Wärmepumpe

Nicht für alle in Norderstedt ist Fernwärme ideal, zumal viele Bürgerinnen und Bürger unserer Stadt nicht mit einem zeitnahen Anschluss an unser Fernwärmenetz rechnen können. Meist bietet sich dann die Nutzung einer Wärmepumpe an. Über 40 Prozent der neu gebauten Wohnhäuser setzen bereits auf diese Technik. Umgebungswärme mit Wärmepumpen zu nutzen ist eine Schlüsseltechnik für wirksamen Klimaschutz. Sie umfasst vor allem die bodennahen Luftschichten entnommene und technisch nutzbar gemachte sogenannte „aerothermische Umweltwärme“. Luft als Energiequelle ist allerdings zu kalt, um sie unmittelbar zum Heizen zu nutzen – und hier kommen die Wärmepumpen zum Einsatz. Und was im Kleinen funktioniert, ist als Großwärmepumpe wesentliche Schlüsseltechnologie unserer Wärmewende.

Im Grunde nach dem gleichen Prinzip wie ein Kühlschrank, nur umgekehrt – und mit viel höherer Leistung. Ein Kühlschrank entzieht dem innen liegenden Kühlraum Wärme und gibt sie über die Blechlamellen an der Rückseite an den umgebenden Raum ab. Eine Wärmepumpe entzieht hingegen einer Wärmequelle auf niedrigem Temperaturniveau Energie, die sie auf ein höheres Temperaturniveau anhebt, sie also „pumpt“ und dann zum Beispiel an das Heizsystem eines Gebäudes oder als Großwärmepumpe an ein Fernwärmenetz abgibt.

Das Anpassen der Temperatur wird dabei in der Regel mit einem mechanisch angetriebenen Verdichter bewerkstelligt, der lediglich Strom für einen Elektromotor benötigt. Dies erklärt, warum wir statt der ursprünglich geplanten Solarthermie zur Wärmeerzeugung nun auf Photovoltaik setzen. Unter dem Einsatz des damit gewonnenen vielfältig nutzbaren Stroms lässt sich mit der Wärmepumpe bei Bedarf eben auch jederzeit Wärme erzeugen.

Eine weitere Gemeinsamkeit mit dem Kühlschrank: Auch bei der Wärmepumpe kommt ein Kältemittel als sogenanntes Arbeitsmedium zum Einsatz. Dieses wird in der Wärmepumpe über vier Funktionseinheiten im Kreislauf geführt: Im Verdampfer (1) nimmt das flüssige Arbeitsmedium die erforderliche Verdampfungswärme aus der Umgebung auf und geht in den gasförmigen Zustand über. Der Verdichter (2) bringt das aufgewärmte, gasförmige Arbeitsmedium auf einen höheren Druck. Dieser höhere Druck erzeugt Wärme und damit steigt dessen Temperatur auf ein nutzbares Niveau.

Der Verflüssiger oder Kondensator (3) überträgt dann die Wärme als Nutzwärme an das Heizungswasser. Kühlschränke hingegen wollen die Wärme ja sozusagen loswerden und geben sie als Abwärme an der Rückwand in den Raum ab. Gibt das gasförmige Arbeitsmedium also Wärme ab, kondensiert es und wird wieder flüssig. Zum Schluss entspannt dann ein Expansionsventil (4) das flüssige, aber noch unter Druck stehende Arbeitsmedium. Dadurch kühlt es sich weiter ab und strömt wieder in den Verdampfer (1). Und der Kreislauf beginnt von Neuem …

Um das zu klären, gilt es vor allem, die Jahresarbeitszahl zu ermitteln, einen Kennwert, der die Energieeffizienz von Wärmepumpen beschreibt. Der Kennwert gibt das Verhältnis der im Laufe eines Jahres abgegebenen Wärmemenge bezogen auf die für den Antrieb der Wärmepumpe eingesetzte elektrische Energie an. Je höher die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe ist, desto energieeffizienter, umweltfreundlicher und kostengünstiger arbeitet sie.

Wie hoch die Jahresarbeitszahl sein sollte, damit eine Elektro-Wärmepumpe im Betrieb vorteilhaft für Sie ist, welche Regelungen gelten und umfassende Verbraucherhinweise für Planung, Kauf und Wartung einer Wärmepumpe finden Sie sehr gut und ausführlich erklärt im Verbraucherportal des Umweltbundesamts.

Was im Kleinen für das Einfamilienhaus gilt, lässt sich im Großen ebenso für eine flexible und ausfallsichere Energieversorgung unserer Stadt nutzen. Ein wichtiges Beispiel sind die Blockheizkraftwerke (BHKWs), die mit dem Einsatz von Wärmepumpen sozusagen einen zweiten Frühling erleben. Ein guter Teil unserer BHKWs, die standardmäßig noch mit dem Verbrennen von Erdgas betrieben werden, müsste nach 15 Jahren Betriebszeit eigentlich erneuert oder modernisiert werden. Ein bloßes Fortführen unter Einsatz fossiler Energiequellen kann jedoch nicht Teil unseres Norderstedter Wegs in eine klimaneutrale Zukunft sein.

Zwar ist das Vorhalten von hoch flexiblen Kraftwerken wie BHKWs ein unverzichtbarer Teil der Kraftwerksstrategie der Bundesregierung, um eine stabile Stromerzeugung sicherzustellen – denn sie können im Notfall innerhalb von Minuten Strom erzeugen und sind im Gegensatz zu vielen Erneuerbaren Energien unabhängig von Sonne und Wind. Wir sind dieser Herausforderung jedoch mit gleich zwei zukunftsfähigen Lösungsansätzen begegnet.

Zum einen bauen oder modernisieren wir neue BHKWs bereits so, dass sie in Zukunft auch mit Wasserstoff betrieben werden können. Zum anderen statten wir nach und nach jedes BHKW mit einer Großluftwärmepumpe aus. So entsteht eine Hybridanlage, die je nach Bedarf drei verschiedene Betriebsmöglichkeiten bietet. Zunächst lässt sich das BHKW konventionell betreiben, um wie üblich mit Erdgas Strom und Wärme zu erzeugen. Wir können es jedoch auch in Kombination mit der Luftwärmepumpe einsetzen, um Wärme aus dem anfallenden Abgas zu nutzen, das mittels zweier sogenannter Abgaswärmetauscher zunächst von 900 auf etwa 300 Grad Celsius und im nächsten Schritt von etwa 300 nochmals auf etwa 110 Grad Celsius abgekühlt wird und dabei große Mengen Energie abgibt. Auch diese Temperatur lässt sich nochmals nutzen, wenn man einen dritten Abgaswärmetauscher wiederum mit einer Wärmepumpe kombiniert und das Abgas weiter auf ungefähr 25 Grad Celsius abkühlt. Und beim dritten Szenario betreiben wir an diesen Standorten nur die Wärmepumpe, nutzen das eigentliche BHKW gar nicht und setzen nur Strom zur Wärmeerzeugung ein. Sie sehen, die Wärmepumpe ist ein wahrer Tausendsassa unserer gemeinsamen Energie- und Wärmewende.