Wärmepumpentechnologie ist ein zentraler Baustein in der Energiewende, dem Prozess des Umstiegs von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energiequellen. Diese Technologie bietet eine effiziente Möglichkeit, die Herausforderungen des Klimawandels anzugehen, indem sie maßgeblich zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen beiträgt. Im Kontext der Energiewende stellt die Wärmepumpentechnologie eine Methode dar, mit der Energie aus der Umgebung aufgenommen und für das Heizen von Gebäuden nutzbar gemacht werden kann. Dies geschieht durch einen Kreislaufprozess, bei dem ein Kältemittel Wärme absorbiert, verdampft, komprimiert wird und schließlich die aufgenommene Wärme an das Heizsystem abgibt.
Dieser Artikel widmet sich einer umfassenden Betrachtung der Rolle, die Wärmepumpen im Rahmen der Energiewende spielen.
Die Rolle der Wärmepumpen in der Energiewende
Die Energiewende ist der Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien. Sie ist eine notwendige Maßnahme, um die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und den Klimawandel zu bekämpfen.
Wärmepumpen spielen eine Schlüsselrolle in der Energiewende, da sie erneuerbare Wärmequellen nutzen können und sehr energieeffizient sind. Sie tragen dazu bei, den Energieverbrauch und die CO₂-Emissionen von Gebäuden zu reduzieren.
Funktion einer Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt und mit viel höherer Leistung. Hier sind die grundlegenden Schritte:
- Ein flüssiges Kältemittel nimmt Wärme aus der Umgebung auf und verdampft.
- Der Verdampfer komprimiert das gasförmige Kältemittel, wodurch dessen Temperatur und Druck steigen.
- Das heiße Gas gibt seine Wärme an das Heizsystem des Gebäudes ab und kondensiert dabei wieder zu einer Flüssigkeit.
- Ein Expansionsventil entspannt das flüssige Kältemittel, wodurch es sich abkühlt und wieder in den Verdampfer strömt.
Umgebungswärme und Wärmepumpen
Die Umgebungswärme, die Wärmepumpen nutzen, umfasst sowohl Umweltwärme als auch oberflächennahe Geothermie. Umweltwärme beinhaltet die Wärme in bodennahen Luftschichten und in Oberflächenwässern. Oberflächennahe Geothermie bezeichnet die im oberflächennahen Erdreich und im Grundwasser gespeicherte Wärme.
Beide Energiequellen sind zu kalt, um sie zum Heizen von Gebäuden unmittelbar zu nutzen. Deshalb werden Wärmepumpen eingesetzt, um die Wärme auf ein nutzbares Temperaturniveau zu “pumpen”.
Anwendungsbereiche von Wärmepumpen
Wärmepumpen und oberflächennahe Geothermie werden häufig zur Versorgung einzelner privater Wohngebäude mit Raumwärme und Trinkwarmwasser eingesetzt. Sie werden aber auch zunehmend in größeren Wohneinheiten, Bürogebäuden oder Industriebauten verwendet.
Wenn mehrere Häuser versorgt werden sollen, kann ein sogenanntes kaltes Wärmenetz mit Wärmepumpen in den einzelnen Häusern eine gute Lösung sein.
Wärmepumpen und Klimaschutz
Die Nutzung von Umgebungswärme mit Wärmepumpen ist eine Schlüsseltechnik für wirksamen Klimaschutz und einen treibhausgasneutralen Gebäudebestand. Keines der zahlreichen Szenarien für eine nachhaltige Energiezukunft kann auf sie verzichten.
Kennzahlen zur Energieeffizienz von Wärmepumpen
Die Energieeffizienz von Wärmepumpen wird durch zwei Kennzahlen beschrieben:
- Die Leistungszahl (COP) gibt das Verhältnis der abgegebenen Nutzwärmeleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung an. Sie wird auf Prüfständen gemessen und gilt nur für einen bestimmten Betriebspunkt.
- Die Jahresarbeitszahl gibt das Verhältnis der im Laufe eines Jahres abgegebenen Wärmemenge zur eingesetzten elektrischen Energie an. Sie wird entweder aus Leistungszahlen berechnet oder im Betrieb gemessen.
Je höher die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe ist, desto energieeffizienter, umweltfreundlicher und kostengünstiger arbeitet sie.
Umweltauswirkungen von Wärmepumpen
Wie umweltfreundlich Wärmepumpen sind, hängt davon ab, wie viel Strom sie benötigen und wie dieser Strom erzeugt wird. Wenn sie mit Strom aus erneuerbaren Quellen betrieben werden, können sie sehr umweltfreundlich sein.
Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass Wärmepumpen Kältemittel enthalten, die Treibhausgase sind, wenn sie in die Atmosphäre freigesetzt werden. Daher ist es wichtig, dass Wärmepumpen sorgfältig gewartet und repariert werden, um Leckagen zu vermeiden.
