Wärmepumpen

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine , die unter Aufwendung von technischer Arbeit thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur (in der Regel ist das die Umgebung ) aufnimmt und – zusammen mit der Antriebsenergie – als Nutzwärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur ( Raumheizung ) überträgt. Der verwendete Prozess ist im Prinzip die Umkehrung eines Wärme-Kraft-Prozesses , bei dem Wärmeenergie mit hoher Temperatur aufgenommen und teilweise in mechanische Nutzarbeit umgewandelt und die Restenergie bei niedrigerer Temperatur als Abwärme abgeführt wird, meist an die Umgebung. Das Prinzip der Wärmepumpe verwendet man auch zum Kühlen (so beim Kühlschrank ), während der Begriff „Wärmepumpe“ nur für das Heizaggregat verwendet wird. Beim Kühlprozess ist die Nutzenergie die aus dem zu kühlenden Raum aufgenommene Wärme, die zusammen mit der Antriebsenergie als Abwärme an die Umgebung abgeführt wird. Der Herstellererlös mit Wärmepumpen betrug in Österreich 2015 rund 111 Millionen Euro. ^[1]

Technische Realisierung

Wärmepumpen werden in der Regel mit Fluiden betrieben, die bei niedrigem Druck unter Wärmezufuhr verdampfen und nach der Verdichtung auf einen höheren Druck unter Wärmeabgabe wieder kondensieren. Der Druck wird so gewählt, dass die Temperaturen des Phasenübergangs einen für die Wärmeübertragung ausreichenden Abstand zu den Temperaturen von Wärmequelle und Wärmesenke haben. Je nach verwendetem Fluid liegt dieser Druck in unterschiedlichen Bereichen. Das Bild 1 zeigt das Schaltbild mit den vier für den Prozess erforderlichen Komponenten: Verdampfer, Verdichter (Kompressor), Kondensator und Drossel, Bild 2 den Prozess im T-s-Diagramm . Theoretisch wäre es möglich, die Arbeitsfähigkeit des Kondensates beim Entspannen auf den niedrigeren Druck durch eine Kraftmaschine, beispielsweise eine Turbine, zu nutzen. Doch die dabei einsetzende teilweise Verdampfung würde große technische Schwierigkeiten bei einem nur geringen Energiegewinn verursachen, so dass man der Einfachheit halber hier eine Drossel verwendet (Entspannung mit konstanter Totalenthalpie ).

Einzelheiten

Zehn Meter unter der Erdoberfläche beträgt die Temperatur – auch in der kalten Jahreszeit – etwa 10 °C. ^[2]

Wird ein unter Überdruck befindliches flüssiges Fluid (zum Beispiel Propan , Siedepunkt 56 °C bei 20 bar, -25 °C bei 2 bar) nach Druckentlastung über das Expansionsventil durch dünne Metallröhren in das Erdreich verbracht, nimmt es dort Erdwärme auf und verdampft . Anschließend wird es komprimiert und kann sich nun im Kondensator durch Wärmeabgabe an das Heizungssystem des Wohnhauses wieder verflüssigen, und der Kreislauf ist geschlossen. ^[3]

Die benötigte Energie zum Antrieb der Wärmepumpe verringert sich, d. h. der Betrieb wird umso sparsamer, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Erdtemperatur und Vorlauftemperatur der Heizungsanlage ist. Diese Bedingung erfüllen Niedertemperaturheizungen am besten, deshalb wird die Wärme im Wohnraum häufig durch eine Fußbodenheizung abgegeben. ^[3]

Je nach Auslegung des Systems kann der Heizenergieaufwand um zirka 30 bis 50 % reduziert werden. ^[4] Durch Kopplung mit Solarstrom, Haushaltsstrom oder Erdgas zum Antrieb der Wärmepumpe kann die Kohlendioxidemission im Vergleich zum Heizöl erheblich gesenkt werden. ^[3]

Der Auswahl der richtigen Wärmequelle kommt eine besondere Bedeutung zu, denn von ihr hängt die Effizienz einer Wärmepumpe ab. Da die Wärmequelle oft eine Standzeit von mehr als 50 Jahren hat, ist ihr Bau eine Investition für Generationen.

„Ein Maß für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Jahresarbeitszahl. Sie beschreibt das Verhältnis der Nutzenergie in Form von Wärme zur aufgewendeten Verdichterenergie in Form von Strom.“ ^[3] Bei guten Anlagen ist dieser Wert größer als 5,0 (Direktverdampfungsanlagen). Dabei muss jedoch berücksichtigt werden, dass bei der Berechnung der Jahresarbeitszahl weder Nebenverbräuche noch Speicherverluste berücksichtigt werden. ^[5] Bei noch in Betrieb befindlichen älteren Kohlekraftwerken kann aus drei Teilen Wärmeenergie nur ein Teil Strom gewonnen werden. ^[3] Für strombetriebene Wärmepumpen ist es daher vorteilhaft, die Nutzung von Stromenergie aus erneuerbaren Energien zu verbessern.

Bei der direkten elektrischen Beheizung, zum Beispiel mit Heizstäben, entspricht die erzeugte Wärmeenergie genau der eingesetzten elektrischen Energie. Die elektrische Energie ist aber wesentlich hochwertiger als Wärmeenergie bei niedriger Temperatur, denn durch Einsatz einer Wärmekraftmaschine kann immer nur ein Teil der Wärmeleistung wieder in elektrische Leistung umgeformt werden.

Der Abluft, der Außenluft, dem Erdboden, dem Abwasser oder dem Grundwasser kann Wärme durch Einsatz einer Wärmepumpe entzogen werden. Ein Vielfaches der für die Wärmepumpe eingesetzten elektrischen Leistung kann der Wärmequelle (Luft, Erdboden) entzogen werden und auf ein höheres Temperaturniveau gepumpt werden. In der Leistungsbilanz wird der Wärmepumpe elektrische Leistung für den Verdichterantrieb und die der Umwelt entzogene Wärme zugeführt. Am Austritt der Wärmepumpe steht ein Teil der zugeführten Leistung als Wärme auf höherem Niveau zur Verfügung. In der Gesamtleistungsbilanz sind noch die Verluste des Prozesses zu berücksichtigen.

Das Verhältnis von der in den Heizkreis abgegebenen Wärmeleistung zur zugeführten elektrischen Verdichterleistung wird als Leistungszahl bezeichnet. Die Leistungszahl hat einen oberen Wert, der nicht überschritten und aus dem Carnot-Kreisprozess abgeleitet werden kann. Die Leistungszahl wird auf einem Prüfstand gemäß der Norm EN 14511 (früher EN 255) ermittelt und gilt nur unter den jeweiligen Prüfbedingungen. Gemäß EN 14511 wird die Leistungszahl auch COP genannt (Coefficient Of Performance) . Der COP ist Gütekriterium für Wärmepumpen, erlaubt jedoch keine energetische Bewertung der Gesamtanlage.

Um eine möglichst hohe Leistungszahl und somit eine hohe Energieeffizienz zu erlangen, sollte die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der Wärmequelle und der Nutztemperatur möglichst gering sein. Die Wärmeübertrager sollten für möglichst geringe Temperaturdifferenzen zwischen der Primär- und Sekundärseite ausgelegt sein.

Die Bezeichnung Wärmepumpe beruht darauf, dass Wärme aus der Umgebung auf ein höheres nutzbares Temperaturniveau angehoben ( gepumpt ) wird. Die Wärmepumpe hat einen Verdichter , der elektrisch oder durch einen Verbrennungsmotor angetrieben wird. Der Verdichter komprimiert ein Kältemittel auf einen höheren Druck wobei es sich erwärmt. Die beim nachfolgenden Abkühlen und Verflüssigen des Kältemittels freigesetzte Energie wird in einem Wärmeübertrager auf das Wärmeträgermedium des Heizkreises, meistens Wasser oder Sole, übertragen. Das Kältemittel wird anschließend an einem Expansionsventil entspannt und es kühlt sich ab. Das kalte Kältemittel wird dem Verdampfer (Erdwärmesonden, Luftverdampfer) zugeführt und geht durch Aufnahme von Umgebungswärme ( Anergie ) in den gasförmigen Zustand über.

Ein Nachteil der Wärmepumpe ist der deutlich höhere apparative Aufwand. Besonders kostenintensiv sind wirkungsvolle Verdampfer (Erdwärmesonden, erdverlegte Flächenverdampfer). Die Investitionen gegenüber einem konventionellen Gas- oder Heizölbrenner sind deutlich höher. Dafür ist der regelmäßige Aufwand für Wartung und Instandhaltung deutlich geringer, zum Beispiel fallen keine Reinigungs- und Schornsteinfegerkosten an.

Der Wärmepumpenprozess, nach Rudolf Plank Plank-Prozess genannt, wird auch als Kraftwärmemaschine bezeichnet. Der Grenzfall einer reversibel arbeitenden Kraftwärmemaschine ist der linksläufige Carnotprozess .

Kältemittel (Arbeitsgase)

Von 1930 bis zum Anfang der 1990er Jahre waren die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) die bevorzugten Kältemittel. Sie kondensieren bei Raumtemperatur unter leicht handhabbarem Druck. Sie sind nicht giftig, nicht brennbar und reagieren nicht mit den üblichen Werkstoffen. Wenn FCKW freigesetzt werden, schädigen sie jedoch die Ozonschicht der Atmosphäre und tragen zum Ozonloch bei. In Deutschland wurde daher der Einsatz von Fluorchlorkohlenwasserstoffen im Jahr 1995 verboten. Die als Ersatz verwendeten Fluorkohlenwasserstoffe (FKW) schädigen nicht die Ozonschicht, tragen jedoch zum Treibhauseffekt bei und sind im Kyoto-Protokoll als umweltgefährdend erfasst. Als natürliche Kältemittel gelten reine Kohlenwasserstoffe wie Propan oder Propylen , wobei deren Brennbarkeit besondere Sicherheitsmaßnahmen erforderlich macht. Anorganische, nicht brennbare Alternativen wie Ammoniak , Kohlendioxid oder Wasser wurden ebenfalls für Wärmepumpen eingesetzt. Aufgrund spezifischer Nachteile haben sich diese Kältemittel nicht im größeren technischen Maßstab durchsetzen können. Ammoniak (NH ₃ ) und Kohlendioxid (CO ₂ ) werden generell in industriellen Kühlanlagen wie Kühlhäusern und Brauereien eingesetzt. ^[4]

Leistungszahl und Gütegrad

Die Leistungszahl ε einer Wärmepumpe, englisch Coefficient Of Performance (COP) , ist der Quotient aus der Wärme, die in den Heizkreis abgegeben wird, und der eingesetzten Energie:

Bei typischen Leistungszahlen von 4 bis 5 steht das Vier- bis Fünffache der eingesetzten Leistung als nutzbare Wärmeleistung zur Verfügung, der Zugewinn stammt aus der entzogenen Umgebungswärme.

Die Leistungszahl hängt stark vom unteren und oberen Temperaturniveau ab. Die theoretisch maximal erreichbare Leistungszahl einer Wärmepumpe ist entsprechend dem zweiten Hauptsatz der Thermodynamik begrenzt durch den Kehrwert des Carnot-Wirkungsgrads

Für die Temperaturen sind die absoluten Werte einzusetzen.

Der Gütegrad einer Wärmepumpe ist die tatsächliche Leistungszahl bezogen auf die ideale Leistungszahl bei den verwendeten Temperaturniveaus. Er berechnet sich zu:

Praktisch werden Wärmepumpengütegrade im Bereich 0,45 bis 0,55 erreicht.

Beispiel für eine Grundwasserwärmepumpe

Das untere Temperaturniveau einer Wärmepumpe liegt bei 10 °C (= 283,15 K), und die Nutzwärme wird bei 50 °C (= 323,15 K) übertragen. Bei einem idealen reversiblen Wärmepumpenprozess, der Umkehrung des Carnotprozesses, würde die Leistungszahl bei 8,1 liegen. Real erreichbar ist bei diesem Temperaturniveau eine Leistungszahl von 4,5. Mit einer Energieeinheit Exergie , die als technische Arbeit oder elektrische Leistung eingebracht wird, können 3,5 Einheiten Anergie aus der Umgebung auf das hohe Temperaturniveau gepumpt werden, so dass 4,5 Energieeinheiten als Wärme bei 50 °C Heizungs-Vorlauftemperatur genutzt werden können. ( 1 Einheit Exergie + 3,5 Einheiten Anergie = 4,5 Einheiten Wärmeenergie ).

In der Gesamtbetrachtung müssen aber der exergetische Kraftwerkwirkungsgrad und die Netzübertragungsverluste berücksichtigt werden, welche einen Gesamtwirkungsgrad von ca. 35 % erreichen. Die benötigte 1 kWh Exergie erfordert einen Primärenergieeinsatz von 100 / 35 × 1 kWh = 2,86 kWh. Wenn die Primärenergie nicht im Kraftwerk eingesetzt, sondern direkt vor Ort zur Beheizung genutzt wird, erhält man bei einem Feuerungswirkungsgrad von 95 % – demnach 2,86 kWh × 95 % = 2,71 kWh thermische Energie.

Mit Bezug auf das oben aufgeführte Beispiel kann im Idealfall (Leistungszahl = 4,5) mit einer Heizungswärmepumpe das 1,6-fache und bei einer konventionellen Heizung das 0,95-fache der eingesetzten Brennstoffenthalpie als Wärmeenergie umgesetzt werden. Unter sehr günstigen Randbedingungen kann so bei dem Umweg Kraftwerk → Strom → Wärmepumpe eine 1,65-fach höhere Wärmemenge gegenüber der direkten Verbrennung erreicht werden.

Am Prüfstand wird bei einer Grundwassertemperatur von 10 °C und einer Temperatur der Nutzwärme von 35 °C eine Leistungszahl von bis zu COP=6,8 erreicht. In der Praxis wird allerdings der tatsächlich über das Jahr erreichbare Leistungswert, die Jahresarbeitszahl (JAZ) incl. Verluste und Nebenantriebe, von nur 4,2 erzielt. Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen liegen die Werte weit darunter, so dass die tatsächliche Reduzierung des Primärenergiebedarfs nicht so hoch ausfällt und unter ungünstigen Bedingungen (z.B. bei Strom aus fossilen Brennstoffen) sogar mehr Energie verbraucht wird als bei einer konventionellen Heizungsanlage. Dann wird eigentlich eine komplizierte Stromheizung betrieben, die weder im Hinblick auf den Klimaschutz noch volkswirtschaftlich sinnvoll ist. Eine Wärmepumpe mit einer JAZ > 3 gilt als energieeffizient. Allerdings werden laut einer Studie bereits bei dem Strommix aus dem Jahr 2008 bereits ab einer JAZ von 2 Kohlendioxidemissionen eingespart, mit weiterem Ausbau der Erneuerbaren Energien sowie dem Ersatz älterer Kraftwerke durch modernere und effizientere steigt das Einsparpotential, auch bestehender Wärmepumpen, weiter an. ^[6]

Datenblätter

In den Datenblättern zu den diversen Wärmepumpenerzeugnissen sind die Leistungsparameter jeweils auf Medium und Quell- und Zieltemperatur bezogen; zum Beispiel:

• W10/W50: COP = 4,5,
• A10/W35: Heizleistung 8,8 kW; COP = 4,3,
• A2/W50: Heizleistung 6,8 kW; COP = 2,7,
• B0/W35: Heizleistung 10,35 kW; COP = 4,8,
• B0/W50: Heizleistung 9 kW; COP = 3,6,
• B10/W35: Heizleistung 13,8 kW; COP = 6,1

Nach mehreren gemessenen COP-Werte am WPT-Buchs ^[7] . Angaben wie W10/W50 bezeichnen die Eingangs- und Ausgangstemperaturen der beiden Medien. W steht für Wasser, A für Luft (engl. air) und B für Sole (engl. brine), die Zahl dahinter für die Temperatur in °C. B0/W35 ist bspw. ein Betriebspunkt der Wärmepumpe mit einer Soleeintrittstemperatur von 0 °C und einer Wasseraustrittstemperatur von 35 °C.

Einteilung der Wärmepumpe nach verschiedenen Kriterien

Einteilung nach Art des Verfahrens

• Kompression elektrisch / Verbrennungsmotor
• Absorption (zum Beispiel Ammoniakabsorptionskältemaschine , Absorption von Wasser in konzentrierter Säure wie Schwefelsäure)
• Adsorption (zum Beispiel Adsorption und Desorption eines Stoffes an einer Oberfläche wie Aktivkohle oder einem Zeolith , dabei wird die Adsorptionswärme frei oder auch die Desorptionswärme aufgenommen)
• Peltier-Effekt
• Magnetokalorischer Effekt

Einteilung nach Art der Wärmequelle

• Außenluft
• Abluft
• Grundwasser (mit Schluckbrunnen )
• Oberflächenwasser
• Erdwärme
  • Erdwärmesonde
  • CO2-Sonde
  • Direktverdampfer-Sonde mit Kältemittel gefüllt
  • Spiralkollektor
  • flächig verlegter Wärmeübertrager mit Soleflüssigkeit befüllt
  • flächig verlegter Wärmeübertrager mit Kältemittel befüllt
  • thermisch aktivierte Fundamente
• Abwärme von industriellen Anlagen
• Abwasserwärmerückgewinnung (AWRG)

Einteilung nach Art der Wärmenutzung

• Kühlen
• Gefrieren
• Warmwasser
• Heizung
  • mit Fußbodenheizung
  • mit Heizkörpern/Radiatoren
  • mit Klima-Konvektoren

Einteilung nach verwendetem physikalischem Effekt

Es gibt verschiedene physikalische Effekte, die in einer Wärmepumpe Verwendung finden können. Die wichtigsten sind:

• Die Verdampfungswärme bei Wechsel des Aggregatzustandes (flüssig/gasförmig);
• die Reaktionswärme bei Mischung zweier verschiedener Stoffe;
• die Temperaturabsenkung bei der Expansion eines (nicht idealen) Gases ( Joule-Thomson-Effekt );
• der thermoelektrische Effekt ;
• das Thermotunneling -Verfahren;
• sowie der magnetokalorische Effekt .

Bauformen der Wärmepumpe

Die Kompressions-Wärmepumpe

nutzt den physikalischen Effekt der Verdampfungswärme. In ihr zirkuliert ein Kältemittel in einem Kreislauf, das, angetrieben durch einen Kompressor, die Aggregatzustände flüssig und gasförmig abwechselnd annimmt.

Die Absorptions-Wärmepumpe

nutzt den physikalischen Effekt der Reaktionswärme bei Mischung zweier Flüssigkeiten oder Gase. Sie verfügt über einen Lösungsmittelkreis und einen Kältemittelkreis. Das Lösungsmittel wird im Kältemittel wiederholt gelöst oder ausgetrieben.

Die Adsorptions-Wärmepumpe

arbeitet mit einem festen Lösungsmittel, dem „Adsorbens“, an dem das Kältemittel ad- oder desorbiert wird. Dem Prozess wird Wärme bei der Desorption zugeführt und bei der Adsorption entnommen. Da das Adsorbens nicht in einem Kreislauf umgewälzt werden kann, kann der Prozess nur diskontinuierlich ablaufen, indem zwischen Ad- und Desorption zyklisch gewechselt wird.

Elektrisch angetriebene Kompressions-Wärmepumpe

Die elektrisch angetriebene Kompressions-Wärmepumpe stellt den Hauptanwendungsfall von Wärmepumpen dar. Das Kältemittel wird in einem geschlossenen Kreislauf geführt. Es wird von einem Verdichter angesaugt, verdichtet und dem Verflüssiger zugeführt. Der Verflüssiger ist ein Wärmeübertrager in dem die Verflüssigungswärme an ein Fluid – zum Beispiel an einen Warmwasserkreis oder an die Raumluft – abgegeben wird. Das verflüssigte Kältemittel wird dann zu einer Entspannungseinrichtung geführt (Kapillarrohr, thermisches oder elektronisches Expansionsventil). Durch die adiabate Entspannung wird das Kältemittel abgekühlt. Der Saugdruck wird durch die Entspannungseinrichtung in Kombination mit der Förderleistung des Verdichters in der Wärmepumpe so eingestellt, dass die Sattdampftemperatur des Kältemittels unterhalb der Umgebungstemperatur liegt. In dem Verdampfer wird somit Wärme von der Umgebung an das Kältemittel übertragen und führt zum Verdampfen des Kältemittels. Als Wärmequelle kann die Umgebungsluft oder ein Solekreis genutzt werden, der die Wärme aus dem Erdreich aufnimmt. Das verdampfte Kältemittel wird dann von dem Verdichter angesaugt. Aus dem oben beschriebenen Beispiel ist ersichtlich, dass durch Einsatz der elektrisch betriebenen Wärmepumpe bei dem vorausgesetzten Temperaturniveau kein wesentlich höherer thermischer Wirkungsgrad gegenüber der konventionellen Direktbeheizung möglich ist. Das Verhältnis verbessert sich zugunsten der elektrisch angetriebenen Wärmepumpe, wenn Abwärme auf hohem Temperaturniveau als untere Wärmequelle genutzt werden kann oder die Geothermie auf hohem Temperaturniveau unter Verwendung eines geeigneten Erdwärmekollektors genutzt werden kann.

Wärmepumpe mit Öl- oder Gasmotorantrieb

Ein deutlich höherer thermischer Wirkungsgrad kann erreicht werden, wenn die Primärenergie als Gas oder Öl in einem Motor zur Erzeugung technischer Arbeit zum direkten Antrieb des Wärmepumpenverdichters genutzt werden kann. Bei einem exergetischen Wirkungsgrad des Motors von 35 % und einer Nutzung der Motorabwärme zu 90 % kann ein gesamtthermischer Wirkungsgrad von 1,8 erzielt werden. Allerdings muss der erhebliche Mehraufwand gegenüber der direkten Beheizung berücksichtigt werden der durch wesentlich höhere Investitionen und Wartungsaufwand begründet ist. Es gibt jedoch bereits Gaswärmepumpen am Markt (ab 20 kW Heiz-/Kühlleistung aufwärts), welche mit Service-Intervallen von 10.000 Stunden (übliche Wartungsarbeiten für Motor) und alle 30.000 Betriebsstunden für den Ölwechsel auskommen und so längere Wartungsvorschriften haben als Kesselanlagen. Zusätzlich ist zu bemerken, dass bestimmte Hersteller von motorgetriebenen Gaswärmepumpen diese in Serienproduktion herstellen, welche in Europa auf Lebensdauern von mehr als 80.000 Betriebsstunden kommen. Dies ist der Fall aufgrund des ausgeklügelten Motorenmanagements, der niedrigen Drehzahlen und der optimierten Geräteprozesse.

Geschichte

• 1824 veröffentlichte der Franzose Carnot Grundsätze zur Wärmepumpe.
• 1834 baute der Amerikaner Jacob Perkins die erste Kompressionskältemaschine mit dem Arbeitsmittel Diethylether .
• 1852 konnte Lord Kelvin nachweisen, dass Kältemaschinen auch zum Heizen verwendet werden können. Außerdem konnte er zeigen, dass zum Heizen mittels Wärmepumpe weniger Primärenergie benötigt wird als zum direkten Heizen, weil die von der Wärmepumpe aufgenommene Wärmeenergie aus der Umgebung (Luft, Wasser oder Erde) stammte und daher einen Energiegewinn brachte.
• 1857 errichtete und betrieb die Saline Ebensee , Oberösterreich, eine wirtschaftliche Soleverdampfung nach dem Funktionsprinzip eines Kühlschranks. Dabei diente die Wärmepumpe – nach einem Entwurf von Peter von Rittinger – zur Salzgewinnung. ^[8]
• 1860–1870 wurden Kompressionskältemaschinen und Absorptionskältemaschinen intensiv erforscht. Zunächst dienten die gebauten Kältemaschinen der Eisherstellung. Erst später wurde mit den Kältemaschinen auch direkt gekühlt. Verwendung fanden die Kältemaschinen vor allem in Bier-Brauereien und anderen Lebensmittel-Industrien.
• Nach dem Ersten Weltkrieg begann der Siegeszug des Kühlschrankes in Privathaushalten vorwiegend in den vom Krieg verschonten USA .
• 1912: Der schweizerische Ingenieur Heinrich Zoelly erhält ein Patent für eine elektrisch angetriebene Wärmepumpe mit einem umgekehrt zu einer Kompressionskältemaschinen funktionierenden Kreisprozess, der die Wärme dem Boden entnimmt ^[9]
• 1919: Durch die Erfahrungen der Versorgungsknappheit mit Brennstoffen nach dem Ersten Weltkrieg kam in Ländern wie der Schweiz die Diskussion zum Einsatz von Wärmepumpen auf. Zur ersten Umsetzung vergehen fast 20 Jahre.
• Beginnend in den 1920er Jahren werden in den USA Klimaanlagen dezidiert auch mit Heizfunktionen konzipiert und beworben. Die Leistungszahl dieser Anlagen im Wärmepumpenbetrieb ist bescheiden.
• 1929 – Weltwirtschaftskrise . Es wurde versucht, wirtschaftlich sehr rentable Anlagen zu errichten.
• 1938: Die ersten größeren Wärmepumpenanlagen zur Beheizung des Zürcher Rathaus mit der Wärme der Limmat werden in Betrieb genommen. 1942/1943 folgen Gebäude der Kantonalen Verwaltung in der Stadt Zürich ^[10]
• 1945: Die erste erdgekoppelte Wärmepumpe ging in den USA in Betrieb.
• 1968: Das erste erdgekoppelte Wärmepumpen-System mit Niedertemperatur-Fußboden-Flächenheizung unter Verwendung von bifilar verlegten Heizrohren aus thermoplastischem Kunststoff wurde in Deutschland durch seinen Entwickler Klemens Oskar Waterkotte in Betrieb genommen. ^[11]
• 1978: Das Gesetz zur Förderung der Modernisierung von Wohnungen und zur Einsparung von Heizenergie begünstigt den Einbau von Wärmepumpen.
• 1981: Eine Wärmepumpe mit Zweitakt-Erdgasmotor mit 2400 kW Nutzwärme kommt in Deutschland zum Einsatz. Der Erdgasmotor besitzt eine Leistung von 1300 kW. Die Leistungszahl beträgt 3,8. Circa 350 verbrennungsmotorgetriebene Wärmepumpen sind bereits im Einsatz. ^[12]

Literatur

• Hermann Recknagel, Ernst-Rudolf Schramek, Eberhard Sprenger: Taschenbuch für Heizung Klimatechnik . 76. Auflage Oldenbourg, München 2014, ISBN 978-3-8356-3325-4 .
• Maake-Eckert: Pohlmann Taschenbuch der Kältetechnik . C. F. Müller, Karlsruhe 2000, ISBN 978-3-7880-7310-7 .
• Marek Miara et al.: Wärmepumpen – Heizen – Kühlen – Umweltenergie nutzen. BINE-Fachbuch, Fraunhofer IRB Verlag, Stuttgart 2013, ISBN 978-3-8167-9046-4 (Grundlagen mit Schwerpunkt Anlagentechnik, Monitoringerfahrungen, aktuelle Technologie)
• Klaus Daniels: Gebäudetechnik, Ein Leitfaden für Architekten und Ingenieure . vdf , Zürich 2000, ISBN 3-7281-2727-2 .
• Wärme aus Erneuerbaren Energien, Kosten Sparen – Wohnwert steigern – Umwelt schonen . Broschüre von der Deutschen Energie-Agentur , Berlin 02/2007, S. 33–36
• Thorsten Schröder, Bernhard Lüke: Wärmequellen für Wärmepumpen , Dortmunder Buch, Dortmund 2013, ISBN 978-3-9812130-7-2 .
• Martin Kaltschmidt, Wolfgang Streicher: Regenerative Energien in Österreich. Grundlagen, Systemtechnik, Umweltaspekte, Kostenanalysen, Potenziale, Nutzung , Vieweg + Teubner, Wiesbaden 2009, ISBN 978-3-8348-0839-4 .
• Jürgen Bonin: Handbuch Wärmepumpen. Planung und Projektierung , herausgegeben von DIN , Beuth, Berlin / Wien / Zürich 2012, ISBN 978-3-410-22130-2 .