Die Geschichte der Wärmepumpe

Die Entwicklung der Wärmepumpe begann genau genommen mit dem riesigen Bedarf nach Kühlung und der Entwicklung der ersten Kältemaschinen. 1834 wurde die erste Dampfkompressionsmaschine zur künstlichen Eiserzeugung erfunden, welche bereits alle Komponenten einer modernen Wärmepumpe enthielt. 

Die Nutzung der «warmen Seite» dieser Maschine wurde ab 1850 vor allem für Eindampfprozesse zur Kochsalzgewinnung in Salzwerken genutzt, um den enormen Bedarf an Holz und Kohle einzusparen. Die Brüdenkompression war deshalb die erste Wärmepumpenanwendung.  Die erste bekannte Wärmepumpe für reine Heizzwecke wurde 1857 für die Saline Ebensee in Oberösterreich installiert.

Die erste Wärmepumpe der Schweiz wurde 1877 in der Saline Bex in Betrieb genommen. Diese Anlage wies einen offenen Wärmepumpenprozess auf und produzierte in kontinuierlichem Betrieb rund 175 kg Kochsalz pro Stunde. 

Ein bemerkenswerter Meilenstein war die Installation der Wärmepumpe im Rathaus Zürich, welche dem Ersatz von Einzelraumholzöfen diente. Der Fluss Limmat mit einer mittleren Temperatur von 7°C während der Heizperiode war eine ideale Wärmequelle. Das Flusswasser wurde um etwa 1.5 K abgekühlt, die nominale Wärmeleistung betrug 100 kW. Es wurde eine Heizungsvorlauftemperatur von 60°C erreicht und zur Spitzenlastdeckung wurde ein elektrisch beheizter Boiler installiert. Als Novum in Europa konnte die Wärmepumpe im Sommer auch für die Raumkühlung eingesetzt werden. 

Während und nach dem Ersten Weltkrieg litt die Schweiz unter den erschwerten Energieimporten. Schon um 1918 begannen Diskussionen um die Einführung von Wärmepumpen zu Heizzwecken. Aufgrund der Kohleknappheit vor und während des Zweiten Weltkrieges wurden in der Schweiz zwischen 1937 und 1955 rund 60 Wärmepumpen gebaut und in Betrieb genommen. Hauptwärmequellen waren Seewasser, Flusswasser, Grundwasser und Abwärme.

Auch in den USA und in Japan boomten Klimatisierungseinheiten zur Kühlung und Heizung, fanden in Zentral- und Nordeuropa jedoch nur geringe Akzeptanz. In Frankreich und Deutschland beispielsweise wurden Wärmepumpen nur sporadisch eingesetzt.

Die in den 1950er und 1960er Jahren stetig sinkenden Erdölpreise und gleichzeitig steigenden Preise für elektrische Energie führten zu einer Stagnation der Wärmepumpen-Verkäufe und auch deren Entwicklung. Dank der Weiterentwicklung der Klimatisierungsgeräte ging das Wärmepumpen-Know-how jedoch nicht verloren. 

Das Erdölembargo von 1973 und die zweite Erdölkrise von 1979/1980 führte zu einer erneuten Konzentration auf alternative Energien und begünstigte die Weiterentwicklung der Wärmepumpentechnologie enorm. Zwar musste aufgrund der Unkenntnis über die Technologie und verbreitete Skepsis eine grosse Überzeugungsarbeit bei Heizungsfirmen, Architekten, Bauherrschaften aber auch Behörden geleistet werden. Dennoch kam es zu einem eigentlichen Wärmepumpenboom, der jedoch infolge unausgereifter Technik und erneut sinkender Erdölpriese ein abruptes Ende fand. 

Die in der Schweiz entwickelten Wärmepumpen für den Ein- und Zweifamilienhausbereich nutzten vorwiegend die Umgebungsluft sowie das Erdreich als Wärmequelle und umfassten einen Leistungsbereich von 10-50kW. Sie erreichten Jahresarbeitszahlen von bescheidenen 1,9 bis 2,3. 

Plattenwärmeübertrager eroberten in den 1970er Jahren den Kälte- und Wärmepumpenmarkt. Zudem wurden nun Scroll- und Schraubenkompressoren gefertigt. Die Einführung von Mikroprozessoren zur verbesserten Regelungstechnik war ein weiterer Meilenstein in der Wärmepumpentechnologie. 

Ab den 1990er Jahren waren mehr und mehr effizientere, zuverlässigere und kostengünstigere Wärmepumpen verfügbar. Die zunehmenden Umweltprobleme und wiederum steigenden Ölpreise förderten das Interesse an alternativen Heizsystemen. Nach 1998 wuchs der Marktanteil für Wärmepumpen bei Einfamilienhaus-Neubauten auf über 75%. Und auch im Sanierungsbereich konnte sich die Wärmepumpe mittlerweile etablieren – das Potenzial ist hier aber nach wie vor gross. 

In Europa wurde die Entwicklung von Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln bereits früh vorangetrieben. Da natürliche und synthetischen Kältemittel unterschiedliche thermodynamische und chemische Eigenschaften aufweisen, erfordert die Umstellung eine Neukonstruktion oder zumindest Anpassung der Hauptkomponenten wie Wärmeübertrager und Kompressoren sowie der Regelungsstrategie. Zudem sind Materialkompatibilität und Minimierung des Kältemittelinhalts weitere Herausforderung in der Entwicklung. 

STIEBEL ELTRON hat bereits 1993 die erste Propan-Wärmepumpe präsentiert und auf den Markt gebracht.