukunft.
Es gelten dabei die Berechnungsformeln der Quantenphysik. Entdecker und Namensgeber ist der Physiker Max Plank. Dieser berechnete um 1900, dass sich Infrarotstrahlen nicht als kontinuierlicher Strahl, sondern in Portionen (quantum) aufgeteilt durch den Raum bewegen. Damit war die Ära der Quantenphysik mit neuen physikalischen Grundlagen, Wirkungen und Berechnungen geboren.
Von den Physikern Stephan und Bolzmann wurde die gleichnamige Formel zur Berechnung der Strahlungsleistung von Infrarot-Heizelementen aufgestellt. Nur diese und weitere Formeln der Quantenmechanik dürfen bei irgendeiner Form von Wärmebedarfs- oder Effizienzberechnungen von Infrarotheizungen angewendet werden. Werden thermodynamische Berechnungen durchgeführt, sind die Ergebnisse falsch. Jeder Baufachmann weiß, dass eine DIN nicht rechtsverbindlich ist, sondern grundsätzlich “nach den neuesten Regeln der Technik” gerechnet, gearbeitet und ausgeführt werden muss, darum:
Achtung Bauphysiker: bei einer falschen Heizlastberechnung könnten erhebliche Schadensersatzansprüche formuliert werden!
Vergleich Wärmepumpenheizung vs. Infrarotheizung – die FaktenEine Wärmepumpenheizung gewinnt thermische Energie aus Wasser, Erde oder Luft und überträgt diese auf ein Kältemittel. Das Medium verdampft und strömt dann in einen mit Strom betriebenen Kompressor. Dieser erhöht den Druck und damit auch die Temperatur. Die so entstandene erhöhten Temperaturen werden anschließend durch Wärmetausch an das Heizsystem übertragen und per Rohrleitungen und Heizkörpern in die Räume geleitet. Dabei sinkt die Temperatur im Heizsystem wieder ab und der Kreislauf beginnt erneut.
Wenn man dieses System überdenkt, ist die so hoch gelobte Effizienz der Wärmepumpenheizung nur schwer nachzuvollziehen. Da wird kalte Luft oder Wasser mit einer elektrischen Pumpe in das Gebäude geholt, um nach mehreren Umwandlungen des Aggregatzustandes (ein Kältemittel wird verdampft, verdichtet, kondensiert und verflüssigt) erwärmt zu werden.
Für das Erwärmen braucht man elektrische Energie. Die Erdwärme ist immer ca. 9°C, die Luft oftmals viel kälter. Diese Temperaturen müssen bei einer Konvektionsheizung auf 55-65°C und bei einer sinnvolleren Fußbodenheizung auf ca. 28 – 32° C gebracht werden. Bei einer Luft/Wasser-Wärmepumpe muss bei niedrigen Luft-Temperaturen mit einem gewaltig ineffizienten elektrischen Heizstab die benötigte Wärme zusätzlich erzeugt werden. Die von der SHK (Sanitär-Heizung-Klima) Branche definierten COP und JAZ Werte sind keine Angaben über den Wirkungsgrad, werden aber von Energieberatern, Journalisten und Politikern immer wieder so genannt. Für Wärmepumpen gibt es überhaupt keine genormten Wirkungsgradberechnungen, im Gegensatz zur Infrarotheizung.
Eine Infrarotheizung mit hoher Effizienz nahe 70%, ist von keinem anderen Heizsystem wirtschaftlich zu übertreffen!
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