Wärmepumpen

Bild 31
Bild 31: Eis im Sommer? Die Wärmepumpe macht es möglich – ob nun beabsichtigt oder als Nebenprodukt bei der Verflüssigung von Gasen

Frage an Radio Eriwan: Stimmt es, dass Wasser bei 100°C kocht?

Antwort: Im Prinzip nein. Der Siedepunkt von Flüssigkeiten ist nicht nur von der jeweiligen Flüssigkeit, sondern auch von dem Druck abhängig, dem diese Flüssigkeit ausgesetzt ist. Bei höherem Druck liegt der Siedepunkt höher, bei niedrigerem Druck niedriger. Das ist eine physikalische Tatsache. Eine weitere ist, dass das Verdampfen von Flüssigkeiten, der Übergang vom flüssigen in den gasförmigen Zustand, sehr viel Wärmeenergie erfordert. Beispielsweise erfordert es genau 1 Kalorie oder 4,187 Joule, um 1 Gramm Wasser um 1 Grad zu erwärmen – und das ist schon viel (und nebenbei die Definition der guten alten Kalorie). 1 Gramm Wasser von 100°C in 1 Gramm Dampf von 100°C zu verwandeln kostet dagegen 540 Kalorien oder 2257 Joule! Wenn das Gas bzw. der Dampf kondensiert und wieder flüssig wird, wird diese Wärme wieder frei.

Ein Stoff ist also, je nach Temperatur und Druck, entweder gasförmig oder flüssig (oder fest). Ja, was ist denn dann Flüssiggas? Ein weißer Rappen?

Antwort: Im Prinzip ja. Man meint damit aber in der Praxis einen Stoff, der unter normalem Atmosphärendruck und üblicher Umgebungstemperatur gasförmig ist, aber so stark zusammengedrückt (komprimiert) wurde, dass er bei der gleichen Temperatur schon flüssig wurde.

Randbemerkung: Eigentlich müsste es »Flüssigdampf« heißen, denn von Dampf spricht man, wenn der gleiche Stoff zur selben Zeit am selben Ort auch in flüssigem Zustand vorliegt. Ansonsten spricht man von Gas, aber eigentlich sind Dampf und Gas das Gleiche.

Beim Komprimieren verwandelt sich aber die dem Gas zugeführte mechanische Energie in Wärmeenergie: Das Gas wird heiß. Wenn man die Hochdruckreifen am Rennrad aufgepumpt hat, kann man sich am Ventil schön die Finger verbrennen. Lässt man das Gas sofort wieder expandieren (sich ausdehnen), so nimmt es wieder das ursprüngliche Volumen und die Ausgangstemperatur an: Die Wärmeenergie hat sich wieder in mechanische umgewandelt.

Nun kann man aber auch das Gas erst komprimieren und es dann so lange seinem Schicksal überlassen, bis es sich unter dem neuen, hohen Druck wieder abgekühlt hat. Die Wärme entweicht dabei und verteilt sich in der Umwelt.

Was wird denn wohl passieren, wenn man erst dann, nachdem das »Flüssiggas« sich wieder auf Raumtemperatur abgekühlt hat, den Druck ablässt? Es ist jetzt flüssig bei einer Temperatur und einem Druck, wo es normalerweise gasförmig wäre. Folgerichtig wird es auf das Heftigste anfangen zu kochen. Das Kochen verbraucht viel Wärme, und die entnimmt es der Umwelt: Die Flüssigkeit, der Behälter, Rohrleitungen und dergleichen werden eiskalt. Raureif und Eiszapfen bilden sich an solchen Anlagen auch im Hochsommer. Das sieht manchmal grotesk aus (Bild 31).

Fertig ist unser Kühlschrank. Doch das Prinzip des Kühlschranks lässt sich auch umkehren, indem man nicht Wärme aus einem Behälter heraus, sondern in einen »Behälter« – ein Wohnzimmer – hinein pumpt. Diese Art der Umsetzung desselben technischen Prinzips wie das des Kühlschranks nennt sich Wärmepumpe:

Im Heizkörper wird, vereinfacht dargestellt, Gas komprimiert. Dadurch wird das Gas heiß, gibt seine Wärme an das Zimmer ab, kühlt sich also wieder ab und kondensiert. Die entstehende Flüssigkeit leitet man in einen im Freien angeordneten »Kühlkörper«, einen Wärmetauscher, und lässt den Druck ab. Die Flüssigkeit, die bei »Normaldruck« schon bei z. B. -42°C kocht (etwa Propan), verdampft wieder. Die »Kochplatte« ist die Umwelt – Luft, Wasser, Boden oder eine im Boden vorgefundene Sole – solange diese nur »heißer« ist als -42°C! Der entstehende Dampf wird von der Wärmepumpe wieder ins Wohnzimmer gepumpt und dort im Heizkörper komprimiert. Fertig ist der Wärmekreislauf; nur dass man schon lange kein Propan mehr einsetzt, da es brennbar ist. Über lange Zeit wurden statt dessen Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) eingesetzt – bis man feststellte, dass diese Stoffe für die Ozonschicht sehr schädlich sind. Heute wurden jedoch Ersatzstoffe gefunden, die nicht brennbar, aber dennoch umweltfreundlich sind.

So also funktionieren Wärmepumpen: Sie holen Wärme aus der Umwelt ins Haus, selbst dann, wenn es draußen erheblich kälter ist als man es drinnen gerne hätte. Moderne, kommerziell verfügbare Wärmepumpen erreichen locker eine so genannte Arbeitszahl von 4, d. h. mit einem Teil elektrischer Energie werden weitere 3 Teile Wärmeenergie im Freien eingesammelt.

Die Wärmepumpe ist also eine revolutionäre Alternative, wenn es um die Beheizung von Wohlräumen geht. Einzelheiten erfahren Sie bei einer Vielzahl von Herstellern. Diese wiederum erreichen Sie über den Bundesverband Wärmepumpe.

Die Alternative und optimale Ergänzung zur Wärmepumpe ist das Blockheizkraftwerk (BHKW). Es erzeugt erhebliche Mengen zusätzlichen Stroms, den die Wärmepumpe benötigt – und das ebenfalls in erheblichen Mengen, denn die Raumheizung ist bei weitem der größte Energiefresser im Haushalt, noch vor dem Auto! Eine Reduktion auf ein Viertel lohnt also allemal, auch wenn hierzu die wertvolle elektrische Energie eingesetzt wird, die vielleicht im Nachbarhaus mit dem BHKW erzeugt wird. Das ist vernetztes Heizen.