Heizsysteme der Zukunft

Heizen mithilfe von Eis oder der Abwärme von U-Bahnzügen? Die Energiewende in Deutschland erfordert einen Umstieg von den mit fossilen Energieträgern Öl und Gas betriebenen Heizsystemen hin zu klimaneutralen Lösungen, die eine nachhaltige und effiziente Bereitstellung von Wärme ermöglichen. Erneuerbare Energien spielen nicht nur in der Strom-, sondern auch in der Wärmeproduktion eine immer wichtigere Rolle. Zudem sind kreative Ideen zur besseren Energienutzung gefragt.

Controller

Die konventionellen Heizsysteme

Der Großteil deutscher Haushalte heizt mit Anlagen, die auf Öl oder Gas basieren. Laut Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft e.V. (BDEW) nutzen 47,8% der deutschen Haushalte Erdgas und 26,7% Heizöl als Heizenergieträger. Gas- und Ölbrenner werden zwar immer effizienter, jedoch klettern die Preise fossiler Brennstoffe kontinuierlich in die Höhe und deren Nutzung wird gesetzlich zunehmend eingeschränkt. Häufig werden auf Gas und Öl basierende Anlagen in sogenannten Hybridheizungen mit anderen Energieträgern, wie beispielsweise Solarenergie, kombiniert. Hybridheizungen sind bereits ökologischer und kostensparender als rein konventionelle Heizsysteme, doch wie heizen wir in Zukunft? Was sind die Alternativen zu den noch weit verbreiteten Öl- und Gasheizungen? Wechseljetzt.de stellt im Folgenden innovative Heizsysteme und Heizkonzepte vor.

Wärmepumpen und Erdwärme-Nutzung

Bei der Wärmepumpe handelt es sich um ein relativ neues Heizsystem. Unsere Umwelt d. h. Luft, Böden und Gewässer speichern die über solare Strahlung eingebrachte Wärme. Elektrisch betriebene Wärmepumpen nutzen die Umweltenergie und wandeln diese in Heizluft um. Das System hebt dabei das Temperaturniveau der Umwelt technisch an, sodass die Wärme aus Luft, Erde oder Wasser für die Beheizung genutzt werden kann. Die Funktionsweise ähnelt der eines Kühlschranks. Dem Innenraum des Kühlschranks wird Wärme entzogen und nach außen abgeben. Die Wärmepumpe kehrt dieses Prinzip um. Sie entzieht der Umwelt Wärme und transportiert diese in das Innere des Gebäudes.

In Abhängigkeit der Wärmequelle kann zwischen verschiedenen Wärmepumpen-Arten unterschieden werden: Luft-Wärmepumpe, Erd-Wärmepumpe und Wasser-Wärmepumpe. Die verbreitetste Form ist zurzeit die Erd-Wärmepumpe. 

Das Heizen mit Wärmepumpen ist allerdings nicht problemfrei. Mit sinkenden Umwelt-Temperaturen arbeiten Wärmepumpen weniger effizient, da die Energiemenge, welche die Wärmepumpe der Umgebung entziehen kann, abnimmt. Damit die Wärmepumpe effizient arbeitet, muss das zu beheizende Gebäude außerdem sehr gut isoliert sein. Wärmepumpen benötigen keine fossilen Brennstoffe, sondern werden mit Strom betrieben. Die Umweltverträglichkeit des Heizsystems hängt somit wesentlich von der Herkunft des Stroms ab. Ein Kohlenstoffdioxid neutraler Betrieb des Wärmepumpensystems ist nur mit reinem Ökostrom aus regenerativen Energiequellen möglich.

Eisheizung

Eine besondere Form des Heizens mit Wärmepumpe stellt die Eisheizung dar. Die Idee der Eisheizung ist recht neu und ihr Einsatz noch nicht weit verbreitet. Wärme aus Eis gewinnen - was zunächst widersprüchlich klingt, funktioniert aufgrund des physikalischen Prinzips der Kristallisationsenergie. Die Eisheizung besteht aus mehreren Komponenten. Die wichtigsten sind der Eisspeicher, meistens aus Beton und in den Boden eingelassen, eine strombetriebene Wärmepumpe sowie eine Solaranlage auf dem Gebäudedach.

Ice cubes

Die sogenannte Kristallisationsenergie wird in Form von Wärme bei einem Phasenübergang, das heißt bei einem Wechsel des Aggregatzustands des Wassers, abgegeben oder aufgenommen. Wenn Wasser seinen Aggregatzustand von fest zu flüssig ändert und zu Eis gefriert, dann gibt es Energie ab, denn bei der Kristallisierung der Wassermoleküle entsteht Wärmeenergie, die sogenannte Kristallisationsenergie. Die frei werdenden Energiemengen sind nicht unerheblich. Beim Gefrieren von Wasser wird dieselbe Energiemenge freigesetzt, die in etwa benötigt wird, um einen Liter Wasser von 0 auf 80 Grad Celsius zu erwärmen. Mithilfe einer Wärmepumpe wird dem Wasser Wärmeenergie entzogen und in Heizluft umgewandelt. Die Energiegewinnung basiert somit auf den Wechsel der Aggregatzustände des Wassers. Um den Prozess zu wiederholen, muss das Eis zum Schmelzen gebracht, und Wärmeenergie zugeführt werden.

Die Anschaffungskosten für eine Eisheizung sind vergleichsweise hoch und die Installation des Systems aufwendig. Die Betriebskosten fallen hingegen sehr niedrig aus. Die Kosten für Wasser sind gering, lediglich der Strom für die Wärmepumpe muss einkalkuliert werden.Im Sommer kann die Eisheizung außerdem zur Kühlung eingesetzt werden. Die Funktionsweise wird dabei umgekehrt. Den Räumen wird überflüssige Wärme entzogen und dem Eisspeicher zugeführt und das anfallende Tauwasser kann zur Kühlung genutzt werden.

Abwärmenutzung

Als Abwärme bezeichnet man Wärme, die bei Prozessen als Nebenprodukt anfällt. Vor allem beim Einsatz von Kühlsystemen sowie in der Schwerindustrie werden erhebliche Mengen Abwärme erzeugt. Häufig bleibt diese Wärme ungenutzt und entweicht in die Umwelt. In der Abwärme liegt daher ein ein bisher unerschlossenes Potenzial zur Steigerung der Energieeffizienz. Es gibt zahlreiche verschiedene Technologien und Ansätze zur Wärmerückgewinnung- um das Potenzial der Abwärme nutzbar zu machen.

Zurzeit plant das Unternehmen Facebook den Bau eines neuen Rechenzentrum in der dänischen Stadt Odense. Jährlich sollen bei voller Auslastung etwa 100.0000 Megawattstunden Energie durch Wärmerückgewinnung genutzt werden können. Die Wärmeenergie soll in Fernwärmenetze eingespeist werden und so circa 7000 Haushalte in der Umgebung mit Wärme versorgen können.

Im Londoner Stadtteil Islington sollen in naher Zukunft mehrere hundert Haushalte mit Wärme geheizt werden, welche aus der durch das Viertel verlaufenden U-Bahn Linie stammt.

London Tube

In Dänemark setzt der Staat bereits seit der Ölkrise 1973 konsequent auf den Ausbau von Fernwärmesystemen. Damals war das Land zu 90% abhängig von importierten Öl. Im Zuge der Krise vervierfachten sich die Preise pro Ölbarrel. Zahlreiche Haushalte blieben ohne Heizung und Fabriken waren zum Produktionsstopp gezwungen. Heute verfügt Dänemark über ein eng ausgebautes Fernwärmenetz. An die Leitungen angeschlossen sind Fabriken, Verbrennungsanlage und Transportsysteme, deren Abwärme in das Netz eingespeist werden kann. Bei Fernwärme beziehen die einzelnen privaten Haushalte ihre Wärme aus zentralen Heizkraftwerken und sind somit nicht mehr auf individuelle Gas oder Öl Brennsysteme angewiesen. In Dänemark dürfen seit 2013 keine Öl- und Gasheizungen in Neubauten installiert werden und ein Großteil der Wärmeenergie, die in díe Fernwärmesysteme eingespeist wird, basiert auf regenerativen Energiequellen. Mittlerweile werden 63% der dänischen Haushalte so mit Wärmeenergie beliefert. Zum Vergleich: In Deutschland sind es laut BDEW circa 13,6% der Haushalte, die über einen Fernwärmeanschluss verfügen.

Fazit

In Zukunft wird die Bedeutung von Strom aus erneuerbaren Energien zur Wärmeproduktion zunehmen. Elektrisch betriebene Wärmepumpen arbeiten nur nachhaltig, wenn diese mit grünen Strom, also beispielsweise mit Solarstrom von einer Photovoltaikanlage, betrieben werden. Außerdem ist es sinnvoll verschiedene nachhaltige Technologien miteinander zu kombinieren und bereits produzierte Wärme effizienter zu nutzen. Alternative Heizsysteme zu Gas und Öl sind nicht nur besser für die Umwelt, sondern sparen auch Heizkosten ein. Beim Einsparen und beim Wechsel zu Ökostrom helfen auch unsere Strom- und Gasrechner.