Luca Leicht:
Luca Leicht: Wir sprechen heute über ein Thema, das an der einen oder anderen Stelle schon ziemlich viel rauf und runter diskutiert wurde. Die Wärmepumpe. Aber halt Finger weg vom Skip-Button. Es geht heute nicht um das Heizungsgesetz und es geht auch nicht um Verbote und schon gar nicht um die nervigen Spielchen irgendwelcher Berliner Politiker. Stattdessen wollen wir uns mal die Technik genauer anschauen und vor allem, warum die Wärmepumpe immer häufiger auch im Auto zu finden ist. Mein Kollege Markus Schönfeld hat nämlich genau dieses Thema kürzlich sehr umfassend recherchiert und wie ich finde in seiner Geschichte auch wirklich toll erklärt. Welche Vorteile zum Beispiel die Wärmepumpe hat, aber auch welche Nachteile sie mit sich bringt. Warum gerade im E-Auto sie so besonders wirkungsvoll zum Einsatz kommt. Und natürlich auch was von Mehrkosten mitbringt. All das will ich heute mit ihm besprechen. Deswegen hallo Markus, schön, dass du dabei bist.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Hi Luca.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Wir reden ja heute über das Heizen, deswegen wäre als allererstes vielleicht mal am sinnvollsten, Markus, wenn du uns in die Welt des Heizens im Auto hebst und erklärst, wie viel Heiz im Auto überhaupt.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Wir wollen ja nur aus der Traditionsrichtung kommen. Wir haben mehr als 100 Jahre Verbrennungsmotoren vor uns hergeschoben, die uns auch quasi wie ein fahrendes Lagerfeuer beheizt haben und nebenbei ein bisschen auch für Bewegungsenergie gesorgt haben. Aber in der Regel setzen sie den Großteil des fossilen Kraftstoffes in Heizwärme. Insofern hatten wir eigentlich nie im Winter ein Problem, das Auto warm zu kriegen.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Okay, und die andere Hälfte ist das Thema Kühlen. Das kennen wir schon auch länger, die Klimaanlage im Auto. Wie funktioniert die?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Genau. Die Klimaanlage, da sind wir schon so ein bisschen in dem Wärmepumpenthema, erzeugt quasi künstlich Kälte. Das funktioniert über einen Zauberstoff, der heißt Kältemittel. Und man macht sich da ein ganz einfaches physikalisches Prinzip zu nutzen, nämlich dass Stoffe, die sich ausdehnen, der Umgebung Wärme entziehen. Und wenn man sie wieder komprimiert, geben sie Wärme ab. Man kennt das von einer Luftpumpe. Fahrradreifen aufpumpt, wird vorne das Ventil ganz heiß und wenn man die Luft wieder rauslässt, wird es ganz kalt. Und dafür braucht man einen Kompressor und einen Verdampfer und ein paar Ventile und dann kann man eben auch einen Innenraum bekanntermaßen mit der Klimaanlage kühlen.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Okay und dann in zweier Pumpe, was ist das?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Die Wärmepumpe kann beides. Sie macht sich das gleiche Wirkungsprinzip zu Nutze. Aber je nachdem, ob man heizen oder kühlen will, zieht man die Wärme oder die Kälte an der entsprechenden Stelle ab. Der Aufbau ist deswegen ein bisschen komplexer als bei einer Klimaanlage. Man braucht ein bisschen mehr Leitung, ein bisschen mehr Steuerung, ein bisschen mehr Intelligenz dahinter. Aber das Prinzip ist das Gleiche.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Okay, und jetzt wieso kommen gerade im E-Auto immer häufiger Werbepumpen zum Einsatz?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Beim Elektroauto haben wir eben das Problem, dass wir eben nicht dieses Lagerfeuer mit dabei haben, was uns immer schön wärmt. Das heißt, wir müssen den Energievorrat, den wir an Bord haben, der deutlich geringer ist als jetzt bei einem Kraftstofftank. Also wir reden da um den Faktor 10 ungefähr. Wenn man jetzt ein Liter Diesel nimmt beispielsweise, dann ist das ungefähr so viel Heizenergie wie in 10 Kilowattstunden steckt. Und die großen Akkus von teuren Elektroautos haben derzeit 80 bis... 100 Kilowattstunden in der Batterie. Das heißt, wir haben nur quasi 10 Liter Sprit zur Verfügung. Und mit dem Energievorrat müssen wir halt auskommen. Da Elektromotoren keine Wärme erzeugen, also groß beim Betrieb, haben wir also keine Abwärme, die wir nutzen können, um den Innenraum zu heizen. Der Vorteil ist, dass es extrem effizient ist. Aber wir müssen halt für die Erwärmung des Innenraums nochmal Energie aufhören.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Ok, verstehe. Dann jetzt mal ins Detail geschaut, wie funktioniert genau diese Wärmepumpe? Du hast gesagt, es gibt einen Kreislauf mit einem Kühlmittel und einen Kompressor und... Was passiert da? Kannst du das mal beschreiben? Der Reihenfolge, was macht denn dieses Kühlmittel? Weil ich nehme an, um das geht's am Ende.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Genau, also das Kühlmittel ist, wenn man sich jetzt noch mal zu dieser Luftpumpe zurückdenkt, also Stoffe dehnen sich aus, entnehmen der Umgebung Wärme und wenn man sie komprimiert, geben sie Wärme ab. Das Kühlmittel ist quasi darauf ausgelegt, dass es in unserem Wohlfühlbereich, also in dem Moment, wo es verdichtet wird, sogar noch gasförmig bleibt und wenn es sich entspannt, flüssig wird. Also Dieser Aggregatzustand verstärkt den von der Luftpumpe erklärten Prozess. Und dadurch kann ich die Effizienz von der Wärmepumpe schrägstrich Klimaanlage schrägstrich Kühlschrank steigern. Der große Vorteil ist, dass ich dafür, für diesen Wärmeaufnahmeprozess, Wärme aus allen möglichen Teilen der Umgebung aufnehmen kann. Bei einem Auto ist das beispielsweise die Leistungselektronik. Bei einem Elektroauto wird die ein bisschen warm, da kann ich Energie rausziehen. Ich kann aus der Umgebungsluft Energie rausziehen, ich kann aus dem Innenraum, aus der Batterie, ich kann aus allen möglichen Komponenten, wenn ich dann die Zuleitung habe, Energie ziehen und die in mein Kältemittel bringen. Das Kältemittel wird über einen Kompressor verdichtet und an einen Wärmetauscher, wie man ihn auch bei einer normalen Heizung kennt, weitergeleitet und dort kann sie die Energie in Form von Wärme abgeben. fließt dann zurück in den Verdampfer und von dort aus geht der Prozess von Neuem los.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Das heißt, am Ende haben wir da einen Verdampfer, einen Wärmetauscher, meine ich. Und wie sieht das aus? Die Kühlrippen werden wahrscheinlich mit Luft angepustet. Und dann kommt eben warme Luft, wie wir es kennen, aus den Lüftungsdüsen im Cockpit oder im Auto auf uns drauf. Und uns wird warm.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Ganz genau, also wenn ich jetzt Luft erwärmen will, dann mache ich das ja wie mit einer normalen Heizung auch. Also ich habe so Kühlrippen, da strömt dann Wasser durch, in dem Fall eben das Kühlmittel. Und ich puste Luft hindurch und dann erwärmt sich T.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Es ist auch dann, jetzt müssen wir doch ein bisschen zurück auf dieses Haus- und Wärmeheizungsgesetz kommen. Ist es dann genauso, wie das auch zu Hause passieren würde oder gibt es dann noch Unterschiede zum Auto und der Wärmepumpe im Haus?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Das Prinzip ist das Gleiche beim Haus. Man hat mehrere Möglichkeiten. Man nimmt als Energiereservoir die Umgebungsluft. Man kann aber auch das Grundwasser nehmen, das eine gewisse konstante Temperatur hat. Oder man nimmt das Erdreich. Wichtig ist immer, dass man Temperaturunterschiede hat, um diesen Wechsel des Kältemittelzeit vorziehen zu können.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Okay, und ansonsten wie viel ich nehme an bei einem Haus ist die Leistung von der Wärmepumpe deutlich höher oder ist es da auch vergleichbar?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Ja, das ist alles ein bisschen größer dimensioniert. Ich brauche vor allem mehr Heizfläche im Haus. Aber im Auto... oder anders. vergleicht man die Heizleistung von einer Wärmepumpe mit klassischen Heiz-Elementen, also wie man zum Beispiel aus einem Föhn kennt, diese Heizdrähte. Die gibt es in einer abgewandelter Form als sozusagen als PTC-Elemente, also so eine Art Keramikwerkstoff, der nicht überhitzen kann. Wenn man Föhn kann ja überhitzen, PTC-Element nicht. Dann sind diese Heiz-Elemente für sich betrachtet schon sehr effizient. Sie setzen quasi die Referenz, aus einer Kilowattstunde Strom mache ich eine Kilowattstunde Heizwert. Und dadurch, dass die Wärmepumpe aus der Umgebung noch Energie dazunimmt, hat sie halt eine höhere Effizienz und sie heizt in dem Sinne ja nicht, sondern transportiert eben nur dieses Kältemittel durch verschiedene Aggregatzustände. Und dadurch ist die Effizienz deutlich höher. Also ich kann dann aus einer Kilowattstunde Strom, die ich aus meinem Akku ziehe, drei bis vier Kilowattstunden Heizleistung erzeugen.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Das ist total schön, wenn man sich jetzt vorstellt, dass man sich so auch irgendwie vor sich fortbewegen könnte, dann würden aus 3, 4, 500 Kilometer Reichweite ganz schnell 2.500 Kilometer. Aber da wir nicht mit Wärme fahren, sondern mit Bewegungsenergie, tut sich das leider so nicht. Jetzt haben wir gesprochen, dass die Wärmepumpe ja relativ effizient ist und damit einen tollen Hebel mitbringt. für das Elektroauto so interessant ist, weil sie eben sehr sparsam mit Energie umgeht. Aber gibt es denn da auch Grenzen bei der Wärmepumpe im Auto? Also ab wann steigt die aus? Gibt es irgendeinen Moment diese PTC-Elemente ins Spiel gebracht gerade, wo die einfach überlegen sind?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Ja, also PTC-Elemente, also quasi Heizwiderstände, die funktionieren ja einfach nur, weil Strom durch einen Leiter fließt und erhitzt sich dann, dann gibt es so ein physikalisches Gesetz. Und die sind natürlich ultraschnell. Ich leg Strom an, die werden sofort heiß und schon hab ich Wärme. Das ist an sich erstmal effizient und schnell und einfach aufgebaut. Also ich brauch da nicht viele Bau-Elemente, ich brauch nur einen Leiter und Strom. den ich vorher beschrieben habe, erstmal laufen, hochlaufen. Muss das Kettemittel durchfließen, muss die Aggregatzustände ändern und es muss Energie aus der Umgebung aufnehmen. Da sind wir auch schon bei der ersten Grenze, nämlich die Energie aus der Umgebung. Wenn ich die nicht habe, wenn mein Auto ausgekühlt ist, beispielsweise die Batterie minus 15 Grad hat, das Auto im Innenraum, alle Komponenten haben minus 15 Grad, die Umgebungsluft ist vielleicht noch kälter, dann ist da sehr wenig Energie und Da wird es dann auch schnell ineffizient für die Wärmepumpe.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Ist da, also minus 15 Grad, ist das diese Grenze, wo man dann sagt, ab jetzt wird die Wärmepumpe quasi mehr zum Energiefresser als zum Energie- oder zum Akku-schonenden Element?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Das hängt von ganz vielen Faktoren ab. Also erstmal ist das Kältemittel entscheidend, wo das den Situ-Punkt hat. Das sind meist zwischen minus 30 und minus 50 Grad. Also je weiter er weg ist, desto effizienter kann noch die Heizung arbeiten. Aber es liegt auch am Fahrprofil. Fahr ich lange, fahre ich weite Strecken, dann kann sich das System quasi einpegeln. Ich habe dann eben gewisse Energie im Antriebsstrang und in der Batterie, die ich abgreifen kann. Und je länger die Wärmepumpe läuft, desto... größer wird der Vorteil auch im Vergleich zu PTC-Heizelementen, die ja dann konstant Energie brauchen.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: ist ja auch so, dass manche Elemente im Auto auch den Vorteil haben, wenn sie eine gewisse Grundtemperatur haben. Der Akku zum Beispiel mag es jetzt auch nicht so kalt. Besonders haben wir schon häufiger hier im Podcast gesprochen, zum Beispiel mit einem LFP-Akku arbeiten oder fahren. Dann findet er alle Temperaturen unter Null ja überhaupt gar nicht so witzig und will da eigentlich gar nicht losfahren. Werden die Wärmepumpen auch dafür genutzt, dass die dann sozusagen den Kühlkreislauf anheizen, damit das Auto auch schneller auf Betriebstemperatur kommt?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Erst um überhaupt die Grundtemperatur einzukriegen, werden natürlich weiterhin auch PTC-Heizelemente verwendet. Das ist übrigens beim Verbrennungsmotor genauso. Da gibt es auch ganz viele Heizungen, die Kraftstoffe, Öle, Ansorgtemperatur, Abgastemperatur. Also überall da sitzen auch solche Heizelemente, die das Fahren effizient und sauber machen sollen, auch möglichst schnell für Brauszyklen. Und so ist es bei der Batterie, bei batterieelektrischen Fahrzeugen eben auch. Und wie gesagt, bei Kurzstrecken wird das nie greifen, das Wärmepumpenprinzip. Also wenn ich jeden Tag nur meine drei Kilometer zur Arbeit oder fünf Kilometer zur Arbeit fahre, dann werde ich wahrscheinlich gar nicht ein Wärmepumpen brauchen. Da wird ein BTC-Heizer einfach reichen.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Ok, verstehe. Das heißt, die Wärmepumpe ist vor allem für Langstrecken-Elemente wichtig, aber ich meine, so kennen wir es ja auch vom Verbrenner. Wenn ich mit meinem Diesel los tucke, dann ist der auf den ersten, keine Ahnung, zwei Kilometern wahrscheinlich auch in den meisten Fällen nicht warm. Da schalte ich dann die Sitzheizung zu und dann wird mir erst warm. Genau, die Elemente gibt es ja auch im E-Auto besonders verstärkt, würde ich behaupten sogar. Es gibt ja wenig E-Autos, die sogar so ganz ohne Sitzheizung und ganz ohne Lenkradheizung oder derlei Dinge ausgeliefert werden. Eine Frage bei dem Thema Heizen ist noch, kennst du das Thema Infrarotheizen beim Auto schon? Oder ist das was ganz Neues?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: ist mir noch nicht begegnet. Also in Häusern ist das klar, also kennt man das, aus Bädern, wo man einfach einen Stecker in die Steckdose steckt, wo man Heizfläche hat und die dann die Strahlungswärme nutzt. Im Auto habe ich es noch nicht gesehen. Ich könnte mir vorstellen, dass es bauartbedingt ein bisschen schwierig wird, so Heizflächen zu installieren. Wir haben ja mittlerweile zwei Heizsysteme, die elektrisch, elektrische Energie in Wärme umwandeln. Also die sollten wir vielleicht erstmal optimieren, bevor wir dann über… Die nächste Generation von Heizung Hint.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Finde gut. Dann bleiben wir bei der aktuellen Wärmepumpe-Thematik. Wenn wir jetzt sagen, wir sparen damit Energie, du hast vorhin gesagt, wir haben dann den Faktor 4, vielleicht sogar 5 an Effizienzgrad, den wir gewinnen können. Was bedeutet denn das in Reichweite? Kann ich dann auch sagen, ich habe Faktor 4, Faktor 5 Reichweite? Ne, sicherlich nicht.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Wie gesagt, das hängt extrem vom Fahrprofil und von den Temperaturen ab. Bei Tesla, die anfangs auch keine Wärmwumpen verbaut haben, haben sie irgendwann bei Model Y von 20 Prozent gesprochen. VW hat, glaube ich, nochmal mehr versprochen, musste dann aber quasi in Buße gehen und den Kunden ein bisschen Geld zurückgeben.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Ich habe 30 gesagt, aber ich habe nur max 20 erreicht.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Genau.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Da gab es sogar ein bisschen Geld zurück für manche Kunden, knappe 300 Euro.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Genau, also in jedem Falle ist es so in den klassischen Fahrzyklen ist es tatsächlich eine Ersparnis von rund 20 Prozent. Das kann man schon sagen.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Du hast ja mein Wort. Dann bleibt noch die große Frage zum Schluss. Was kostet der Spaß, wenn ich eine Werbung behaben will? Und kriege ich überhaupt ein Auto ohne?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: VW hatte ja am Anfang des Jahres wegen der Versorgungsengpässe tatsächlich auch die Wärmepumpen für den mittel europäischen Markt rausgeschmissen. Wir hatten einfach keine. Ich glaube in Skandinavien war sie trotzdem Grundvoraussetzung. Damals lagen die Aufpreise glaube ich so zwischen 800 und 1000 Euro. Das ist auch BMW i3 ist immer das älteste Beispiel, das wir haben, weil das ein sehr altes, langes Konzept ist. Da war es damals auch zwischen 800 und 1000 Euro. Mittlerweile haben die meisten Autos gerade im Premiumbereich. wo man ohnehin schon 40 oder 50.000 Euro zahlt, die Wärmepumpe als Standard drin. Also Model Y hat das drin. Selbst in Fiat 500e gibt es eine Ausstellung, die mit Wärmepumpe... Also das sind so die meistverkauften Elektroautos bei uns. Und VW, glaube ich, hat sich auch wieder die Teileversorgung gesichert.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: Merappelt. Okay, jetzt noch dann zur allerletzten, die vielleicht wichtigste Frage. Du hast dich jetzt viel mit dem Thema auseinandergesetzt. Würdest du einem Autokäufer, einem E-Auto-Käufer empfehlen, ein Auto dann, wenn es optional ist, mit oder ohne Wärmepumpe zu kaufen?
Luca Leicht:
Markus:
Markus: unbedingt mit. Also wenn das jetzt nicht ein ganz klares Drittauto ist, was jetzt wirklich nur für Kurzstrecken genutzt wird, dann würde ich immer mit.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: und für kurzstreckenden Sommer bei Wohlfühltemperatur.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Ja, also Sommer ist auch so ein Thema. Also wenn ein Wärmepumper an Bord hat, hat man gleichzeitig auch eine Klimaanlage. Das macht ja dann auch im Sommer Sinn.
Markus:
Luca Leicht:
Luca Leicht: a, das war's auch schon. Vielen Dank, Markus, für all die Infos, all die Themen rund um die Wärmepumpe. Und euch da draußen natürlich auch vielen, vielen Dank fürs Zuhören. Das war Automotor und Sport erklärt. Wenn ihr noch eine Frage habt an den Markus zur Wärmepumpe, schreibt uns gerne an podcast-ams at motorpresse.de oder hinterlasst uns auch gerne einen Kommentar bei iTunes, Spotify und Co. Und sagt uns, wie's euch gefallen hat und was ihr euch sonst noch für Themen wünscht, die wir gerne beackern sollen. Mein Name ist Luca Leicht, ich sag tschüss, bis zum nächsten Mal.
Luca Leicht:
Markus:
Markus: Bis dahin, tschüss.
