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Ausgabe 02/2006 |
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Ausgabe 02/2006
Geothermie
Heizen mit Erdwärme
Wann ist es Zeit, sich mit günstigem Heizöl einzudecken? Immer mehr Verbraucher lässt diese Frage kalt, sie heizen mit Erdwärme und Strom: 1998 waren in Deutschland bereits fünfzigtausend Wärmepumpen installiert, allein 2004 kamen zehntausend hinzu, in diesem Jahr werden wohl fünfzehn- bis zwanzigtausend Anlagen folgen.
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Temperatur der oberen Bodenschichten (Grafik: Umweltministerium Bayern) |
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Während die Tiefen-Geothermie Wärmequellen im Erdinneren nutzt, werden die oberflächennahen Energiespeicher der Wärmepumpen vor allem von der Sonne aufgeladen, durch warmes versickerndes Regenwasser. Im Prinzip sind sie daher auch nicht an spezielle Standorte gebunden: Erdreich-Wärmepumpen nehmen die Wärme über ein Arbeitsmittel auf
– meist synthetische Gemische mit niedrigem Siedepunkt. Es zirkuliert in großflächig verlegten Rohren etwa einen Meter tief in der Erde oder aber in mehreren, bis zu fünfzig Meter tief in den Boden reichenden Sonden. Für Grundwasser-Wärmepumpen wird Wasser aus einem Brunnen gefördert, einige Grad abgekühlt und über einen zweiten Brunnen wieder in das Grundwasser zurückgeführt. Luft-Wärmepumpen entnehmen die Energie direkt aus großen, durch sie hindurchbewegten Luftmassen.
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Funktionsprinzip einer Erdwärmepumpe (Grafik: Umweltministerium Bayern) |
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Weil die Temperaturen im Boden, im Grundwasser oder in der Luft zum direkten Heizen zu gering sind, heben sie die Wärmepumpen auf das benötigte Niveau an, in der Regel auf 35 bis 55 Grad. Eine Wärmepumpe arbeitet dabei wie ein Kühlschrank: Durch ein Ventil wird das unter Druck stehende Arbeitsmittel entspannt, das – nun sehr kalt – Wärme selbst aus lauwarmer Umgebung aufnimmt. Mit einem elektrischen Kompressor verdichtet, erwärmt es sich stark. Es kann jetzt – bei hoher Temperatur – seine Wärmeenergie zum Heizen oder zur Warmwasserbereitung abgeben. Am Entspann-Ventil schließt sich der Kreislauf. Auf diese Weise gewinnen Luft-Wärmepumpen 3 bis 3,5mal mehr Wärme, als sie an elektrischer Energie verbrauchen. Bei rund 4,5 liegt dieses Verhältnis – die „Arbeitszahl“ – bei Erdreich-Wärmepumpen, Grundwasser-Wärmepumpen erreichen bis zu 5,5.
Die Hauptursache für diese unterschiedlichen Arbeitszahlen liegt im zu
bewältigenden Temperaturhub auf die Heizwassertemperatur von rund 50 Grad:
Bei Grundwasser mit einer jahreszeitlich nahezu konstanten Temperatur
von etwa 15 Grad ist er mit 35 Grad am geringsten, die Wärmepumpe arbeitet deshalb hier am effektivsten. Bei Nutzung der gelegentlich auch einige Minusgrade kalten Außenluft ist die Temperaturdifferenz am größten und also die Arbeitszahl am geringsten.
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Schema: Erdwärmekollektor und Wärmepumpe (Grafik: Bundesverband WärmePumpe) |
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Im Vergleich mit Gas-Heizungen zeigt sich die Leistungsfähigkeit der Wärmepumpen: Aus der Verbrennung von 0,1 Kubikmeter Erdgas erzeugt ein Gas-Brennwertkessel 200 Gramm klimaschädliches Kohlendioxid und 1,15 Kilowattstunden Heizwärme. Die gleiche Menge Erdgas liefert, in einem modernen Gas-Kraftwerk verstromt, 0,58 Kilowattstunden elektrische Energie, wovon 0,53 Kilowattstunden beim Verbraucher ankommen. Mit diesem Strom angetrieben, entzieht eine Wärmepumpe der Luft oder dem Grundwasser 1,6 bis 2,9 Kilowattstunden Heizwärme und ist damit 1,4 bis 2,5mal effizienter als ein Gasbrenner. (Noch ineffizienter wäre die direkte Stromheizung, wie die obigen Zahlen zeigen: Nutzte man die 0,53 Kilowattstunden Strom direkt zum Heizen, so würde man im Vergleich zum Gas-Brennwertkessel über 50 Prozent der Energie verlieren.)
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Verlegung eines Erdwärmekollektors (Foto: Werner Schenk) |
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Entsprechend sind auch die Kohlendioxid-Emissionen der Wärmepumpe deutlich geringer: Wie viel eingespart wird, hängt von der Herkunft des verbrauchten Stroms ab. Im aktuellen deutschen Strom-Mix – 11 Prozent Erdgas, 47 Prozent Kohle sowie 26 bzw. 9 Prozent Kern-, Wind- und Wasserkraft – werden pro erzeugter Kilowattstunde Strom 580 Gramm Kohlendioxid freigesetzt. Damit ist eine Wärmepumpe ab einer Arbeitszahl von 3,3 kohlendioxid-effizienter als ein Gasbrenner – und schont neben dem Geldbeutel auch die Umwelt.
Axel Kampke
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