Wärmepumpen und Power-to-Heat

Eine weitere Mög­lichkeit der Nutzung von über­schüs­siger Energie ist die Umwandlung in Raum­wärme und Warm­wasser. Dabei ist die Bezeichnung Speicher in diesem Fall nur dann ange­bracht, wenn die Wärme auch gespei­chert und nicht direkt zur Ver­fügung gestellt wird. Wärme kann ent­weder im häus­lichen Warm­wasser-Boiler, oder in externen Wär­me­spei­chern gespei­chert werden. Wär­me­speicher in grö­ßeren Dimen­sionen sind bisher eher selten und bedienen sich meist einer recht simplen Technik. Es wird Wasser oder Luft erwärmt und in einem gut iso­lierten Behälter gepumpt. Dabei kann der Behälter mit einem Material großer Wär­me­ka­pa­zität gefüllt sein (zum Bei­spiel Steine, oder Kera­miken).

Einen Wir­kungsgrad bei der Power-To-Heat-Tech­no­logie anzu­geben ist schwierig. Im Ein­fachsten Fall ist er 100% wenn wie bei einem Tauch­sieder der elek­trische Strom durch eine Heiz-Spule fließt und Wasser erhitzt. Wird eine Wär­me­pumpe ver­wendet, können theo­re­tisch Wir­kungs­grade von mehr als 100% erreicht werden, weshalb in diesem Kontext ein anderer Aus­druck, nämlich die Leis­tungszahl oder COP (coef­fi­cient of per­for­mance) ver­wendet wird.

Funktion einer Wär­me­pumpe:

Grund­sätzlich zir­ku­liert in einer Wär­me­pumpe ein Fluid, welchem an einer Stelle Wärme zuge­führt und an einer anderen Wärme ent­nommen wird. Durch die räum­liche Trennung von dem Punkt der Wär­me­auf­nahme und -abgabe, kann ein Bereich gekühlt und ein anderer beheizt werden. Dies pas­siert in einem soge­nannten links­läu­figen ther­mo­dy­na­mi­schen Kreis­prozess. Der Punkt der Wär­me­auf­nahme ist bei einer Wär­me­pumpe klas­si­scher­weise die Atmo­sphäre bezie­hungs­weise mit­unter der Unter­grund (geo­ther­mische Wärme), oder über­schüssige Pro­zess­wärme.

Abbildung: Kreis­prozess einer Wär­me­pumpe, Quelle: Tiator I., Schenker M. (2014), Kapitel 5, S.89

 

Abge­geben wird die Wärme dann in das zu behei­zende System, also zum Bei­spiel den Wohnraum, oder den Warm­was­ser­speicher eines Wohn­hauses. Die Energie, die nötig ist, um den Kreis­prozess zu betreiben wird von einem Kom­pressor oder einer Pumpe bereit­ge­stellt. Das gleiche Prinzip findet auch bei einem Kühl­schrank Anwendung, nur, dass hier die Wärme dem Kühl­schran­kin­nenraum ent­zogen wird und dann an die Raumluft abge­geben wird. Auch eine Kli­ma­anlage funk­tio­niert auf diese Weise. Je nach Art der Wär­me­pumpe kann ein COP-Wert von über 4 erreicht werden. Das heißt, dass die vier­fache Menge der ein­ge­brachten elek­tri­schen Energie als Wär­me­en­ergie zur Ver­fügung gestellt werden kann.

Soge­nannte rever­sible Wär­me­pumpen kom­bi­nieren Heizung und Kli­ma­anlage in einer Appa­ratur und können zusätzlich zur Erzeugung von Raum­wärme auch zur Raum­kühlung ver­wendet werden. Die Wär­me­pum­pen­tech­no­logie wird weniger in Deutschland und ver­stärkt im euro­päi­schen Ausland, China und Japan ein­ge­setzt, wird jedoch weiter aus­gebaut.