Heizleistung für den Pool berechnen: Aufheizen und Halten

Aufheizen und Halten sind zwei Aufgaben

Die meisten Fehlauslegungen entstehen daraus, dass beide Aufgaben mit derselben Zahl beantwortet werden. Sie hängen aber an verschiedenen Größen des Beckens.

Die zweite Spalte wird regelmäßig unterschätzt. Ein Becken, das an einem Tag 56 Kilowattstunden an die Umgebung verliert, braucht diese 56 Kilowattstunden jeden Tag wieder — und zwar zusätzlich zu allem, was aufgeheizt werden soll. Ein Gerät, das gerade so den Tagesverlust deckt, wird das Becken nie wärmer machen.

Volumen sagt, wie lange es dauert. Oberfläche sagt, ob es überhaupt geht.

Die Unterscheidung erklärt auch, warum die Frage nach der Heizleistung so oft mit einer Gegenfrage beantwortet wird. Wer wissen will, ob ein Gerät reicht, muss zuerst sagen, wofür. Ein Becken, das im Juli auf 26 Grad gehalten werden soll, verlangt etwas völlig anderes als ein Becken, das im Mai von 15 auf 24 Grad gebracht werden soll — und das Gerät, das die eine Aufgabe gut löst, ist für die andere oft ungeeignet.

In der Praxis kommt eine dritte Aufgabe dazu, die selten benannt wird: das Nachheizen nach einer kühlen Nacht. Sie liegt zwischen den beiden anderen. Ein Becken, das über Nacht zwei Grad verliert, braucht am nächsten Vormittag die Energie für zwei Grad zusätzlich zum laufenden Tagesverlust. Genau in diesem Fall zeigt sich, ob eine Anlage Reserve hat oder nur eben mithält.

Die eine Zahl, die man braucht

Wasser hat eine spezifische Wärmekapazität von rund 4,18 Kilojoule je Kilogramm und Kelvin. Umgerechnet auf die im Haushalt übliche Einheit ergibt das eine Zahl, die man sich merken kann.

Mit dieser einen Zahl lässt sich jede Aufheizfrage beantworten. Volumen in Kubikmetern mal Temperaturdifferenz in Kelvin mal 1,16 ergibt die Wärmemenge in Kilowattstunden. Alles Weitere ist Multiplikation.

Zwei Randbemerkungen zur Genauigkeit dieser Zahl. Sie gilt für Wasser bei den Temperaturen, um die es hier geht; die Wärmekapazität ändert sich in diesem Bereich nur in der zweiten Nachkommastelle. Und sie unterstellt eine Dichte von einem Kilogramm je Liter, was für Beckenwasser hinreichend genau ist — auch für Salzwasserbecken, deren Salzgehalt um ein Vielfaches unter dem von Meerwasser liegt.

Was die Zahl nicht enthält, ist jede Form von Verlust. Sie beschreibt die Energie, die im Wasser ankommen muss — nicht die, die man einsetzen muss. Bei einem Elektroheizer sind beide praktisch gleich, weil die aufgenommene Leistung nahezu vollständig als Wärme im Wasser landet. Bei den anderen Bauformen ist das anders, und bei Solar gibt es überhaupt keinen Einsatz, dessen Verhältnis man bilden könnte. Welcher Werkstoff dabei im Wasser steht und warum das über die Eignung entscheidet, behandelt der Ratgeber zu den Werkstoffen im Wasserkreis.

Wer eine Kontrolle für die eigene Rechnung sucht, hat eine einfache: Die Zahl lässt sich an der Wanne im Haus prüfen. Eine Badewanne mit 150 Litern von 15 auf 40 Grad zu bringen verlangt nach derselben Formel rund 4,4 Kilowattstunden — was ungefähr dem entspricht, was ein Durchlauferhitzer in dieser Zeit aufnimmt. Die Größenordnung stimmt also, und die Übertragung auf ein Becken mit hundertfachem Inhalt zeigt sofort, worum es geht.

Was Aufheizen kostet

Für ein Becken mittlerer Größe sieht die Rechnung so aus. Alle Werte sind Überschlagsrechnungen dieses Artikels.

Zur Einordnung: 87 Kilowattstunden sind ungefähr das, was ein durchschnittlicher Zweipersonenhaushalt in zwei Wochen an Strom verbraucht — für fünf Grad in einem vergleichsweise kleinen Becken. Das erklärt, warum das Aufheizen die teure Aufgabe ist und warum keine der hier behandelten Bauformen sie schnell erledigt.

Ein Blick auf die dritte Zeile lohnt: Der Bedarf je Grad liegt zwischen 17 und 58 Kilowattstunden, je nach Beckengröße. Diese Zahl ist im Alltag die brauchbarste, weil sich Temperaturziele meist in einzelnen Graden bewegen. Wer weiß, dass sein Becken 35 Kilowattstunden je Grad braucht, kann jede weitere Überlegung im Kopf anstellen.

Der Zusammenhang ist dabei streng linear: Doppeltes Volumen bedeutet doppelten Bedarf, doppelte Temperaturdifferenz ebenso. Es gibt hier keine Schwelle, ab der es plötzlich günstiger oder teurer würde. Was nicht linear ist, sind die Verluste — sie wachsen mit der Temperaturdifferenz zur Umgebung, und deshalb kostet das letzte Grad zur Zieltemperatur im Betrieb mehr als das erste.

Wie lange das dauert

Wärmemenge geteilt durch Leistung ergibt die Zeit. Für die 87 Kilowattstunden aus dem Beispiel und die Leistungen, die im Markt tatsächlich vorkommen.

Die Spanne zwischen 29 und drei Stunden ist der eigentliche Unterschied zwischen den Bauformen. Sie erklärt, warum ein Elektroheizer als alleinige Heizung selten Freude macht und warum ein Wärmetauscher an einer vorhandenen Anlage die Aufgabe in einem halben Tag erledigt — vorausgesetzt, die Anlage liefert die Wärme.

Für den Alltag folgt daraus eine Planungsregel, die in keinem Datenblatt steht: Wer sein Becken nur am Wochenende nutzt, hat mit einer kleinen Leistung mehr Probleme als jemand, der dauerhaft heizt. Die kleine Leistung braucht nämlich Vorlauf — und wer freitagabends einschaltet, badet frühestens Samstagnachmittag. Umgekehrt kann eine kleine Leistung ein dauerhaft warmes Becken problemlos halten, weil sie dann nur den Tagesverlust auszugleichen hat.

Deshalb ist die Betriebsweise ein Auslegungskriterium und nicht nur eine Komfortentscheidung. Dauerbetrieb mit Abdeckung und kleiner Leistung ist der sparsamste Weg; Wochenendbetrieb mit Aufheizen aus dem Kalten verlangt entweder viel Leistung oder viel Geduld. Ein Gerät für den zweiten Fall zu kaufen und im ersten zu betreiben, führt zu einer Anlage, die die meiste Zeit stillsteht.

Der zweite Punkt, den die Rechnung unterschlägt, ist die Betriebsart der Anlage. Ein Elektroheizer läuft nur, wenn die Filterpumpe fördert — er ist auf deren Laufzeit beschränkt. Wer seine Filteranlage acht Stunden am Tag laufen lässt, hat auch nur acht Stunden Heizzeit. Aus rechnerisch zehn Stunden Dauerlauf werden dann zwei Tage Kalenderzeit, und aus 29 Stunden knapp vier Tage.

Beim Wärmetauscher gilt dasselbe in doppelter Form: Es müssen die Filterpumpe und die Ladepumpe auf der Heizungsseite laufen, und die Hausheizung muss die Wärme bereitstellen. Wer im Sommer die Heizung auf reinen Warmwasserbetrieb gestellt hat, muss sie für das Becken anders fahren. Auch das ist eine Frage der Betriebsstunden und nicht der Baugröße.

Der größte Verlust ist unsichtbar

Ein Becken verliert Wärme auf drei Wegen: durch Abstrahlung, durch Konvektion an die Luft und durch Verdunstung. Der dritte ist der größte, und er ist der einzige, den man ohne Messgerät beobachten kann — am sinkenden Wasserspiegel.

Der Grund liegt in der Verdampfungsenthalpie. Ein Kilogramm Wasser, das verdunstet, nimmt rund 2.257 Kilojoule mit — umgerechnet etwa 0,63 Kilowattstunden je Liter. Das ist viel: Dieselbe Energiemenge würde reichen, um mehr als einen halben Kubikmeter Wasser um ein Grad zu erwärmen.

Diese Zahl in Beziehung zu setzen lohnt: 56 Kilowattstunden am Tag entsprechen einer durchgehenden Leistung von rund 2,3 Kilowatt. Ein 3-Kilowatt-Elektroheizer, der rund um die Uhr liefe, würde also gerade eben den Verdunstungsverlust eines mittleren Beckens decken — und dabei nichts aufheizen.

Die beiden anderen Verlustwege sind kleiner, aber nicht vernachlässigbar. Die Abstrahlung geht von der Wasseroberfläche gegen den Himmel und ist in klaren Nächten am größten — das ist der Grund, warum ein Becken bei wolkenlosem Himmel stärker auskühlt als unter Bewölkung, obwohl die Lufttemperatur dieselbe sein kann. Die Konvektion hängt am Wind: Bewegte Luft trägt die erwärmte Grenzschicht über dem Wasser fort und erhöht gleichzeitig die Verdunstung.

Beide Wege haben denselben Ansatzpunkt wie die Verdunstung, nämlich die Wasseroberfläche. Deshalb wirkt eine Abdeckung auf alle drei gleichzeitig, und deshalb ist ein windgeschützter Standort mehr wert als eine Leistungsstufe mehr. Wer ein Becken auf freiem Feld betreibt, heizt dauerhaft gegen den Wind an.

Ein vierter Posten wird oft vergessen und lässt sich beziffern: das Nachfüllwasser. Was verdunstet ist, wird ersetzt — und zwar mit Leitungswasser, das je nach Jahreszeit zehn bis fünfzehn Grad kühler ist als das Becken. Bei 90 Litern Nachfüllung und zehn Grad Differenz sind das nach der Grundzahl von oben rund eine Kilowattstunde. Das ist wenig gegenüber den 56 Kilowattstunden der Verdunstung selbst, aber es kommt hinzu und nicht davon ab.

Interessant ist an dieser Stelle das Verhältnis. Von den drei Verlustwegen lässt sich nur einer beobachten, nämlich die Verdunstung am Wasserstand. Die beiden anderen sind unsichtbar und müssen geschätzt werden. Wer den Tagesverlust ausschließlich über die Verdunstung rechnet, unterschätzt ihn deshalb — um wie viel, hängt an Wind und Nachthimmel. Ein Zuschlag von einem Drittel auf den errechneten Verdunstungsverlust ist als grobe Sicherheit üblich, und mehr als eine grobe Sicherheit ist er auch nicht.

Oberfläche gegen Volumen

Aus den beiden vorigen Abschnitten folgt eine Beobachtung, die bei der Beckenplanung mehr wert ist als jede Gerätewahl: Zwei Becken mit demselben Inhalt können sich völlig verschieden verhalten.

Ein Becken von acht mal vier Metern mit 1,4 Metern Tiefe fasst rund 45 Kubikmeter bei 32 Quadratmetern Oberfläche. Ein Becken von zehn mal sechs Metern mit 0,75 Metern Tiefe fasst ebenfalls 45 Kubikmeter — aber bei 60 Quadratmetern Oberfläche. Beide kosten dieselbe Energie zum Aufheizen. Das zweite verliert fast das Doppelte, jeden Tag.

Ein flaches, breites Becken ist kein kleineres Becken. Beim Aufheizen verhält es sich wie das tiefe, bei den Verlusten wie ein deutlich größeres.

Das gilt besonders für Aufstellbecken, die konstruktionsbedingt flach und breit sind. Wer dort mit einem Gerät der Einsteigerklasse arbeitet, sollte die Erwartung entsprechend setzen. Welche Geräte für diese Beckenform überhaupt gebaut sind, zeigt der Vergleich der Pool-Elektroheizer.

Warum die Abdeckung vor der Heizung kommt

Wenn der größte Verlust die Verdunstung ist, dann ist die wirksamste Maßnahme diejenige, die die Verdunstung unterbindet. Das leistet eine Abdeckung, und zwar ohne Energieeinsatz.

Physikalisch ist der Vorgang einfach: Verdunstung braucht einen Stoffübergang von der Wasseroberfläche in die Luft. Eine Abdeckung, die auf dem Wasser aufliegt, unterbindet ihn weitgehend; die Luftschicht darunter sättigt sich, und der Vorgang kommt zum Erliegen. Zusätzlich dämmt sie gegen Abstrahlung und Konvektion, wenn auch weniger stark.

Für die Auslegung folgt daraus die Reihenfolge. Erst die Abdeckung, dann die Heizung — und die Heizung erst danach dimensionieren. Eine Anlage, die für den Verlust eines offenen Beckens ausgelegt wurde, ist mit Abdeckung deutlich überdimensioniert.

Was die drei Bauformen wirklich liefern

Die Rechnungen oben brauchen als Eingang eine Leistung. Genau dort unterscheiden sich die Bauformen dieses Bereichs grundlegend.

Beim Elektroheizer ist die Kilowattzahl belastbar: Sie beschreibt die aufgenommene elektrische Leistung, die praktisch vollständig als Wärme im Wasser landet. Wer 3 kW kauft, bekommt 3 kW, und die Rechnung geht direkt auf.

Beim Wärmetauscher beschreibt sie einen Betriebspunkt, und der steht oft nicht dabei. Ein Gerät mit 30 Kilowatt im Produktcode liefert laut der Matrix seines Herstellers je nach Vorlauftemperatur und Volumenströmen zwischen 9 und 46 Kilowatt. Wer die 30 in die Zeitrechnung einsetzt, rechnet mit einer Zahl, die es im eigenen Betrieb vielleicht nie gibt. Welche Hersteller ihre Betriebspunkte offenlegen, führt der Vergleich der Pool-Wärmetauscher auf.

Beim Solarkollektor gibt es überhaupt keine Leistungsangabe, weil es keine feste Leistung gibt — der Ertrag hängt an der Einstrahlung und damit an Wetter und Tageszeit. Hier wird nicht mit Kilowatt gerechnet, sondern mit Fläche.

Warum die Herstellerangaben nicht weiterhelfen

Über fünfzehn geprüfte Geräte dieses Bereichs hinweg gibt es keine einzige Angabe, die sich in die obigen Rechnungen einsetzen ließe, ohne dass eine Bedingung fehlt.

Ein Versandgerät verspricht „0,5 bis 1,5 Grad, je nach Volumen und Außentemperatur" — ohne Zeitbezug. Ob je Stunde, je Tag oder insgesamt, steht nicht dabei. Ein Solarkollektor nennt „bis zu 6 Grad" und bindet das immerhin an Einstrahlung, Durchfluss und Poolgröße; ein Zeitbezug fehlt auch dort.

Die verbreitetste Angabe ist ein empfohlenes Beckenvolumen — „für Pools bis 12.000 Liter", „für Becken von 10 bis 15 Kubikmetern". Sie sagt nichts darüber, unter welchen Bedingungen die Empfehlung gelten soll: keine Zieltemperatur, keine Außentemperatur, keine Aussage darüber, ob das Becken abgedeckt ist. Zwei Becken mit 12.000 Litern, eines abgedeckt und eines offen, haben nach den Rechnungen oben völlig verschiedene Anforderungen.

Dieselbe Lücke zeigt sich bei den Wärmetauschern in anderer Form. Dort steht statt eines Beckenvolumens eine Kilowattzahl — aber ohne den Betriebspunkt, für den sie gilt, ist auch sie eine Bezugsgröße ohne Bedingung. Bei zwei Herstellern des Felds steht der Betriebspunkt dabei, bei einem sogar die ganze Matrix. Bei den übrigen zwei nicht.

Und beim Elektroheizer, wo die Kilowattzahl belastbar ist, fehlt dafür der zweite Wert: Nur zwei von fünf beziffern den Mindestdurchfluss, den die Filterpumpe liefern muss. Eine Leistung, die das Gerät nicht abgeben darf, weil zu wenig Wasser fließt, hilft in keiner Rechnung. In jeder Bauform fehlt also etwas anderes — was das Vergleichen zwischen den Bauformen so mühsam macht.

Bei Solar rechnet man mit Fläche

Für Solarkollektoren gibt es eine verbreitete Auslegungsregel, die die Kollektorfläche auf die Wasseroberfläche des Beckens bezieht und nicht auf das Volumen. Nach allem, was oben steht, ist das konsequent: Der Verlust, den ein Kollektor ausgleichen soll, geht über die Oberfläche.

Prüfen lässt sich diese Regel an den Produkten dieses Bereichs allerdings kaum. Keiner der fünf geprüften Solarkollektoren nennt eine Absorberfläche. Drei nennen ein empfohlenes Beckenvolumen — also ausgerechnet die Größe, die für die Verluste nicht maßgeblich ist. Ersatzweise lässt sich die Grundfläche aus den Außenmaßen rechnen; sie ist eine Obergrenze für die wirksame Fläche und funktioniert nur beim Vergleich gleichartiger Bauformen. Die Einzelheiten stehen im Vergleich der Solar-Poolheizungen.

Bemerkenswert ist, dass es eine Prüfnorm gibt: Ein internationales Verfahren regelt die Bewertung der thermischen Leistungsfähigkeit von Flüssigkeitskollektoren. Kein Hersteller des geprüften Feldes beruft sich darauf. Die Norm belegt hier also keinen Wert, sondern nur, dass der Wert messbar wäre.

Für die Praxis bleibt deshalb ein Umweg. Statt die Fläche zu vergleichen, vergleicht man den Wasserinhalt des Kollektors — er sagt, wie viel Wasser gleichzeitig in der Sonne steht, und er lässt sich nicht schönrechnen. Drei der fünf Produkte nennen ihn, mit vier bis fünf Litern bei den kleineren Baugrößen. Zwei Kollektoren mit gleicher Grundfläche und verschiedenem Inhalt sind verschieden gebaut, und der mit mehr Inhalt hat mehr durchströmtes Volumen.

Und es bleibt die Beobachtung am eigenen Becken. Ein Kollektor, der an einem sonnigen Tag das Wasser um ein Grad hebt, hat rund 17 Kilowattstunden geliefert, wenn das Becken 15 Kubikmeter fasst — plus dem, was in derselben Zeit verloren ging. Das ist die einzige Messung, die bei dieser Bauform wirklich etwas aussagt, und sie braucht nur ein Thermometer und zwei Ablesungen.

Die Reihenfolge der Auslegung

Aus allem Vorigen ergibt sich eine Reihenfolge, die bewusst nicht bei der Gerätewahl beginnt.

Erstens die Verluste senken. Abdeckung, Windschutz, gegebenenfalls ein Standort, der nicht im Luftzug liegt. Jede hier vermiedene Kilowattstunde muss nicht erzeugt werden.

Zweitens den Tagesverlust abschätzen. Wasserstandsverlust in Millimetern mal Oberfläche mal 0,63 Kilowattstunden je Liter. Das ergibt die Leistung, die eine Anlage im Dauerbetrieb mindestens bringen muss, um die Temperatur überhaupt zu halten.

Drittens die Aufheizzeit prüfen. Volumen mal Temperaturdifferenz mal 1,16, geteilt durch die Leistung, die über dem Tagesverlust liegt. Was übrig bleibt, heizt.

Ein Beispiel für die dritte Stufe, mit den Zahlen von oben: Ein Becken mit 15 Kubikmetern und 30 Quadratmetern Oberfläche verliert bei drei Millimetern Verdunstung rund 56 Kilowattstunden am Tag, also im Mittel 2,3 Kilowatt. Ein 9-Kilowatt-Gerät hat davon 6,7 Kilowatt übrig. Die 87 Kilowattstunden für fünf Grad brauchen damit nicht zehn, sondern rund dreizehn Stunden. Mit einem 3-Kilowatt-Gerät bliebe rechnerisch 0,7 Kilowatt übrig — die fünf Grad wären erst nach mehreren Tagen erreicht, wenn das Wetter mitspielt.

Mit Abdeckung sieht dieselbe Rechnung anders aus, und zwar deutlich. Fällt der Verdunstungsverlust weitgehend weg, bleibt vom 9-Kilowatt-Gerät fast die volle Leistung zum Aufheizen — und aus dreizehn Stunden werden wieder zehn. Das ist die konkrete Form der Aussage, dass die Abdeckung vor der Heizung kommt.

Viertens die Bauform wählen, die diese Leistung realistisch liefert — und erst dann die Baugröße. Welche Bauform zu welchem Becken passt, ordnet die Übersicht über Poolheizungen ein.

Was diese Rechnungen nicht können

Zum Schluss die Einschränkungen, und sie sind erheblich. Diese Überschlagsrechnungen ersetzen keine Auslegung durch einen Fachbetrieb, und sie tun so, als sei ein Becken ein Wassereimer mit einer Oberfläche.

Nicht enthalten sind die Wandverluste. Ein eingelassenes Becken gibt Wärme an das umgebende Erdreich ab, ein Aufstellbecken an die Umgebungsluft. Wie viel, hängt an Dämmung, Bodenart und Grundwasserstand — Größen, die niemand ohne Weiteres kennt. Bei einem gut gedämmten Becken ist der Anteil klein gegenüber der Verdunstung, bei einem ungedämmten Aufstellbecken nicht.

Nicht enthalten ist das Wetter. Regen kühlt, Sonneneinstrahlung wärmt, und beides in Größenordnungen, die den Tagesverlust überschreiten können. Ein Becken, das an einem sonnigen Tag von allein wärmer wird, braucht an diesem Tag keine Heizung — und in der Nacht darauf umso mehr.

Nicht enthalten sind die Kosten. Dieser Artikel rechnet in Kilowattstunden und nicht in Geld. Was eine Kilowattstunde kostet, hängt an Tarif, Bauform und Jahreszeit und ändert sich schneller, als ein Artikel altert.

Nicht enthalten ist der Badebetrieb. Wer aus dem Becken steigt, nimmt Wasser mit, und dieses Wasser verdunstet auf der Haut und auf dem Handtuch — auf Kosten der Beckenwärme. Bei starker Nutzung kommt hinzu, dass die Wasseroberfläche in Bewegung ist, was die Verdunstung erhöht. Beides ist real und beides ohne Messung nicht zu beziffern.

Was die Rechnungen trotzdem können, ist Erwartungen sortieren. Wer weiß, dass sein Becken 35 Kilowattstunden je Grad braucht und an einem warmen Tag 50 verliert, erwartet von einem Gerät mit drei Kilowatt nichts Dramatisches mehr — und ist auch nicht enttäuscht, wenn es die Temperatur an kühlen Tagen nur hält statt hebt. Genau an dieser Erwartung werden die meisten Poolheizungen gemessen, und daran scheitern sie.

Und sie beantworten eine Frage, die vor dem Gerätekauf steht: ob überhaupt geheizt werden soll. Ein Becken, das ohne Heizung von Juni bis August nutzbar ist, wird mit Abdeckung und Kollektor zu einem Becken von Mai bis September. Ein Becken, das im Juli nur zwanzig Grad hat, hat meist kein Heizungs-, sondern ein Verlustproblem — und das löst keine Leistungsstufe.

Was sie außerdem können, ist die Frage nach der Betriebsweise zu schärfen. Ein Becken, das durchgehend auf Temperatur gehalten wird, verlangt eine Leistung in der Größenordnung des Tagesverlusts. Ein Becken, das nur am Wochenende genutzt und dazwischen abgesenkt wird, verlangt entweder deutlich mehr Leistung oder deutlich mehr Vorlauf. Beides sind rechenbare Größen, sobald Volumen und Oberfläche bekannt sind — und beides steht in keinem Datenblatt.

Die Rechnungen hier sagen, in welcher Größenordnung sich die Sache abspielt. Sie sagen nicht, welches Gerät zu kaufen ist — dafür sind zu viele Größen im Spiel, die kein Datenblatt nennt.