Wärmepumpen sind bei kalten Bedingungen bis zu dreimal effizienter

Eine neue Studie der Universität Oxford und des Regulatory Assistance Project nutzte Daten aus sieben Feldstudien in Nordamerika, Asien und Europa, die zeigen, dass Wärmepumpen selbst bei deutlich darunter liegenden Temperaturen zwei- bis dreimal so effizient sind wie Verbrennungs- oder Widerstandsheiztechnik 0 °C (32 °F). Tatsächlich sind sie sogar bei Temperaturen um -30 °C (-22 °F) deutlich leistungsfähiger als ihre auf fossilen Brennstoffen basierenden Konkurrenten.

Wärmepumpen in Maine

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass Standard-Wärmepumpen für fast alle amerikanischen Häuser geeignet sind, was für die Menschen in Maine keine Überraschung sein wird, die aufgrund eines Aufklärungsprogramms über Wärmepumpen in Verbindung mit erheblichen Preisnachlässen von der in großem Umfang auf sie umgestiegen sind Staatsregierung. Die Umstellung auf die neuere Technologie berührt die Interessen fossiler Brennstoffe.

Entsprechend der Washington PostDie National Oilheat Research Alliance, ein Handelsverband, der Heizölverkäufer vertritt, hat Kampagnen zur Bekämpfung der Elektrifizierung finanziert, die sich an Hausbesitzer und Immobilienmakler in New England richten. Das Propan-Pendant der Allianz, der Propane Education and Research Council, hat Schulungsmaterial herausgegeben, in dem Installateure geschult werden, wie sie Kunden davon abhalten können, auf Elektrogeräte umzusteigen.

„Die ‚Alles elektrifizieren‘-Bewegung schreitet im Nordosten und in anderen Teilen des Landes mit aller Macht voran“, schrieb Richard Carrione, ein von der National Oilheat Research Alliance bezahlter Berater, letzten Herbst in einem Branchenmagazin. „Es wird unsere Branche sein, Mainers über die Fallstricke der Elektrifizierung aufzuklären und zu aktivieren“, schrieb er. „Der Kampf hat gerade erst begonnen. Bleiben Sie dran.”

Baby es ist kalt draußen

Jahrelang hatten Wärmepumpen den Nachteil, dass sie Privatkunden keine zuverlässige Wärme mehr liefern konnten, sobald die Außentemperatur unter -7 °C (20 °F) fiel. Tatsächlich stimmte das schon vor einem Jahrzehnt, aber der technische Fortschritt hat seitdem zu einer neuen Generation von Wärmepumpen geführt, die selbst bei kältesten Temperaturen zuverlässig Wärme liefern können.

Die Untersuchung ergab, dass diese Wärmepumpen der nächsten Generation selbst bei bitterer Kälte immer noch 1,5-mal effizienter waren als herkömmliche Wärmequellen. Die Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Joule am 11. September 2023.

Luftwärmepumpen nutzen in der Regel Elektrizität, um einen Kühlkreislauf anzutreiben, der Wärme von einer kälteren Quelle zu einem wärmeren Zielort transportiert. Ein wichtiger Aspekt bei der Messung der Leistung einer Wärmepumpe ist ihre Effizienz, die anhand der Leistungszahl gemessen wird – dem Verhältnis der erzeugten Nutzwärme zur verbrauchten Energie.

Typische Leistungswerte für Wärmepumpen liegen zwischen 3 und 6, was bedeutet, dass aus jeder verbrauchten Stromeinheit 3 ​​bis 6 Einheiten Wärme erzeugt werden. Für Haushaltsanwendungen ist ein Jahresdurchschnitt von 3 bis 4 üblich. Europäische Winter mit durchschnittlichen Januartemperaturen über 10 °C werden als „mildes kaltes Klima“ klassifiziert, während Winter mit Durchschnittstemperaturen unter 10 °C im kältesten Monat als „extrem kaltes Klima“ bezeichnet werden. Die für diesen Kommentar analysierten Studien offenbaren zwei zentrale Erkenntnisse:

• Standardmäßige Luftwärmepumpen können in milden, kalten Klimazonen einen durchschnittlichen Wirkungsgrad zwischen 2 und 3 aufrechterhalten
• Luftwärmepumpen für kaltes Klima können bei extrem niedrigen Temperaturen Wirkungsgrade von über 1,5 erreichen

Benötigen Sie eine Zusatzheizung?

Eine Möglichkeit, Wärmepumpen bei kalten Temperaturen effizienter zu machen, ist der Einsatz der Erdwärme-Technologie. Luftquellengeräte müssen einen Teil der verfügbaren Energie nutzen, um ihre Komponenten abzutauen, wenn die Temperaturen eisig werden. Bodenquellenmaschinen erfordern kein solches Abtauen, da die Temperatur der Erde unabhängig von der Umgebungslufttemperatur ziemlich konstant bleibt. Allerdings ist die Installation aufwändiger und damit teurer.

Oft stellt sich die Frage, ob für extreme Bedingungen eine Zusatzheizung erforderlich ist. Mehrere der in diese Untersuchung einbezogenen Studien – darunter Daten aus der Schweiz, Deutschland, den USA, dem Vereinigten Königreich, Kanada und China – befassten sich mit der Verwendung von Zusatzheizungen oder zumindest deren Verfügbarkeit bei Bedarf. Allerdings wurde die Zusatzheizung in der Regel erst eingeschaltet, wenn die Außentemperatur unter 10 °C fiel. Darüber hinaus konnten Wärmepumpen die benötigte Wärme mit relativ hohem Wirkungsgrad bereitstellen.

Die Forscher sagen, dass Bedenken hinsichtlich der Notwendigkeit einer Ersatzheizung bei milden, kalten Klimabedingungen möglicherweise unbegründet sind und die Rolle von Hybridsystemen möglicherweise begrenzt ist. Es bleibt eine Frage über die Rolle von Hybridsystemen in den kältesten Klimazonen, nicht unbedingt wegen der Effizienzleistung, sondern wegen der hohen Ausgangsleistung von Wärmepumpen, die bei sehr niedrigen Temperaturen benötigt werden.

Um diese Bedenken auszuräumen, empfehlen sie Anstrengungen zur Verbesserung der thermischen Effizienz von Häusern und Gewerbebauten, um die Lasten zu minimieren und Spitzen bei der Wärmenachfrage auszugleichen sowie eine Reaktion auf die Nachfrage zu fördern.

Wählen Sie die richtige Ausrüstung

Die Forscher weisen darauf hin, dass Wärmepumpen keine „Einheitslösung“ seien. Für unterschiedliche Temperaturzonen sind unterschiedliche Modelle spezifiziert. Sie weisen darauf hin, dass einige Wärmepumpen speziell für extreme Kälte ausgelegt sind. Obwohl die Installation von Kaltklima-Wärmepumpen die Leistung bei kältestem Wetter beeinträchtigen kann, gibt es potenzielle Kompromisse.

Bei milderen Temperaturen kann die Leistung beeinträchtigt werden, da Kaltklimasysteme speziell für eisige Temperaturen und einen höheren Heizbedarf konzipiert sind. Physische Komponenten wie das Expansionsventil und der Kompressor können bei niedrigeren Leistungen möglicherweise Schwierigkeiten haben, ordnungsgemäß zu funktionieren. Der beste Rat für alle, die eine Wärmepumpe als Ersatz für ein bestehendes Verbrennungs- oder Widerstandsheizsystem installieren möchten, besteht darin, sich von einem qualifizierten Installateur beraten zu lassen, um die richtige Ausrüstung für eine bestimmte Anwendung zu erhalten.

Bildquelle: Joule

Eine der interessanten Informationen aus der Studie ist der Prozentsatz der Haushalte, die Wärmepumpentechnologie an Orten nutzen, an denen der Winter am hartnäckigsten ist. Generell gilt: Je kälter der Winter und je höher die Kosten für Heizstoffe, desto mehr davon werden installiert. Dies scheint alle Bedenken hinsichtlich des Einsatzes von Wärmepumpen an Orten zu zerstreuen, an denen der Winter hartnäckig ist.

Experten äußern sich zu Wärmepumpen

Yannick Monschauer, Energieanalyst bei der Internationalen Energieagentur, sagte in einer E-Mail an CleanTechnica„Dank kontinuierlicher Forschungs- und Entwicklungsbemühungen – auch durch Mitarbeiter im Rahmen des Technology Collaboration Program der IEA – haben Hersteller spezielle Wärmepumpen entwickelt, die in kalten Klimazonen sehr effizient arbeiten.“ Weltweit wird sich der Anteil von Wärmepumpen am Verkauf von Heizgeräten nach den heutigen Richtlinien bis 2030 mehr als verdoppeln, da der Einsatz auch in kälteren Klimazonen zunimmt.“

Jan Rosenow, Leiter der europäischen Programme des Regulatory Assistance Project, fügte hinzu: „Letztes Jahr wurden in den USA erstmals mehr Wärmepumpen als Erdgasöfen verkauft. Die großzügigen Anreize im Inflation Reduction Act werden dazu beitragen, diesen Trend fortzusetzen, aber um die amerikanischen Klimaziele zu erreichen, sind noch mehr Verkäufe erforderlich. Diese neue Studie basiert auf Daten aus den Vereinigten Staaten und zeigt, dass Wärmepumpen selbst in den kältesten Teilen des Landes eine sehr gute Leistung erbringen können.

Paul Lambert, Gründer und CEO von Quilt, einem Wärmepumpen-Startup mit Sitz in der San Francisco Bay Area, fügte einen weiteren Grund für den Umstieg auf Wärmepumpen hinzu. Sie „bieten selbst bei den kältesten Temperaturen ein neues Maß an Komfort – einschließlich des Komforts, den Sie damit genießen, fossile Brennstoffe hinter sich zu lassen.“