Wärmepumpe klimaneutral mit Ökostrom

Laut Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) ist in Deutschland etwa ein Drittel der Häuser mit einer Wärmepumpe ausgestattet. Der Bundesverband Wärmepumpe (BWP) geht sogar von 44 Prozent aus. Wärmepumpen können konventionelle Heizungen, die mit Gas, Öl oder Kohle betrieben werden, ersetzen. Sie nutzen Umweltwärme, um zu heizen und sind sehr effizient.

Bislang heizt die Mehrheit noch mit fossilen Brennstoffen, mit der Folge hoher Treibhausgas-Emissioinen. In Deutschland ist es Studien zufolge möglich, etwa 60 Prozent der Wohnflächen mit Wärmepumpen zu heizen. Großwärmepumpen, die sich aus Fernwärme speisen, können weitere 30 Prozent abdecken. Weitere klimaneutrale Möglichkeiten sind Biomasse, Geo- und Solarthermie.

Skandinavien macht es vor

Die skandinavischen Länder sind bereits viel weiter, was den Ausbau der klimaneutralen Wärmeversorgung betrifft. Die Schweden decken bereits 95 Prozent ihres Heizbedarfs mit Biomasse und Wärmepumpen ab. In Norwegen sind 94 Prozent des Stroms im Netz Ökostrom, geheizt wird in erster Linie mit Wärmepumpen. Die Dänen dürfen seit 2013 keine Öl- oder Gasheizungen mehr in Neubauten einbauen. In diesen Ländern ist das Heizen zunehmend klimaneutral, weil die Fernwärmenetze kombiniert mit großen Wärmepumpen, Abwärme aus der Industrie, Solar- und Geothermie sowie Biomasse gut ausgebaut sind. In Deutschland ist ein ähnlicher Mix denkbar.

Warum sind Wärmepumpen nur mit Ökostrom sinnvoll?

Damit die Wärmepumpe tatsächlich klimaneutral arbeitet, braucht sie Ökostrom, um nicht tonnenweise CO2 zu produzieren.

Wärmepumpen sind eine sehr effiziente Art in privaten Haushalten zu heizen. 80 Prozent der Heizenergie kommt aus der Umwelt, aus Boden, Wasser oder Luft, je nach Art der Heizung. Zum Antrieb ist allerdings immer noch Strom notwendig. Mit einer Wärmepumpe verdoppeln die Haushalte ihren Stromverbrauch. Damit die Wärmepumpe eine klimaneutrale Heizung bleibt, ist es wichtig, dass der Strom von einem Ökostromanbieter kommt. Ist das nicht der Fall, produziert die Wärmepumpe viele Tonnen CO2 pro Jahr. Die Umgebung als Wärmequelle – Erde, Wasser, Luft. Prinzipiell steckt in jedem Kühlschrank und in jeder Klimaanlage ebenfalls eine Wärmepumpe. Beim Kühlschrank wird damit die Wärme aus dem Innenraum hinausgeleitet. Eine Wärmepumpe entzieht die Wärme dem Außenbereich und leitet die Heizenergie nach drinnen, auch im Winter. Die Wärmepumpe nutzt die Wärme aus Erde, Wasser oder Luft besonders intelligent, sodass aus einer Kilowattstunde Strom drei oder mehr Kilowattstunden Wärme entstehen. Eine Studie des Fraunhofer ISE zeigt, dass eine Wärmepumpe mit Luft als Wärmequelle in älteren Gebäuden durchschnittlich drei kWh Wärme aus einer kWh Strom erzeugt. Mit dem Erdreich als Wärmequelle sind es sogar mehr als vier. In einem neu gebauten und gut wärmegedämmten Haus ist die Effizienz der Wärmepumpe sogar höher. Die besten Wärmepumpen erzeugen bis zu 5,4 kWh Wärme aus einer kWh Strom.

Fernwärme nutzen mit Großwärmepumpen

Große Wärmepumpenanlagen nutzen den Boden, das Grundwasser, Flüsse, Seen, Abwasserkanäle oder das Meer als Wärmequelle und speisen Fernwärmenetze. Auch die Abwärme von Servercentren oder Fabriken lässt sich hier sehr effizient nutzen. Gebäude, die an das Fernwärmenetz angeschlossen sind, heizen mit einer lokalen Wärmepumpe.

Kältekreisprozess – Das Prinzip der Wärmepumpe -

Die Luft-Wärmepumpe macht die Wärmeenergie außerhalb eines Gebäudes nutzbar. Da diese Energie meistens nicht ausreicht, um damit ein Gebäude oder Wasser zum Duschen zu erwärmen, kommen thermodynamische Prozesse zur Anwendung. Der Kältekreisprozess erfolgt immer in den gleichen Schritten, egal aus welcher Quelle die Wärme erzeugt wird.

1. Verdampfung

Zunächst muss Energie zugeführt werden, um eine Flüssigkeit zu verdampfen. Am Beispiel von Wasser ist das gut nachvollziehbar. Wenn einem Topf Wasser viel Wärmeenergie zugeführt wird, fängt es bei 100 °C an zu kochen. Die Zufuhr von weiterer Wärmeenergie erhitzt das Wasser nicht auf eine höhere Temperatur. Das Wasser verdampft vollständig.

2. Verdichtung

Der Wasserdampf im Inneren wird mit großem Druck verdichtet. Dabei erwärmt er sich.

3. Kondensation

Im Anschluss wir der Wasserdampf wieder flüssig gemacht. Nach dem Energieerhaltungssatz kann Energie nicht verloren gehen. Die eingangs eingesetzte Energie wird jetzt wieder frei.

4. Entspannung

Eine unter Druck stehende Flüssigkeit, deren Druck plötzlich sehr stark reduziert wird, kühlt drastisch ab. Das ist beispielsweise bei einer Flüssiggasflasche im Sommer zu beobachten. Dabei können sich sogar Eiskristalle bilden, wenn jemand das Ventil öffnet. Der Druck fällt von 30 auf 1 bar ab.

Im geschlossenen Kreislauf der Wärmepumpe laufen diese Prozesse wieder und wieder ab. Das Kältemittel, das die Wärme transportiert, hat einen sehr niedrigen Siedepunkt. Die Wärmeenergie kommt in der Regel aus dem Erdreich oder der Außenluft. Das funktioniert sogar bei Außentemperaturen von -20 °C. Der kalte Dampf des Kältemittels wird dann stark komprimiert. Er erwärmt sich auf bis zu 100 °C. Beim Kondensieren gibt es die Wärme ab an das Heizsystem. Danach senkt die Wärmepumpe den Druck drastisch ab, sodass die Temperatur wieder auf das ursprüngliche Niveau sinkt und der Prozess beginnt von Neuem.

Praktisch sieht das so aus

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe (als Beispiel) kann aus ein oder zwei Einheiten bestehen. Ein Ventilator saugt aktiv die Luft aus der Umgebung an, leitet sie zu einem Wärmetauscher, in dem sich ein Kältemittel befindet. Das Kältemittel ändert seinen Aggregatzustand schon bei niedrigen Temperaturen. Bei Kontakt mit der Umgebungsluft verdampft das Kältemittel langsam. Mithilfe eines Verdichters läst sich die entstehende Wärme auf die gewünschte Temperatur erhöhen. mit einem weiteren Wärmetauscher, dem sogenannten Verflüssiger, gelangt die Energie aus dem Dampf in den Heizkreislauf. Das Kältemittel kühlt ab, verflüssigt sich wieder und gelangt über ein Expansionsventil zurück in den Kreislauf. Mit Ökostrom betrieben ist die Wärmepumpe ein wesentlicher Beitrag zum Klimaschutz.

Quellen: Bilder: Depositphotos/marketlan, G.Wolf, heiko119, Text: red