Wärme aus Gas pumpen

Mithilfe einer Wärmepumpe lässt sich effektiv heizen. (Grafik: EEG/Fotolia)
Mithilfe einer Wärmepumpe lässt sich effektiv heizen. (Grafik: EEG/Fotolia)

Deutschland steuert auf eine Energieversorgung zu, die dank Wind- und Solarkraft durch die hochwertige Energieform Elektrizität bestimmt ist. Doch die Erzeugung von Wärme, die immerhin rund 40 Prozent des Energieverbrauchs hierzulande ausmacht, ist nach wie vor geprägt von Öl, Gas und ineffizienten Stromheizungen. Wie lässt sich Wärme effizient aus Strom gewinnen - und im Idealfall auch zwischenspeichern? Die Schlüsseltechnologien dafür sind neue Elektro- und Gaswärmepumpen.

Ivan Malenkovic vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE in Freiburg erforscht die beiden ähnlichen Technologien, deren Prinzip vom Kühlschrank bekannt ist: Ein Kältemittel verdampft bei niedrigem Druck und entzieht dabei der Umgebung Wärme - es wird kalt im Kühlschrank. Danach wird das Mittel verdichtet, wodurch Druck und Siedepunkt ansteigen, sodass das Kältemittel wieder kondensiert. Dabei gibt es die zuvor aufgenommene Wärme wieder ab, und der Kreislauf beginnt von Neuem.

Wärmepumpen vertauschen dieses Prinzip und entziehen der Umgebungsluft oder dem Erdreich Wärme, mit der sie Wohnräume beheizen. Bei diesen Maschinen wird lediglich eine geringe Menge Energie wie Gas oder Elektrizität benötigt, um den Pumpkreislauf zu betreiben und die gewünschte Wärme aus der Umgebung in die Räume zu transportieren. Das ist wesentlich effizienter, als Strom oder Gas selbst in Wärme umzuwandeln: Während hierbei Verluste unvermeidbar sind, lassen sich mit Gaswärmepumpen durchschnittlich mit jeder Kilowattstunde, die man zum Pumpen einsetzt, bis zu 1,5 Kilowattstunden Wärme von draußen ins Haus schaffen. In diesem Fall spricht man von einem Jahresnutzungsgrad von 1,5.

Effizienter Kalt-Warm-Kreislauf

Elektrowärmepumpen, bei denen eine elektrisch betriebene Pumpe den Kreislauf antreibt, sind schon länger auf dem Markt. Die Gaswärmepumpe dagegen ist neu: Die Wasseranziehungskraft eines sogenannten Adsorbens ersetzt dabei die Kraft der Elektropumpe. Der Adsorbens, der die Kammern der Pumpe ausfüllt und meist aus der Mineralverbindung Zeolith besteht, zieht das dampfförmige Kältemittel an. Sobald sich das Kältemittel an der Oberfläche des Zeoliths absetzt, gibt es seine Energie als Wärme ab, die über einen Heizkreislauf in die Wohnung gelangt. In der zweiten Phase des zyklischen Prozesses trocknet ein hocheffizienter Gasbrenner das Zeolith wieder, und versetzt es samt der Pumpfunktion wieder in ihren ursprünglichen Zustand. Der ausgetriebene Wasserdampf und der restliche Teil der Verbrennungswärme werden zusätzlich zum Heizen verwendet. Daneben gibt es noch eine weitere, ähnliche Technik, die auf der Absorption von Flüssigkeiten beruht. Malenkovic und seine Kollegen können im Labor verschiedene Wetter- und Heizsituationen simulieren, um die Leistungen der einzelnen Komponenten detailliert zu vermessen und zu optimieren.

Den Überschuss im Haus speichern

Der Einsatz einer Wärmepumpe habe diverse Vorteile, sagt Malenkovic. Langfristig sei sowohl ein effizienter Heizungsbetrieb mit Gas möglich, das mit Windenergie gewonnen wurde, als auch effizientes Heizen mit rein erneuerbarem Strom. Alte Gasboiler oder Ölheizungen ließen sich auch einfach nachrüsten oder durch die neuen und kompakten Wärmepumpen ersetzen. Die Umgebungswärme leitet dann ein simpler Luftkanal von außen zur Pumpe. Zudem sind Gas- oder Stromanschlüsse fast immer vorhanden. Gut gedämmte Neubauten mit Bodenheizung reagieren überdies sehr träge auf Heizströme: Stellt man die Heizung an, dauert es zwar lange, bis es warm wird. Einmal da, hält die Wärme aber sehr lange vor. So können bei Energieüberschuss Wasser und Gemäuer vorgeheizt werden, wovon man noch Stunden und Tage zehren kann - wenn Wind und Sonne längst keinen Strom mehr liefern.

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