Bodensauger und Wärmepumpen für Pool in der Ausstellung in Senden-Bösensell

Wissenswertes rund um Wassererwärmung

Tipps und Ratschläge

Energiebedarf um ein Schwimmbecken um 1 Grad zu erwärmen?
Um 1 Gramm Wasser um 1 Grad zu erwärmen wird 1 cal (Kalorie) benötigt. Entsprechend sind das bei 1.000 Gramm oder 1 Kg = 1.000 cal oder 1 kcal.
Wie sich bekannter Weise  der Siedepunkt von Wasser in Abhängigkeit vom Luftdruck und der Zusammensetzung ändert ist die Definition von 1 cal wie folgt:
1 Gramm luftfreies Wasser bei dem Standardatmosphärendruck von 1.013,25 mbar oder hPa von 14,5 °C auf 15,5°C zu erwärmen wird 1 Kalorie (cal) benötigt.
1 cal entspricht ca. 4,1855 J oder 1 kcal gleich 4,19 kJ. Dies entspricht der Wärmekapazität (c) von Wasser

In einem anderen Zusammenhang mit anderen Energieeinheiten wird das Verhältnis von Wh zu kJ festgelegt.
1 Wh entspricht 3,6 kWh (60 sec. x 60 sec. = 3.600 geteilt durch 1.000) oder 3,6 kJ

Da die spezifische Wärmekapazität von 1 kg Wasser mit 4,19 kJ bekannt ist und der Zusammenhang von Wh zu kJ muss dieser Wert nur durch 3,6 (kJ) geteilt werden und man bekommt auf einen Faktor von 1,16.
Um 1 kg Wasser um 1 Grad zu erwärmen werden 1,16 Wh benötigt oder um 1 m³ Wasser um 1 Grad zu erwärmen werden 1,16 kWh benötigt.

Beispiel:
Ein Schwimmbecken von 4 x 8 m und einer Tiefe von 1,4 m hat ein Volumen von 44,8 m³ Wasser.
44,8 m³ x 1,16 x 1 K = 51,968 kWh (Wärme) werden zur Erwärmung benötigt.

Wie wichtig ist eine Schwimmbadabdeckung bezüglich Energieeinsparung?
Sehr oft wird die Notwendigkeit einer Abdeckung bei einem Schwimmbad im Freien unterschätzt. Nicht die geringere Verschmutzung bei dem Einsatz einer Abdeckung steht im Vordergrund, sondern die Energieeinsparung von bis zu 80 %. Welche Art der Schwimmbadabdeckung zum Einsatz kommt, hängt wiederum von vielen Faktoren ab. Optisch muss die Schwimmbadabdeckung den Wünschen des Bauherrn entsprechen und gleichzeitig soll sie möglichst komfortabel geöffnet und geschlossen werden können.

Wann sollte eine Solarabsorberanlage zur Erwärmung eingesetzt werden?
Eine Absorberanlage ist ein schwarzer Kunststoffabsorber der direkt mit Schwimmbadwasser durchströmt wird. Kunststoff ist zwar kein sehr guter Wärmeleiter, aber kann direkt mit aggressiven Schwimmbadwasser durchströmt werden. Dies hat den Vorteil, dass kein teurer Wärmetauscher benötigt wird, der beim Wärmeaustausch Leistungsverluste hat. Dies funktioniert nur bis zu einem Temperaturunterschied zwischen Beckenwasser und Absorbertemperatur kleiner 10 Kelvin. Eine Solarabsorberanlage kann nur Wärme erzeugen wenn die Sonne scheint. Entsprechend ist ein Absorber interessant, wenn die Erwärmung des Schwimmbades in eine Zeit fällt in der ausreichend Sonne zu Verfügung steht und die Absorberfläche groß genug sein kann. Dies ist in der Regel von Anfang/Mitte Mai bis Anfang/Mitte September.
Die Solarabsorberfläche soll bei abgedeckten Becken ca. 60 % der Oberfläche und bei nicht abgedeckten Becken ca. 100 % der Oberfläche betragen.
Bei einem abgedeckten Becken von 4 x 8 m sollten demnach 19,2 m² Absorberfläche gewählt werden.
Kann die eingefangene Wärme theoretisch 800 W/m² betragen (rechnerisch ohne Windgeschwindigkeiten oder Abstrahlungswärme etc. Der maximale Wert liegt bei 1000 Watt pro m²) sieht die Rechnung folgendermaßen aus.

19,2 m² Absorberfläche x 0,8 kW Einstrahlung = 15,36 KW (dies ist eine Angabe pro Stunde)

Scheint die Sonne 8 Stunden am Tag so erzeugt die Solarabsorberanlage 8 h x 15,36 kW = 122,88 kWh Wärme.

Wie funktioniert eine Luft – Wasser – Wärmepumpe? 
Die in der Luft enthaltene Energie wird nach dem Wärmepumpen Prinzip entzogen und dem Schwimmbadwasser über einen Wärmetauscher zugeführt. Um den Kreislauf zwischen Wärmetauscher, Kompressor und Verdampfer in Gang zu halten, wird Energie in Form von Strom benötigt. Es werden 1 Teil Strom investiert um ca. 5 Teile Wärme zu bekommen. Dieses Verhältnis nennt man auch COP Wert (Coefficient of Performance) oder Leistungszahl der Wärmepumpe. Die kWh Strom kostet z.B. je nach Anbieter 25 Cent. Die kWh Wärme durch Öl oder Gas produziert liegt bei ca. 8 – 9 Cent. Wird mit einer Wärmepumpe und einem COP Wert von 1:5 Wärme produziert, dann liegt die kWh bei 5 Cent (25/5) und damit ca. 40 % günstiger als mit Öl oder Gas. Der COP Wert von ca. 1:5 wird bei 15 Grad Lufttemperatur erreicht. Sinkt die Temperatur gegen den Null Punkt sinkt auch der COP Wert und die Wärmepumpe hat gegenüber Öl oder Gas keinen Vorteil mehr. Zudem kommt, dass das Wasser welches in der Luft enthalten ist, ab ca. 8 Grad gefriert und regelmäßig entfrostet werden muss und den Wärmetauscher eisfrei zu halten.

Wann ist eine Luft-Wasser-Wärmepumpe zur Erwärmung sinnvoll?
Eine Wärmepumpe ist hauptsächlich dann interessant, wenn eine bestimmte Temperatur gewünscht wird, auch wenn die Sonne nicht scheint, wenn nicht ausreichend Dachfläche für eine Solarabsorberanlage zur Verfügung steht oder wenn die Badesaison früher beginnen und später enden soll. Außerdem ist für Schwimmbadbesitzer mit einer PV-Anlage und geringer Einspeisevergütung die Nutzung des Stroms über eine Wärmepumpe sinnvoll.

Wie muss eine Luft-Wasser-Wärmepumpe bezüglich der Leistung ausgelegt sein?
Die Wärmepumpe muss immer für den schlechtesten Fall ausgelegt sein und dann zur Sicherheit immer noch eine Nummer größer als erforderlich.
Ein Schwimmbecken von 4 x 8 m verliert in einer Nacht 51,97 kWh Wärme pro Grad (siehe Kapitel: Wieviel Energie wird benötigt um mein Schwimmbecken um 1 Grad zu erwärmen?) Ein Erfahrungswert ist, dass Schwimmbecken, trotz Schwimmbadabdeckung, in den Übergangsmonaten September – Oktober ca. 2,5 Grad verlieren. Dies bedeutet einen Gesamtenergieverlust von 2,5 x 51,97 = 129,92 kWh. Rund 130 kWh.
Entsprechend wären bei einer Filterlaufzeit von 10 h und einer Wärmepumpe von 13 KW die Verluste von 130 kWh ausgeglichen.
Besser ist es jedoch eine Wärmepumpe von z.B. 15 KW oder sogar 18 KW zu wählen. Die höhere Leistung der Wärmepumpe hilft bei der Aufheizung des Beckens im Frühjahr erheblich die Verluste schneller auszugleichen, so dass die Filterlaufzeiten nicht verlängert werden müssen. Dies allein unter dem Aspekt, dass längere Laufzeiten der Wärmepumpe automatisch eine längere Laufzeit der Filterpumpe bedeutet und die benötigt auch Strom. Zudem werden die Betriebsstunden unnötig verlängert.

Ein zweiter Aspekt ist die Wärmepumpe bei erwärmten Becken über eine Zeitschaltuhr erst um z.B. 11 Uhr laufen zu lassen. Eine Wärmepumpe die größer ausgelegt wurde, erreicht in der in kürzerer Laufzeit genug Wärme um das Becken auf Temperatur zu bringen. Außerdem muss bedacht werden, dass die Lufttemperatur um 8 Uhr morgens und um 11 Uhr bis zu 10 Grad höher sein kann. Dies bedeutet, dass die große Wärmepumpe, die erst morgens um 11 Uhr anfangen muss zu laufen, höhere Lufttemperaturen vorfindet und somit einen deutlich besseren Wirkungsgrad (COP Wert) hat. Die Mehrkosten der größeren Wärmepumpe haben sich dadurch innerhalb kurzer Zeit amortisiert.

Wann ist eine Wärmepumpe interessanter als Solarabsorber?
Eine Wärmepumpe ist dann interessanter, wenn ich eine verlängerte Badesaison haben möchte und über eine PV-Anlage verfüge, deren Strom ich nutzen kann. Eine Wärmepumpe liefert unter Berücksichtigung des COP Wertes die Wärme wie diese gewünscht wird. Solarabsorber nur wenn die Sonne scheint.

Soll ein Schwimmbad gedämmt werden?
Bei einer normalen Nutzung eines privaten Schwimmbades, entsprechend den Öffnungszeiten der Öffentlichen Bäder von Mai bis Anfang September unter Berücksichtigung des Wetters, ist eine Dämmung nicht erforderlich bzw. nicht sinnvoll. Schwimmbäder mit einer verlängerten Nutzung mit 2 Monaten früher und 2 Monaten länger können durchaus gedämmt werden. Es empfiehlt sich eine XPS Wärmedämmung für Wand und Boden. Diese wird auch für die Dämmung von Kellern verwendet hat kaum Wasseraufnahme, zu dem Verfügung diese Dämmstoffe über eine sehr hohe Druckfestigkeit. Andere angebliche Dämmmaterialien haben teilweise grenzwertige Druckfestigkeiten mit einem Schwund der auf Dauer zu Setzungsrissen führen kann und zudem noch sehr viel Wasser aufnehmen. Außerdem ist der Wärmeleitwert häufig um 50 % schlechter als bei XPS Dämmung und nicht unbedingt günstiger.

Wie kann ein Schwimmbad im Erdreich gedämmt werden?
Eine sinnvolle Wärmedämmung ist eine XPS Dämmung (Polystyrol-Extruder Schaumstoff) wie man sie häufig auch bei Kellern einsetzt. Diese Dämmmaterialien sind geschlossenzellig und ziehen somit kein Wasser. Der Werkstoff wurde in den 40er Jahren entwickelt, als man Schwimm- bzw. Auftriebskörper entwickelt hat. Mit der geringen Wärmeleitfähigkeit und einer hohen Druckfestigkeit eignet sich dieser Werkstoff sehr gut um den Boden und die Wände eines Schwimmbeckens zu isolieren. Alternativ gibt es Materialien, die in den Arbeitsräumen eingeblasen werden. Diese Materialien haben in der Regel eine hohe Wasseraufnahme was nicht unbedingt förderlich für die Dämmeigenschaften ist und darüber ist die mechanische Belastbarkeit, insbesondere auf Druck, grenzwertig.

Kann eine PV-Solaranlage für ein Schwimmbecken genutzt werden?
Das Wort PV kommt vom griechischen Wort für Photo = Licht und dem Italiener Allessandro Volt, einem Pionier in der Erforschung der Elektrizität. PV-Module sind aus vielen Zellen zusammengesetzt, denn jedes Mal wenn Licht auf eine  Zelle fällt wird eine geringe Spannung erzeugt, die in Reihen geschaltet nutzbaren Strom liefert. Durch einen Wechselrichter kann aus Gleichstrom Wechselstrom erzeugt werden und somit in das Stromnetz eingespeist werden. Damit kann wiederum eine Luft- Wasserwärmepumpe für die Erwärmung des Schwimmbadwassers gespeist werden.

Lage und Nutzung des Schwimmbeckens?
Die Lage des Schwimmbeckens ist sehr entscheidend für den Energiebedarf. Ist ein Schwimmbecken so gelegen, dass der Wind ungehindert über die Oberfläche streichen kann, spricht man von einer ungeschützten Lage. Der Energiebedarf ist dadurch deutlich höher als ein Schwimmbecken was geschützt von zwei Hauswänden nicht so viel Angriffsfläche bietet. Bei der Wahl des richtigen Standortes sollte dies grundsätzlich Berücksichtigung finden.

Was ist bei der ganzjährigen Nutzung eines Freibades zu beachten?
Wer ein Schwimmbad ganzjährig nutzen möchte und das bei attraktiven Temperaturen, muss sich über die Kosten bewusst sein. Sobald die Temperaturen nachts unter 10 Grad fallen, steigen die Temperaturverluste erheblich an und in der Folge die Kosten für das Aufheizen. Eine Dämmung mit XPS-Platten gegenüber dem Erdreich sollte auf jeden Fall umgesetzt werden. Auch muss das Schwimmbad mit einer Schwimmbadabdeckung ausgestattet sein. Eine Überdachung reicht hier nicht aus, da die Wärmeverluste zu groß sind und die Überdachung vereisen kann. Eine Wärmepumpe die im Sommer Sinn macht, ist im Winter fehl am Platz. Einmal vereist die Wärmepumpe bei niedrigen Außentemperaturen sehr schnell, die Energiekosten sind aufgrund des schlechten Wirkungsgrades bei niedrigen Temperaturen nicht besser als wenn man gleich mit Öl oder Gas heizt. Eine Wahl zwischen Wärmepumpe im Sommer und einer Beheizung im Winter mit Öl und Gas scheint sinnvoll. Auf jeden Fall müssen zuvor die Energieverluste minimiert werden.