In einem Energiesystem ohne fossile Brennstoffe ändert sich das Paradigma von “Strom wird aus Wärme gemacht” zu “Wärme wird aus Strom gemacht”. Dies hat den einfachen Grund, dass es technisch weniger aufwändig und deutlich effizienter ist, erneuerbare Energien wie Wind, Wasserkraft oder Solarstrahlung in Strom umzuwandeln als in Brennstoffe wie Wasserstoff oder eFuels.
Wärmepumpe / Absorptionswärmepumpe
Besonders effizient wird der Strom über eine Wärmepumpe zu Wärme umgewandelt, da in dieser, zusätzlich zum Energieinhalt des Stroms, Umgebungswärme nutzbar gemacht wird. Dadurch können mit einer kWh Strom drei bis fünf kWh Wärme bereitgestellt werden. Damit diese Umwandlung effizient erfolgen kann, muss das Heizsystem auf möglichst niedrige Temperaturen optimiert sein. Besonders in Bestandsystemen aber auch in der Planung von größeren Wärmenetzen steht und fällt die Effizienz der Wärmepumpe mit einer gründlichen Analyse und Optimierung des Wärmeverteilsystems.
Auch die Temperatur der nutzbaren Umgebungswärme bestimmt die Effizienz der Wärmepumpe. Ein zweiter wichtiger Schritt in der Planung eines Heizsystems mit Wärmepumpen ist deshalb eine Analyse der verfügbaren Wärmequellen. Neben der immer verfügbaren Umgebungsluft, die aber im Winter durch ihre kalte Temperatur weniger effizient ist, kommen als Wärmequellen vor allem Geothermie in Form von Sondenbohrungen oder in Form von Grundwasserbrunnen, sowie verschiedene Formen der Abwärme-Nutzung z.B. aus Rechenzentren, Produktionsprozessen oder Abwasser in Betracht
Mit dem Abschied von fossilen Brennstoffen kommen Wärmepumpen mehr und mehr auch zur Bereitstellung von Prozesswärme bei Temperaturen bis über 100°C zum Einsatz. Diese Anwendungen erfordern spezielle Hochtemperaturwärmepumpen und auch hier gilt, dass eine umfassende Analyse der verfügbaren Wärmequellen und der benötigten Bereitstellungstemperatur für die Effizienz und die Wirtschaftlichkeit des Systems entscheidend ist.
Besonders effizient sind Wärmepumpen, wenn zusätzlich zum Wärmebedarf auch ein Kühlbedarf vorliegt, da beide dann ohne großen Zusatzaufwand gemeinsam bedient werden können
Absorptionswärmepumpe
Im Gegensatz zur herkömmlichen Wärmepumpe (auch bekannt unter Kompressions-Wärmepumpe) nutzt die Absorptions-Wärmepumpe als Antriebsenergie nicht Strom, sondern Brennstoffenergie, z.B. einen Gasbrenner. Statt eines mechanisch angetriebenen Kompressors kommt ein Lösungsmittelkreislauf zum Einsatz. Im Unterschied zu einem Gaskessel wird nicht nur die im Brennstoff enthaltene Energie zu Heizzwecken genutzt, sondern darüber hinaus Energie aus der Umgebung aufgenommen. Dadurch kann ca. das 1,5-fache der eingesetzten Energie für die Heizung nutzbar gemacht werden.
Für den Einsatz in der Gebäudeheizung wurden insbesondere für den Einfamilienhausbereich Absorptionswärmepumpen entwickelt. Den Einsparungen beim Brennstoff von 30-40% gegenüber einem Brennwertkessel müssen die höheren Investitionen gegenübergestellt werden. Auch hier gilt, dass die Einsatzbedingungen bezüglich Wärmequelle und Temperaturniveau der Heizung beachtet werden müssen.
Referenzbeispiele:
