Die neue Wärme

Wärme aus Biomasse
Wärme aus der Erde
Wärme aus Sonnenlicht

Mit der deutschen Wiedervereinigung hatten auch in Sachsen westliche Heizgewohnheiten Einzug gehalten: Heizöl und Erdgas anstelle von Braunkohle. Es war eines der Dinge, die den Fortschritt gegenüber den alten Verhältnissen am deutlichsten fühlbar machten.  [...]

Jahrzehnte später gelten andere Prämissen. Zunehmend werden nachhaltige Rohstoffe zukunftsorientiert und verantwortungsvoll für die Wärmegewinnung verwertet. Der Heizölverbrauch sinkt permanent während alternative Methoden des Heizens und der Warmwasserbereitung in den vergangenen Jahren einen geradezu atemberaubenden Boom erlebten.

Wärme aus Biomasse

Seit Jahrtausenden gewinnen die Menschen Wärme aus der Verbrennung von Biomasse. Holz ist die bekannteste, aber wem der Sammelbegriff „Biomasse“ hierfür zu abstrakt und theoretisch erscheint, der sei daran erinnert, dass beispielsweise die Beduinen in Nordafrika seit jeher Fladen aus Kameldung verbrennen.  [...]

Die einfachste Art der Verbrennungsanlage ist ein Kamin oder Kaminofen, der die Wärme über die Oberfläche an die Raumluft abgibt. Heizanlagen, die Holzpellets und Scheitholz verbrennen, lassen sich im Keller aufstellen. Ausgerüstet mit automatischen Beschickungsanlagen, sind Pelletsheizungen fast genauso bequem wie eine Öl- oder Gasheizung. Die Pellets werden ähnlich wie Heizöl ein- bis zweimal im Jahr bestellt. Durch die heutige Verbrennungstechnik ist es möglich, die Biomasse mit höchsten Wirkungsgraden zu verbrennen – und dies mit geringstem Ausstoß von Schadstoffen, besonders von Feinstaub.

Wichtig: Die Heizanlagen sollten richtig an die Zahl und Größe der zu beheizenden Räume angepasst werden. Zudem sollten Holz und Pellets vor der Verbrennung richtig gelagert werden, um den Heizkostenvorteil nicht durch Umweltverschmutzung und Schäden an der Heizanlage zu schmählern.

Für die Kosteneffizienz spielt verständlicherweise nicht nur die Anlage eine Rolle, sondern auch der Brennstoff. Nicht alle Brennstoffe sind überall gleich verfügbar und dementsprechend unterscheiden sich die Preise.

Doch es muss nicht bei der Einzellösung bleiben. Pelletsheizungen können beispielsweise zur Grundlage einer Nahwärmeversorgung für mehrere Häuser genutzt werden. Inzwischen gibt es dezentrale, mit Pflanzenöl oder Biogas betriebene Blockheizkraftwerke, die darauf ausgerichtet sind, die bei der Erzeugung von Strom zwangsläufig anfallende Wärme möglichst voll auszunutzen.

Wärme aus der Erde

Neben der Tiefengeothermie gibt es noch die Möglichkeit, oberflächennahe geothermische Wärme zu nutzen. Damit sind Tiefen zwischen ein und zweihundert Meter gemeint. Wärmegewinnung aus diesen Tiefen lässt sich auch für kleinere Systeme, wie beispielsweise Haushalte, finanzieren.  [...]

Die dabei erzielbaren Temperaturen liegen ganzjährig im Bereich von circa acht bis zwölf Grad Celsius. Um die Temperatur soweit erhöhen zu können, damit sie für Heizzwecke oder zur Bereitung von Warmwasser geeignet ist, werden technische Systeme verwendet: die Wärmepumpen. Diese funktionieren wie ein „umgekehrter“ Kühlschrank, bei dem nicht die Kühlfunktion im Innern genutzt wird sondern die als Abfallprodukt in den Raum entweichende Wärme. Dem Erdreich wird über einen Kühlmittelkreislauf Wärme entzogen. Dieser Wärmegewinn wird dann an einen zweiten Kreislauf mit einer leicht verdampfenden Flüssigkeit abgegeben, wo er durch einen mechanisch angetriebenen Kompressionsprozess verstärkt wird. So können Temperaturen von beispielsweise 50°C erreicht werden. Ein Teil dieser Wärme wird nun dem Heizwasserkreislauf zugeführt, der andere Teil wird zum Entspannen und damit erneuten Abkühlen der Flüssigkeit im zweiten Kreislauf benutzt. Der Prozess mit den drei ineinandergreifenden Kreisläufen beginnt von vorn.

Weil eine Wärmepumpe zum Antrieb selbst Strom benötigt, ist es wichtig ihre Effizienz bei der Endenergiegewinnung zu betrachten, also die Gesamtenergiebilanz. Diese wird in der sogenannten Jahresarbeitszahl (JAZ) ausgedrückt, dem Verhältnis von abgegebener Nutzwärme zu aufgenommener elektrischer Energie.

Die "große Lösung" zur Errichtung von geothermischen Wärmekraftwerken besteht in der sogenannten Tiefengeothermie. Mit Bohrungen von bis zu 2.000 Metern Tiefe werden die höheren Erdtemperaturen erreicht, mit denen dann über Wärmetauscher direkt auf dem gewünschten Temperaturniveau geheizt werden kann.

Eine Besonderheit der Erdwärmegewinnung ist, dass ihre Quellen versiegen können, wenn sie zu stark ausgebeutet werden – zumindest zeitweise. Die Möglichkeit zur Regeneration ist also in eine Geothermie-Anlage mit einzuplanen.

Wärme aus Sonnenlicht

Im Jahre 1891 ließ der Unternehmer Clarence M. Kemp aus Baltimore in den USA seinen mit Sonnenwärme betriebenen Warmwasserkollektor patentieren. Doch solche Erfindungen führten lange ein Nischendasein. Erst die Ölkrise der 1970er Jahre brachte die Bemühungen um die Solarthermie ("Sonnenwärme") wieder auf den Stand der Technik. [...]

Heute, im Zeitalter der Energiewende, ist ein regelrechter Solarthermie-Boom ausgebrochen, vor allem in Deutschland, wo diese Energieform wirkungsvoll staatlich gefördert wird. Nirgendwo sonst in Europa sind so viele Solarwärme-Anlagen entstanden wie hier. Allein im Rekordjahr 2008 kamen 1,9 Millionen Quadratmeter Solarfläche hinzu, ein Jahr später waren es 1,7 Millionen. In Sachsen sind derzeit 831.000 Quadratmeter Kollektorfläche installiert. Dabei gilt dasselbe wie für die Photovoltaik: Am meisten haben private Hausbauer mit ihren kleinen dezentralen Anlagen von der Entwicklung profitiert.

Die mit Hilfe von Solarenergie technisch am einfachsten zu bewerkstelligende Heizleistung ist die Warmwasserbereitung. Sie ist daher am weitesten verbreitet. Etwas aufwendiger ist es, die gesamte Hausheizung einschließlich der Warmwasserversorgung von der Sonne besorgen zu lassen. Aber auch dies ist in unserer vergleichsweise sonnenarmen Gegend möglich – wenn zugleich für eine entsprechende Wärmedämmung des Hauses und niedrige Vorlauftemperaturen der Heizung gesorgt wird.

Die Maximallösung besteht im so genannten Sonnenhaus, das so viel wie möglich Sonnenenergie zur Wärmegewinnung nutzt und die unerwünschte Wärmeabgabe auf ein absolutes Minimum reduziert. Eine wichtige Grundvoraussetzung dafür ist eine Architektur, die zu allen Jahreszeiten dem Sonnenstand gerecht wird. Im Winter gilt es die Sonneneinstrahlung aktiv und passiv optimal zu nutzen. Im Sommer wird durch konstruktive Maßnahmen eine Überhitzung des Gebäudes und der Solaranlage vermieden.

Hinweis: In Kombination mit Kältemaschinen lässt sich Solarwärme auch zur Kühlung nutzen – der Ertrag der Solaranlage wird optimiert

Wie aber funktioniert Solarthermie? Ganz ähnlich wie schwarze Kleidung, unter der es an sonnigen Tagen bekanntlich heiß werden kann. Dazu werden sogenannte Kollektorflächen benötigt, die mit Absorbermaterialien bestückt sind. Materialien also, die Sonnenstrahlen nicht reflektieren, sondern in maximalem Umfang aufnehmen und in Wärme verwandeln. Damit die Wärme nicht wieder unkontrolliert an die Umgebung abgegeben wird, sondern gezielt abgeleitet werden kann, müssen die Absorber zusätzlich in Isolationsschichten eingebettet sein. Über Rohrsysteme mit speziellen Transportflüssigkeiten wird die Wärme sodann einem Pufferspeicher zugeführt, der das Warmwassersystem und gegebenenfalls auch die Heizung permanent versorgt.

Solarthermie eignet sich besonders für die Bereitung von Warmwasser, Heizwärme und Prozesswärme

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Freigabevermerk

Sächsische Staatskanzlei, Redaktion Amt24. 19.08.2019 (Quelle: Broschüre "Was uns morgen antreibt. Basiswissen Erneuerbare Energien", SAENA Sächsische Energieagentur GmbH, Stand: 2015)