Wärmepumpen wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll einsetzen
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Wärmepumpen wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll einsetzen

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert den Einsatz effizienter Wärmepumpen für die Raumbeheizung allgemein, die Warmwasserbereitung in Wohngebäuden sowie für die Bereitstellung von Prozesswärme und Fernwärme.

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert den Einsatz effizienter Wärmepumpen für die Raumbeheizung allgemein, die Warmwasserbereitung in Wohngebäuden sowie für die Bereitstellung von Prozesswärme und Fernwärme.

Bild: Rainer Sturm / pixelio.de

Wärmepumpen wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll einsetzen

Die Wärmepumpe hebt das Temperaturniveau von Wärmeenergie an. Ihre Funktionsweise ist daher mit der eines elektrischen Transformators vergleichbar. Auch bei Umgebungstemperatur besitzen Stoffe Wärmeenergie, selbst wenn sie sich kalt anfühlen. Bei trockener Luft mit 0 °C sind es beispielsweise rund 274 KJ/kg. Aber solange ein Stoff dieselbe Temperatur besitzt wie die Umgebung, ist diese Energie technisch nicht nutzbar und die Thermodynamik spricht von reiner Anergie. Erst ein Temperaturunterschied zur Umgebung ermöglicht die Verwertung der Energie in technischen Prozessen. Die Wärmepumpe erzeugt eine solche Temperaturdifferenz.


Was macht den Einsatz einer Wärmepumpe sinnvoll?

Die Temperaturerhöhung in der Wärmepumpe kommt nicht ganz umsonst. Für den Betrieb der Wärmepumpe muss eine gewisse Menge Energie zugeführt werden. Wie viel, hängt insbesondere von der Temperaturdifferenz ab, die sie erzeugen soll. Bei geeigneter Wahl der Betriebsparameter ist dieser Anteil der zusätzlich zuzuführenden Energie allerdings geringer als der Energieaufwand für ein direktes Beheizen. Aber welche Parameter spielen bei der Beurteilung der Wirtschaftlichkeit und Ökologie einer Wärmepumpe eine Rolle und wie sind sie zu wählen? Dazu zunächst einmal ein kurzer Einblick in die Funktionsweise einer Wärmepumpe.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Wärmepumpen arbeiten mit einem Kreisprozess, der ein geeignetes Fluid verdichtet und verflüssigt sowie anschließend wieder entspannt und verdampft. Der Prozess kann entweder mechanisch, durch einen Verdichter angetrieben werden oder auf der Absorption eines Gases in einer Flüssigkeit beruhen. Bei einer Kompressionswärmepumpe nimmt das Kältemittel in einem Verdampfer Anergie aus der Umgebung auf und gibt sie in einem Kondensator als Nutzenergie, bei einer höheren Temperatur wieder ab. Der Antrieb erfolgt über einen Verdichter, der meist elektrisch aber auch mit Verbrennungsmotoren erfolgen kann. In der Praxis kommen meist Gasmotoren zum Einsatz. Die dem Verdichter zugeführte Energie wird ebenfalls Teil der Nutzenergie am Kondensator.

Eine Absorptionswärmepumpe arbeitet ähnlich, allerdings wird das verdampfte Kältemittel in einer geeigneten Lösung absorbiert, wodurch das vergleichsweise energieaufwändige Komprimieren des gasförmigen Kältemittels entfällt. Das Austreiben des Kältemittels aus der Lösung erfolgt durch ein Erhitzen, beispielsweise durch eine direkte Befeuerung. Besonders im gewerblichen und industriellen Bereich ist aber auch die Beheizung mit Heißwasser oder Dampf möglich, sodass auch Abwärme nutzbar ist. Hier zeigt sich ein weiterer wesentlicher Aspekt für die Beurteilung von Wärmepumpen.

Wirtschaftliche und nachhaltige Wärmegewinnung mit Wärmepumpen

Für die ökonomische und ökologische Bewertung von Wärmepumpenanlagen spielen folgende Parameter eine Rolle:

- Temperaturdifferenz zwischen der warmen und kalten Seite

- Ursprung der für den Prozessablauf nötigen Energie

- Anergiequelle

Zum Beispiel ist die erwähnte Abwärmenutzung im Allgemeinen eine wirtschaftliche und nachhaltige Lösung. Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn die Heiztemperatur gesenkt werden kann, etwa mit einer Fußbodenheizungen, deren Vorlauftemperatur typischerweise unter 30 °C liegt.

Auf der anderen Seite lässt sich der Wirkungsgrad der Wärmepumpe gleichfalls verbessern, wenn eine Anergiequelle mit höherer Temperatur zur Verfügung steht. Das kann zum Beispiel das Erdreich sein oder ein solarthermischer Kollektor.

Die genannten Parameter bieten einen sehr großen Spielraum für die Auslegung von Wärmepumpenanlagen. Pauschalurteile über ihren Nutzen sind daher kaum hilfreich.

Beispiel 1: Es diene eine Wärmepumpe für die Raumheizung, die durch Strom aus einem konventionellen Kraftwerk mit 35 Prozent Wirkungsgrad angetrieben wird und die Anergie aus der Umgebungsluft bezieht. Bei dieser Anlage ist es bereits bei etwa 3 °C Außentemperatur sinnvoller, die Primärenergie direkt zum Heizen zu verwenden. Aber selbst dieses ungünstige Beispiel lässt sich ökologisch und ökonomisch vernünftig nutzen, wenn die wenig aufwändige Wärmepumpenkonstruktion nur in der Übergangszeit eingeschaltet wird, dann aber die konventionelle Heizung komplett ersetzt.

Beispiel 2: Anders sieht es aus, wenn die Wärmepumpe mit einem Verbrennungsmotor statt dem Elektroantrieb betrieben wird. In diesem Fall kann die Abwärme aus dem Abgas zusätzlich zum Heizen genutzt werden und der Einsatzbereich erweitert sich deutlich zu tieferen Außentemperaturen. Ähnliches gilt auch für direkt befeuerte Sorptionswärmepumpen.

Dies sind aber nur ein paar Beispiele, die aufzeigen, dass sich die wirtschaftlichen und ökologischen Aspekte bei Wärmepumpen durch eine geschickte Gestaltung der Anlage erheblich verbessern lassen.


Förderung von Wärmepumpen

Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) fördert den Einsatz effizienter Wärmepumpen für die Raumbeheizung allgemein, die Warmwasserbereitung in Wohngebäuden sowie für die Bereitstellung von Prozesswärme und Fernwärme. Eine Förderung ist nur bei Bestandsbauten möglich, deren Bauantrag vor dem 1. Januar 2009 gestellt wurde und die zu diesem Zeitpunkt bereits ein Heizungssystem besaßen. Die förderbaren Anlagen sind in einer Liste zusammengestellt, die von der BAFA-Website heruntergeladen werden können, ebenso wie die entsprechenden Antragsformulare. Unternehmen müssen beachten, dass die Antragstellung vor dem Unterzeichnen eines Liefer- oder Leistungsvertrags erfolgen muss.



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