Grund: Energieaufnahme aus der Umgebung
Seit der Beherrschung des Feuers wandelt der Mensch Brennstoffe in Wärme um. Selbst der beste Heizkessel kann aber für die Gebäudeheizung nicht mehr Energie bereitstellen als über den Brennstoff hineingesteckt wird. Das ist bei elektrisch betriebenen Wärmepumpen anders. Sie nehmen zusätzlich Energie aus der Umgebung auf. Die neue Ausgabe von Physikkonkret der Deutschen Physikalischen Gesellschaft stellt Argumente für und wider die Wärmepumpe, vor allem im Vergleich mit Blockheizkraftwerken, gegenüber.
Moderne Anlagen können damit im Jahresmittel das Drei- bis Vierfache der eingesetzten elektrischen Energie als nutzbare Wärmeenergie liefern. Man spricht dann von einer Jahresarbeitszahl von 3 bis 4 [1]. Damit können Verluste bei der Erzeugung des für die Wärmepumpe erforderlichen Stroms mehr als ausgeglichen werden.
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Strom und Wärme liefert auch die Kraft- Wärme-Kopplung (KWK). Hier erzeugen in der Regel kleine dezentrale Blockheizkraftwerke (BHKW) Strom aus Erdgas, wobei die Abwärme für Heizzwecke genutzt wird. Effiziente BHKWs wandeln 100 kWh (Kilowattstunden) Brennstoff- Energie in maximal 40 kWh Strom und 50 kWh nutzbarer Wärme um (Abb. 1a).
Zehn Prozent der eingesetzten Energie gehen verloren. Wärme aus der Umgebung wird nicht genutzt. Für einen Vergleich mit erdgasbetriebener KWK muss bei der Wärmepumpe auch die Stromerzeugung mit dem gleichen Brennstoff berücksichtigt werden, d. h. mittels GuD-Kraftwerken, die aus einer Gasturbine mit nachgeschaltetem Dampfkraftwerk bestehen. Ein großes GuD arbeitet thermodynamisch erheblich günstiger als mehrere kleine BHKWs mit gleicher elektrischer Leistung.
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Aus 100 kWh Erdgasenergie erzeugen GuDs 60 kWh Strom (Abb. 1b).
Das sind 20 kWh mehr als BHKWs bei der KWK liefern. Mit diesem zusätzlichen Strom stellen Wärmepumpen das Drei- bis Vierfache, also 60 bis 80 kWh als nutzbare Wärme zur Verfügung. Insgesamt erhält man so 100 bis 120 % der eingesetzten Erdgasenergie gegenüber maximal 90 % bei der KWK.
GuDs mit Wärmepumpen stoßen bezogen auf die Nutzenergie erheblich weniger CO2 aus als KWK-Anlagen. Besonders klimaschonend arbeiten Wärmepumpen mit Wind- oder Solarstrom, wie er zunehmend zur Verfügung steht. Dann entsteht gar kein CO2 mehr. KWK-Anlagen müssen dagegen mit Erdgas (und ggf. beigemischtem Biogas) betrieben werden. Sie setzen daher stets CO2 frei. Für den Betrieb von Wärmepumpen sind Arbeitsmedien verfügbar, die für die Ozonschicht unbedenklich und weitgehend klimaneutral sind. Zukünftig könnte der Einsatz von CO2 als Arbeitsmedium interessant sein, der derzeit in der Automobil-Industrie diskutiert wird.
„Wärmepumpen ermöglichen oft die energetisch günstigste Gebäudeheizung, wobei der Einsatz fossiler Primärenergie reduziert und langfristig vollständig vermieden werden kann.“ Edward G. Krubasik, Präsident der Deutschen Physikalischen Gesellschaft
Viele Argumente sprechen dafür, wo immer möglich, Wärmepumpen einzusetzen. Allerdings sollte die Temperaturdifferenz zwischen Umgebungs- und Nutzwärme nicht zu groß sein, aber Temperaturen um 40 – 6o °C für Gebäudeheizung lassen sich in den meisten Umgebungen gut erreichen. Alles in allem gehört die Wärmepumpe in Verbindung mit GuDs und erst recht mit erneuerbarer Stromerzeugung zu den effizientesten und klimaschonendsten Methoden, Strom und Wärme bereitzustellen.
Physikkonkret bietet in kompakter und allgemeinverständlicher Form Fakten zu aktuellen wissenschaftlichen oder wissenschaftspolitischen Themen. Mit dem kostenlosen Faktenblatt möchte sich die DPG mit ihrer Expertise in die öffentliche Diskussion einbringen und bei zentralen Fragen Entscheidungsträgern in Politik, Wirtschaft und Gesellschaft zur Verfügung stehen.
->Quelle: dpg-physik.de