Der Vergleich alternativer Heizungssysteme. The comparison of alternative heating systems

Der Vergleich alternativer Heizungssysteme

In Bezug auf Luftwärmepumpe und Erdwärmepumpe

The comparison of alternative heating systems

With respect to the air heat pump and the geothermal heat pump Diplomarbeit

Master`s thesis

zur Erlangung des akademischen Grades

Diplom-Ingenieur/Diplom-Ingenieurin für technisch-wissenschaftliche Berufe

der FH Campus Wien

Masterstudiengang Nachhaltigkeit in der Bautechnik Vorgelegt von:

Bernhard Sperl B.Sc.

Personenkennzeichen C1510325036 Erstbegutachter/in:

Univ.- Lekt. Dipl.-Ing. Wolfgang Mattes Zweitbegutachter/in:

Dipl.-Ing. Helmut Brezinschek, zPM Abgabetermin

03.07.2017

Erklärung:

Ich erkläre, dass die vorliegende Diplomarbeit von mir selbst verfasst wurde und ich keine anderen als die angeführten Behelfe verwendet bzw. mich auch sonst keiner unerlaubten Hilfe bedient habe.

Ich versichere, dass ich dieses Diplomarbeitsthema bisher weder im In- noch im Ausland (einer Beurteilerin/einem Beurteiler zur Begutachtung) in irgendeiner Form als Prüfungs- arbeit vorgelegt habe.

Weiters versichere ich, dass die von mir eingereichten Exemplare (ausgedruckt und elektronisch) identisch sind.

Datum: ... Unterschrift: ...

Danksagung

Ich möchte mich herzlich bei meiner Freundin Mag. Elisabeth Lindner für die persönliche Unterstützung sowie auch für die mentale Unterstützung und mehrmalige Korrektur der Arbeit bedanken. Ohne meine Familie, insbesondere meinen Eltern und Großeltern, wäre es mir nicht möglich gewesen, diesen Weg zu gehen.

Ein großer Dank geht auch an die Firma KNV. Speziell Herr Ing. Thomas Teuschler war eine große Unterstützung in Bezug auf die Auswahl der für den Vergleich angestrebten Technologien und Theorien.

Kurzfassung

Diese Arbeit befasst sich mit der Energiekrise im 21. Jahrhundert und den damit verbundenen alternativen Möglichkeiten und deren Vor- und Nachteile. Es wird versucht, einen kurzen Überblick über den Begriff Energie von der Vergangenheit bis heute zu geben und darüber, wofür er verwendet wird. Anschließend werden sämtliche Formen von Energie behandelt und erläutert. Die heutige Energieproblematik und das Umdenken in Bezug auf Umwelt, schonender Ressourcennutzung und nachhaltigem Denken bilden die direkte Überleitung zu alternativen Energiemöglichkeiten. Die wichtigsten, 2017 möglichen, Formen der erneuerbaren Energien werden erläutert. Es wird erklärt, wie sich die Möglichkeiten im Laufe der Zeit entwickelt haben, welche Technologien von der Vergangenheit bis zum heutigen Tag angewandt werden und welche Möglichkeiten in Zukunft noch vermutet werden. Da es ein menschliches Grundbedürfnis darstellt und heute bereits in vielen Teilen unserer Erde lebensnotwendig ist, bezieht sich die Arbeit im Weiteren auf das Heizen als den wohl größten Bezugsfaktor der Energienutzung der Menschheit. Durch zukünftige enorme Anforderungen an alternative Heizsysteme, sowohl im privaten als auch im industriellen Bereich, liegt hier ein immenser Aufholbedarf bezüglich erneuerbarer Energien vor. Da es in Europa noch immer einen sehr großen Anteil an Einfamilienhäusern gibt und dieser sich so schnell nicht ändern wird, wird ein Vergleich alternativer Heizungssysteme im Einfamilienhausbereich angestrebt.

Doch ein Vergleich lediglich an einem Objekt wäre nicht sehr aussagekräftig.

Aufgrund dessen wurden für die Vergleiche fiktiv zum einen ein Einfamilienhaus und zum anderen ein Einzelhandelsverkaufsmarkt mit je zwei alternativen Heizungssystemen ausgestattet. Die beiden Gebäudetypen wurden so reell wie möglich geplant und an einen technischen Standard von 2017 angepasst.

Aufgrund der Entscheidung, einen Vergleich zwischen Erdwärmepumpe und Luftwärmepumpe anzustellen, werden diese beiden Pumpen speziell beschrieben.

Anschließend wird die Auswertung der gemeinsam mit der Firma KNV erstellten Angebote und Möglichkeiten erläutert und ein aussagekräftiges wirtschaftlich nachvollziehbares Ergebnis des Vergleichs präsentiert.

Abstract

This work deals with the energy crisis in the 21st century and the associated alternative possibilities and their advantages and disadvantages. It starts with the explanation of all energy problems and the relations between human beeings and energy from the past to our present time. An attempt is made to give a brief overview of the term energy and what it is used for. Subsequently, all forms of energy are explained beginned from the scientific views to the technical importance of energy in engineering science. Today's energy problems and the rethinking of the environment, careful use of resources and sustainable thinking lead directly to alternative energy sources. The most important and 2017 already possible forms of renewable energy are explained as well. It is explained how the possibilities have evolved over time, which technologies are applied from the past to the present day and which possibilities are still presumed in the future. Since it is a human basic necessity and today is already a matter of survival in many parts of the world, the work also refers to heating as probably the largest reference factor of the energy use of mankind. Due to the future enormous demands on alternative heating systems in the private as well as in the industrial sector, there is an immense catching-up demand with regard to renewable energies. As there is still a very large share of single-family houses in Europe and this will not change so quickly, a comparison of alternative heating systems in the family home area is striving for. But a comparison only on one object would not be very meaningful. As a result, a single-family house and once a retail sales market have been equipped with two alternative heating systems for the comparisons. The two building types were planned as real as possible and adapted to a technical standard of 2017.

Due to the selection of a comparison between geothermal heat pump and air heat pump, these two pumps are specifically described. Subsequently, the evaluation of the offers and possibilities developed together with the company KNV is explained and a conclusively economically comprehensible result of the comparison is presented.

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung - Abb.

beziehungsweise - bzw.

circa – ca.

et cetera – etc.

Grad Celsius - °C Ingenieur – Ing.

Kilowatt – kW

Kilowattstunde – kWh Kubikmeter – m³ maximal – max.

Meter – m Paragraph - § Prozent - %

Quadratmeter – m² Tabelle – Tab.

und viel/vieles mehr – uvm.

Water Closet – WC Zentimeter – cm zum Beispiel – z.B.

Schlüsselbegriffe

Energie Energiekrise

Alternative Energie Energieeffizient Erneuerbare Energie Wärmepumpen Vergleich Untersuchung

Inhaltsverzeichnis

D

...

K

...

A

...

A

...

S

...

1. G

... 1

1.1 Römer ... 1

1.2 Der Zweite Weltkrieg ... 2

1.3 Heute ... 3

2 E

A

... 5

2.1 Physik ... 5

2.2 Chemie ... 7

2.3 Biologie ... 7

2.4 Energieformen ... 8

2.4.1 Bruttoenergie ... 8

2.4.2 Endenergie ... 8

2.4.3 Ressourcen und Reserven ... 10

3 E

M

... 12

3.1 Energie aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht ... 12

3.2 Energie in der Zivilisation ... 13

3.3 Rückhaltung einer dezentralen Energiewende ... 16

4 E

E

... 17

4.1 Ökostrom ... 17

4.2 Windenergie ... 18

4.2.1 Geschichte der Windenergie ... 18

4.2.2 Windenergie Österreich Heute ... 18

4.3 Wasserkraft ... 19

4.3.1 Geschichte der Wasserkraft ... 19

4.3.2 Wasserkraft Österreich Heute ... 19

4.4 Biomasse ... 20

4.4.1 Geschichte von Biomasse ... 20

4.4.2 Biomasse Österreich Heute ... 20

4.5 Erdwärme ... 21

4.5.1 Geschichte der Erdwärme ... 21

4.5.2 Erdwärme Österreich Heute ... 22

4.5.3 Wirtschaftlichkeit von Erdwärme ... 23

4.6 Solarenergie ... 24

4.6.1 Geschichte der Solarenergie... 24

4.6.2 Solarenergie Österreich Heute... 25

4.6.3 Solarenergie Einfamilienhaus ... 25

5 W

H

... 26

5.1 Wärmepumpen und ihre Emissionen ... 26

5.2 Wärmepumpen allgemein ... 27

5.2.1 Name Wärmepumpe ... 28

5.3 Wärmepumpen Funktion ... 29

5.3.1 Verdichter ... 30

5.3.2 Verflüssiger ... 30

5.3.3 Expansionsventil ... 31

5.3.4 Verdampfer ... 31

5.3.5 Kältemittelsammler ... 32

5.3.6 Trockner ... 32

5.3.7 Schauglas ... 32

5.3.8 Niederdruckschalter ... 33

5.3.9 Hochdruckschalter ... 33

5.3.10 Fühler Verdampfer ... 33

5.3.11 Regler ... 34

6 V

L

E

... 36

6.1 Der Standort Neudörfl ... 37

6.1.1 Energieautarkie Burgenland ... 37

6.1.2 Das Klima am Standort ... 38

6.1.3 Das Grundstück ... 39

6.2 Der Vergleich ... 40

6.2.1 Baubeschreibung Einzelhandelsverkaufsmarkt ... 40

6.2.2 Auszug Energieausweis Einzelhandelsverkaufsmarkt ... 43

6.2.3 Baubeschreibung Einfamilienhaus ... 44

6.2.4 Auszug Energieausweis Einfamilienhaus ... 45

6.2.5 Beschreibung der Untersuchung ... 46

6.3 Vergleich Luftwärmepumpe im Einfamilienhaus und dem Einzelhandelsverkaufsmarkt ... 47

6.3.1 Beschreibung der Pumpe im Einfamilienhaus... 47

6.3.2 Beschreibung der Pumpe im Einzelhandelsverkaufsmarkt ... 47

6.3.3 Vergleich ... 48

6.4 Vergleich Erdwärmepumpe im Einfamilienhaus und dem Einzelhandelsverkaufsmarkt ... 49

6.4.1 Beschreibung der Pumpe im Einfamilienhaus... 49

6.4.2 Beschreibung der Pumpe im Einzelhandelsverkaufsmarkt ... 49

6.4.3 Vergleich ... 50

6.5 Vergleich Erdwärmepumpe zu Luftwärmepumpe ... 51

6.5.1 Vergleich im Einfamilienhaus ... 51

6.5.2 Vergleich im Einzelhandelsverkaufsmarkt ... 52

7 F

... 55

Q

... 57

Abbildungsverzeichnis ... 60

T

... 61

A

... 62

Geschichtliches

1

1. Geschichtliches

Der folgende Abschnitt befasst sich im Allgemeinen mit dem Energieproblem, angefangen in der Vergangenheit bis zum heutigen Tag. Das Streben nach Luxus und die damit einhergehende Notwendigkeit an aufzubringender Energie stellt seit jeher einen grundlegenden Teil der Energieproblematik dar. Dieser einführende Abschnitt dient als Überleitung zur eigentlichen Fragestellung.

1.1 Römer

Schon sehr früh war Energie ein bedeutender Faktor der Weltmächte. Bereits bei den Römern ist eine erste Energiekrise aufgetreten, über diese es bis heute Informationen gibt. Die Römer schritten mit ihren Eroberungen immer weiter voran und bauten das Reichsgebiet in allen Richtungen aus. Mit dieser Ausweitung wurden natürlich auch die Staatsgrenzen erweitert und es galt, immer längere Grenzen zu überwachen. Durch diesen Mehraufwand, wurden auch immer mehr Sklaven benötigt. Auch die reichen Siedler gründeten neue Städte und wollten hierfür die gleichen Rechte und Arbeitskräfte. Die Eroberungen der Römer gingen allmählich zurück und dies stellte sich als Problem heraus. Es mussten gelegentlich auch Niederlagen eingesteckt werden. Erstmals wurden in Rom Steuern angesetzt, um den Menschen ihren energiereichen Stil finanzieren zu können. Ein weiterer Teil der Steuern wurde verwendet, um die Grenzen zu schützen. Durch den immer stärker aufstrebenden Luxus sah man des Öfteren in den Häusern nachts Lampen brennen. Diese Lampen benötigten Olivenöl als Brennstoff. Die bisherigen Anbauflächen für Oliven wurden jedoch rasch zu klein, da immer mehr Menschen den Luxus von Licht in ihren Heimen nicht missen wollten. So kam es schließlich bald zu dem Zeitpunkt, an dem die Kapazität des Olivenölanbaus erschöpft war. Von nun an wurde Olivenöl aus Spanien importiert, welches wiederum auch bezahlt werden musste. Die Eroberungen der Römer, die in der Vergangenheit den Grundstein einer Sicherung des luxuriösen Lebensstils legte, blieben aus. Wald wurde abgeholzt, um Schiffe für die Kriegsflotten zu bauen, jedoch nicht wieder nachgepflanzt. Die Vernichtung der Waldgebiete war teils so gravierend, dass bis heute kein neuer Wald nachwuchs. Das römische

Geschichtliches

Imperium erfuhr seinen Niedergang schlussendlich dadurch, dass Luxus und das energieintensive Leben der Römer nicht mehr aufrechterhalten werden konnte.

Dies bedeutete den Untergang des römischen Reiches, hervorgerufen durch die erste weltbekannte Energiekrise. Viele spätere Weltreiche, große Unternehmen, ganze Wirtschaftssektoren mussten bis zum heutigen Tag denselben Werdegang wie das römische Reich erleiden. Die Strukturen konnten mit dem Beginn der industriellen Revolution gefestigt werden. Ausgehend England, welches Kolonien eroberte und ausbeutete, konnte eine effektivere und wirtschaftlichere Ausweitung durchgesetzt werden. Wie schon durch die Römer wurden auch durch die Briten Kolonien ausgebeutet, neue Rohstoffe entdeckt sowie seltene Lebensmittel gefunden. Dadurch entstand einen neue Zeit. Es änderten sich nicht nur wesentliche Grundsätze im sozialen Bereich, sondern auch die Arbeitswelt erfuhr einen immensen Umschwung. Es bildeten sich erste sozialdemokratische und kommunistische Vorstellungen. Schon in der Vergangenheit kann man also sehen, wie hoch der Stellenwert von Energie im Leben der Menschen war und bis heute geblieben ist.

1.2 Der Zweite Weltkrieg

Während des zweiten Weltkrieges rüstete Amerika die gesamte amerikanische Wirtschaft auf Effizienz um. Ein entscheidender Vorteil im Kriegsverlauf waren massive Vorkommen an Kohle und Öl im eigenen Land. Die Nationalsozialisten hofften vergeblich, in der Ukraine Öl zu finden. Die Japaner besorgten sich ihr Öl von besetzten Gebieten im asiatischen Raum. Als offizielle Begründung für den Angriff auf Pearl Harbour 1941 gab Japan sogar den Ölboykott der Amerikaner an.

Schon bei den Römern diente der Krieg dazu, die Energiekrise zu lösen. So sollte es auch im zweiten Weltkrieg schlussendlich zu einer Lösung der Energiekrise zwischen Deutschland und Japan kommen. Dazu kam es jedoch auf einem höchst bedenklichen und menschenrechtsverletzenden Weg, der viele unschuldige Menschen das Leben kostete.

In der Nachkriegszeit begann schließlich das Atomzeitalter. Die Amerikaner wurden durch den Krieg eine wirtschaftliche Großmacht und glaubten, durch ihre eigenen Ölvorkommen neue geschäftliche Beziehungen mit den saudi-arabischen

Geschichtliches

Öloligarchen erreicht zu haben. Dieser Grundgedanke und die Art des Lebens wurde durch amerikanische Besatzungssoldaten nach Deutschland gebracht. Ab ca. 1950 änderten sich Ernährung, Sprache, Kultur und sogar die Musik in Deutschland deutlich nach amerikanischem Vorbild. Speziell die jungen Menschen wollten diverse Erleichterungen im Leben wie sie in Amerika bereits Standard waren für sich entdecken. Kühlschränke, Kinofilme, Autos, Fernseher etc. wurden nun als Symbol für Wohlstand angesehen, da die Deutschen bis dahin auf solche Dinge Jahrzehnte lang verzichtet hatten. Es wurden CARE Pakete der Amerikaner verteilt, Währungsreformen beschlossen und die Nachkriegsgeneration zu Fleiß und Wiederaufbau motiviert. Durch diese Faktoren entstand das sogenannte Wirtschaftswunder der Nachkriegszeit. Neben der Beseitigung des Hungers konnten Verkehrswege ausgebaut werden, außerdem wurden in den Häusern fließendes Wasser und funktionierende Heizungen installiert. Dies hatte wiederum zur Folge, dass der Energieverbrauch enorm stieg. Die Stromproduktion der zentralen Großkraftwerke musste angekurbelt werden. Das Öl wurde nun so wichtig, dass die Amerikaner gezwungen waren, den ersten Golfkrieg zu starten.

Dieser wurde auch Ölkrieg genannt. Es war wieder einmal so weit. Wie bereits bei den Römern und Briten hatten es nun auch die Amerikaner geschafft, die billigen Energiequellen einem Ende zuzuführen.

1.3 Heute

Bis heute begegnen die meisten Nutzer dem Problem der aufkommenden Kosten, die mit dem gewünschten Lebensstandard einhergehen, mit einer ignoranten Gleichgültigkeit, die mehr als bedenklich ist. Dass gigantische Mengen an Giften, Müll, Schadstoffen oder radioaktivem Müll entstehen, nur, um den gewohnten Lebensstil zu erhalten, wird leider gekonnt ignoriert. Den Endverbraucher interessiert nur, dass der Strom, aus der Steckdose, billig ist und auch billig bleibt.

Nachhaltiges Denken betreiben nur wenige und die nachfolgenden Generationen müssen darunter leiden. Die Vernetzung der Großkraftwerke, welche durch sternförmige Versorgung bis ins letzte Haus vordringen, hat ausgedient. Viele Manager wollen auch heute noch nicht akzeptieren, dass die Steinzeitkraftwerke und die zentrale Gesamtverteilung der Vergangenheit angehören. Es ist an der

Geschichtliches

Abbildung 1: Endenergieverbrauch in Deutschland im Vergleich

Zeit, umzustellen, regenerative Energien zu nutzen und dezentrale Strukturen zu integrieren. Ansonsten wird es aus wirtschaftlicher Sicht nicht möglich sein, zu überleben.¹

1Eiselt, Jürgen: Dezentrale Energiewende, Chancen und Herausforderungen. Wiesbaden: Vieweg und Teubner, Springer Fachmedien 2012 Seite 1-8.

Energie Allgemein

2 Energie Allgemein

Dieser Abschnitt erläutert, was Energie eigentlich bedeutet. Wie wird Energie in den diversen Naturwissenschaften beschrieben und erklärt? Ist Energie endlich oder unendlich? Anhand der folgenden Beschreibungen werden Fragen wie diese erläutert und versucht, den Grundbegriff Energie in allen Variationen zu definieren.

2.1 Physik

Aus der physikalischen Sicht ist Energie als die Fähigkeit Arbeit zu leisten definiert. Ihre Maßeinheit ist Joule. Joule lässt sich erklären, indem man einen Körper von 102 g Masse einen Meter hoch hebt. Die Erdanziehung, welche hierbei überwunden werden muss, ist der maßgebliche Teil an Energie, der verrichtet wird, um den Körper zu heben. Energie kann weder verbraucht noch erzeugt werden. Dies ist der wichtigste Aspekt um den Begriff Energie zu verstehen. Der erste Hauptsatz der Thermodynamik beschreibt, dass Energie in einem abgeschlossenen System nicht hergestellt oder verbraucht werden kann. Sie kann lediglich genutzt oder in eine andere Form umgewandelt werden. Hier gilt es, diverse Energieformen zu unterscheiden:

- Mechanische Energie - Chemische Energie - Elektrische Energie - Thermische Energie - Strahlungsenergie - Kernenergie

Energieumwandlungen sind im Allgemeinen durch gewisse Randbedingungen beschränkt. Es ist beispielsweise nur möglich, eine vollständige Umwandlung zu erzeugen, wenn man von einer höherwertigen zu einer niederwertigeren Energieform umwandelt. Es kann also nur ein Energieträger verbraucht werden, die in ihm gespeicherte Energie wird lediglich umgewandelt. Diese Eigenschaft ruft

Energie Allgemein

Abbildung 2: Hierarchie für Umwandlungen in verschiedene Energieformen

eine gewisse Rangordnung bei Energieformen hervor, welche grundsätzlich immer gilt.

Strom in Form von elektromagnetischer Energie kann also vollständig in thermische Energie, also Wärme, umgewandelt werden. Versucht man dies im umgekehrten Fall, ist dies nicht vollständig möglich, da Strom eine höherwertige Energieform darstellt als Wärme. Um die Zivilisation aufrechterhalten zu können, benötigt es einen ständigen Fluss an Energie. Im Produktionsbereich findet immer eine Transformation von einer niedrigeren Energieform zu einer höheren statt, welche dann für die Gesellschaft zur Verwendung bereitgestellt wird. Da von einer niedrigen Energieform auf eine höhere Energieform transformiert wird, werden für die Umwelt schädliche Nebenprodukte, Abfall freigesetzt. Dieser Abfall wird derzeitig jedoch nicht als Rückwirkung in die Natur abgegeben. Es ist allerdings nicht möglich, einen solchen rückwirkungsfreien Prozess dauerhaft aufrechtzuerhalten, wenn man nicht unendliche Ressourcen an Energie und Rohstoffen besitzt. Eine dringende Notwendigkeit besteht nun darin, die Umwelt bei einem solchen Prozess der Energieumwandlung miteinzubeziehen, da unsere Ressourcen nur begrenzt vorhanden sind.

Energie Allgemein

2.2 Chemie

Grundsätzlich knüpft die chemische Sichtweise von Energie an die physikalische an. Hier wird allerdings der Fokus speziell auf die Umwandlung der jeweiligen Energieformen gelegt. Besonders wichtig für die Beschreibung aus chemiescher Sicht ist der Umwandlungsprozess der Verbrennung, die so genannte Oxidation.

Dieser beschreibt den Vorgang, einen Energieträger zu verbrennen und daraus die gespeicherte Energie als Wärme für weitere Prozesse zu nutzen. Speziell in der Bautechnik ist es ebenso wichtig, den Prozess der Umwandlung zu fördern.

Alternative Energieformen so zu nutzen, dass man einen möglichst hohen Output bei möglichst geringem Abfall bekommt, ist das Ziel der modernen Bautechnik. Es soll also darauf geachtet werden, ein Haus mit minimaler Energiezufuhr zu speisen, jedoch diese so lange als irgend möglich im selben Haus zu verwenden.

2.3 Biologie

In der Biologie betrachtet man die Energie in Bezug auf die Umwelt. Vorrangig ist die Energieumwandlung hier mit der Photosynthese verknüpft. Bei der Photosynthese wird die solare Strahlung verwendet, um biologische Verbindungen unter Freisetzung von Sauerstoff umzuwandeln. Auch die Biologie spielt in der Bautechnik von heute eine wesentliche Rolle. Man könnte meinen, um Häuser zu bauen, ist es lediglich interessant über die Nutzung und Umwandlung der Energie Bescheid zu wissen. Doch auch unsere Ressourcen sind nicht unendlich. Es wird immenser Aufwand betrieben, um unsere natürlichen Schutzgüter auch weiterhin zu beschützen. Durch Umweltverträglichkeitsprüfungen, Alternativvorschlägen und vielem mehr versucht man heute, Bauvorhaben für die Umwelt und Biologie adequat zu gestalten, um nicht den gesamten Lebensraum vieler Schutzgüter einfach zu zerstören.

Energie Allgemein

2.4 Energieformen

Spricht man von Energie, muss man sich bewusst sein, dass speziell in der Technik verschiedene Begriffe für Energie verwendet werden. Es wird immer unterschieden, wo die Energie produziert, wohin sie transportiert wird und wie viel davon ankommt. Die genauen Definitionen werden im nächsten Textteil beschrieben.

2.4.1 Bruttoenergie

Die gesamte Energie, die einem Land zur Verfügung steht, beschreibt die Bruttoenergie. Es wird sämtliche selbst gewonnene Energie und importierte Energie herangezogen und davon die exportierte Energie subtrahiert. Um auf den Begriff Endenergie zu kommen, muss man von der Bruttoenergie die anfallenden Umwandlungs- und Leistungsverluste sowie den nicht-energetischen Energieverbrauch abziehen. Diese sogenannte Endenergie wird dann an den Endverbraucher als tatsächlich nutzbare Energie geliefert. Dies geschieht im Regelfall durch Energieverkäufe via Energieanbietern, also kommerzielle Energie.

Jedoch ist es einem jeden Nutzer frei, nichtkommerzielle Energie zu nutzen. Diese ist in Form von selbst gesammeltem Brennholz oder durch den Ertrag einer eigenen Solaranlage vorhanden. Da diese nichtkommerzielle Energie nur schwer bemessen werden kann, ist es schwierig sie zu kategorisieren und sie wird daher nur geschätzt.²

2.4.2 Endenergie

Bei der Endenergie wird meistens ein großer Teil der genutzten Energie vernachlässigt. Oft ist die Betrachtung der Endenergie nur auf private Haushalte bezogen. Der gesamte Teil der Bruttoenergie, welcher an private Haushalte, Sektor Gewerbe, Handel, Dienstleistungen oder der Industrie und dem Verkehr zur Verfügung gestellt wird, wird als Endenergie bezeichnet. Um die Umwelt weniger zu belasten und den Energieverbrauch zu senken, wurde die EG-

2 Erdmann, Georg/Zweifel, Peter: Energieökonomik, Theorie und Anwendungen. Berlin Heidelberg:

Springer-Verlag 2008 S. 24

Energie Allgemein

Abbildung 3: Anteil erneuerbarer und fossiler Energie in Österreich 1970-2015

Erneuerbare-Energien-Richtlinie geschaffen. Das verpflichtete Ziel der Mitgliedstaaten der Europäischen Union ist, bis 2020 einen Prozentsatz von 20%

der Endenergie durch erneuerbare Energien bereitstellen zu können.

In Österreich stieg der Bruttoinlandsverbrauch an Energie von 2014 auf 2015 um 2,6%. Dadurch stieg auch der energetische Endverbrauch um 3,0% an.

„Die größten Anteile am Bruttoinlandsverbrauch hatten im Jahr 2015 die Energieträger Erdöl und Erdölprodukte mit 36,1 % und Erdgas und andere fossile Gase mit 20,4 %. Diese beiden Energieträgergruppen decken gemeinsam bereits 56,5 % des gesamten Bruttoinlandsverbrauches ab. Weitere Energieträger waren – gereiht nach ihrem Anteil am Bruttoinlandsverbrauch – biogene Brenn- und Treibstoffe 13,0%), Kohle und Kohleprodukte (9,6%), die Wasserkraft (9,5%), Brennholz (4,1%), der Importüberschuss des elektrischen Stroms (2,6%) sowie andere Erneuerbare (2,6%). Im Vergleich mit den Zahlen der EU 28 weist die österreichische Energiebilanz durchschnittliche Anteile an Erdöl und Erdölprodukten sowie Erdgas, einen geringeren Anteil an Kohle, keine Kernenergie und einen deutlich höheren Anteil erneuerbarer Energie auf.

Der energetische Endverbrauch Österreichs gliederte sich im Jahr 2015 in die Anteile für den Verkehr mit 34,7 %, den produzierenden Bereich mit 28,9%, die privaten Haushalte mit 23,5%, den Bereich öffentlicher und privater

Energie Allgemein

Dienstleistungen mit 10,8% und die Landwirtschaft mit 2,1%. Der Endenergieverbrauch war im Jahr 2015 abgesehen vom Dienstleistungsbereich in allen Sektoren steigend. Der deutlichste Anstieg war eine im Vergleich zum Jahr 2014 um 11,6% höhere Heizgradsumme. Der zweite wesentliche Beitrag zum Energieverbrauchsanstieg in der Höhe von 3,1% oder 3,191 GWh stammte vom Verkehrsbereich und ist einerseits auf die geringen Treibstoffpreise und andererseits auf gestiegene Wirtschaftsaktivität zurückzuführen. Das verhaltene Wirtschaftswachstum des Jahres 2015 in der Höhe von 0,6% führte auch im Sektor Industrie zu einem Anstieg des Energieverbrauchs um 1,5 % oder 1280 GWh. Der anrechenbare Beitrag erneuerbarer Endenergie ist in Österreich nach der Berechnungsmethode gemäß EU (2009) vom Jahr 2014 auf das Jahr 2015 um 3570 GWh oder 12,9 PJ gestiegen. Dieser Anstieg um 3,5% ist im Wesentlichen auf den witterungsbedingt höheren Verbrauch von Holzbrennstoffen und einem verstärkten Einsatz von Biokraftstoffen im Verkehr zurückzuführen. Wegen des allgemeinen Anstieges des Energieverbrauches erhöhte sich der Anteil erneuerbarer Energie im österreichischen Energiemix jedoch lediglich von 32,7%

im Jahr 2014 auf 32,8% im Jahr 2015.“³

2.4.3 Ressourcen und Reserven

Das technische Know-How ist der ausschlaggebende Punkt, ob man einen Rohstoff als Ressource oder als Reserve bezeichnen muss. Als Beispiel könnte man das spaltbare Uranisotop U235 nennen. Dieses war erst ab dem Zeitpunkt als Energieressource zu bezeichne, zu dem man erfolgreich die nukleare Kettenreaktion erforscht hatte. Die Unterscheidung zwischen Ressource und Reserve ist von großem Wert. Als Ressourcen werden alle Rohstoffe bezeichnet.

Sämtliche Rohstoffe, deren Lagerstätten nur vermutet werden oder mit verfügbaren Technologien noch nicht gefördert werden konnten, zählen ebenso dazu wie die offensichtlichen und tatsächlich nutzbaren. Als Reserve wird nur der Teil der Ressourcen bezeichnet, welcher tatsächlich vorhanden ist und auch durch

3 Ministerium für ein lebenswertes Österreich, bmlfuw.gf.at Erneuerbare Energie in Zahlen 2016, Entwicklung in Österreich Datenbasis 2015. Wien: Bundesministerium für Land und Forstwirtschaft, Umwelt und Wasserwirtschaft 2016 Seite 10

Energie Allgemein

geringe Förderkosten zu marktüblichen Preisen vermarktet werden können. Diese Bedingung ist also ganz wesentlich. Ein höherer Energiepreis führt demnach automatisch zu einer Umwandlung einer Ressource zu einer Reserve. Es gibt heute sehr zahlreiche Veröffentlichungen über die auf unserer Erde verfügbaren Energieressourcen. Diese basieren auf den Veröffentlichungen von Rohstoffunternehmen, Regierungen sowie Behörden der Rohstoffländer. Ist es nun also durch höheren Energiepreis auch möglich, andere Energien zu nutzen, könnten viele vorher nur als Ressource bekannte Rohstoffe plötzlich zur Energiereserve werden. Diese wären dann als alternative Energie nutzbar und in genügend Reserve vorhanden.

Energie und Mensch

3 Energie und Mensch

Es ist essentiell, den Zusammenhang zwischen Energie und Mensch zu definieren, um im weiteren Sinn verstehen zu können, warum es so wichtig ist, energieeffizient zu leben. Es gibt weltweit ganz wesentliche Unterschiede über das Verständnis und Know-How von Energie. Aufgrund dieser Unterschiede ist es oft nur schwer möglich, Menschen die Notwendigkeit von alternativer Nutzung und umweltbewusstem Denken näher zu bringen. Im Folgenden wird der Zusammenhang von Energie und Ingenieurwissenschaft sowie Energie und Zivilisation erläutert.

3.1 Energie aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht

In der Ingenieurwissenschaft wird fälschlicherweise sehr oft von Energieerzeugung gesprochen. Es ist das Ziel eines Ingenieurs, sich mit der Entwicklung, Errichtung und dem Betrieb diverser Anlagen zur Energiegewinnung auseinanderzusetzen. Es gibt aus ingenieurwissenschaftlicher Sicht eine ganze Reihe an verschiedenartigen Energieträgern und es stellt sich hier die Aufgabe, den spezifischen Energiegehalt jedes Trägers in eine gemeinsame Einheit umzurechnen. Hierzu wird beispielsweise für Erdöl oder Steinkohle die Maßeinheit der Masse, nämlich Kilogramm, herangezogen. Bei Erdgas ist es der Kubikmeter, welcher zur Definition bestimmter Mengen dient. Um auch wirklich vernünftige Vergleiche und Berechnungen anstellen zu können, ist es von großer Wichtigkeit, sämtliche Einheiten zu verstehen und sie auch richtig umrechnen zu können.

Spielt man mit diversen Fachbegriffen und zudem noch mit verschiedenen Einheiten, kann sehr leicht jedes Ergebnis dargestellt werden, egal ob richtig oder falsch, was eigentlich nicht zum Erfolg führt.

Energie und Mensch

3.2 Energie in der Zivilisation

Ein quantitatives Bild der energiewirtschaftlichen Zusammenhänge eines Landes kann nur erstellt werden, wenn man auf die statistischen Quellen dieses Landes zurückgreift. Hierzu werden Energiebilanzen, die eine vollständige Darstellung der Energieflüsse des Landes darstellen, verwendet. In diesen Bilanzen kann man die Verwendung der Energieträger über einen bestimmten Betrachtungszeitraum erkennen.

Für ein zivilisiertes, menschenwürdiges Leben ist als wesentliche Voraussetzung genügend Energie notwendig. Die jeweilige Zivilisation lässt sich durch den Energieeinsatz und dessen Handhabung schnell kategorisieren. Eine schematische Darstellung dieses Systems ist in Abbildung 4 ersichtlich. Wenn eine Kultur ihren Energieeinsatz so plant, dass der Einfluss auf die Symbiose Mensch zu Natur so gering als möglich ist, kann die Kultur als fortgeschritten eingestuft werden. Der gegenteilige Energieeinsatz bewirkt natürlich wiederum eine Einstufung als zurückgebliebene Kultur. Die alternative Energietechnik beschäftigt sich mit der Energienutzung heute, macht es sich jedoch ebenso zur Aufgabe, an die zukünftigen Generationen zu denken. Es werden das gesamte Leben und unser Planet mit ins Kalkül gezogen. Ist sich der klassische Ingenieur

Abbildung 4: Gesamtsystem mit Rückwirkungen

Energie und Mensch

dieser Denkweise nicht bewusst, wird er umweltzerstörend handeln und sich sein Tun negativ auf die Zukunft auswirken.

Beleuchtet man ein klassisches Wirtschaftssystem, so werden abstrakte und unnatürliche Entscheidungskriterien wie Geld oder Gewinn herangezogen. Diese Kriterien kann man jedoch auf Dauer nicht als die richtigen für ein Gesamtsystem betrachten. Es ist natürlich möglich, ein angedachtes Wirtschaftssystem völlig ohne Rückwirkung auf die Umwelt zu betrachten. Dies wäre jedoch eine gefährliche Utopie. Das Überleben wäre hier bei steigendem Energieverbrauch ausschließlich vom technischen Fortschritt abhängig. Dies ist aber nicht der geplante Grundsatz der alternativen Energietechnik. Ein Leben im Gesamtsystem ist anzustreben. Der Zusammenhang zwischen Mensch, Umwelt und technischem Fortschritt ist der wesentliche Grundsatz der alternativen Energienutzung. Früher war es den Menschen nur möglich, ihre eigene Muskelkraft zu nutzen und Tiere, die ihnen zur Verfügung standen, einzusetzen. Als der Wind als Energie zur Fortbewegung entdeckt wurde, entwickelte man Schiffe. Danach erkannte man den Nutzen von Wasser und Wind in Abhängigkeit zueinander und erfand Wasserräder und Windmühlen. Alle diese Systeme waren mit der Umwelt verträglich und in ihrer Handhabung ökologisch regenerativ. Das von der Natur gebotene Maß an mechanischer Energie wurde nur zu einem Bruchteil für die Maschinen verwendet. Dabei wurde die Erscheinungsform der Energie jedoch nicht verändert oder schädliche Nebenprodukte erzeugt. In Abbildung 5 kann man den Zusammenhang des besagten Schemas deutlich erkennenen.

Energie und Mensch

Eine gravierende Veränderung erfuhr dieser Kreislauf aus Natur und Technik mit der Erfindung der ersten brauchbaren Dampfkraftmaschine. Es war zwar der Sprung in die Industrialisierung geschafft, jedoch auch der Beginn der negativen Beeinflussung der Umwelt. Um Dampfkraftmaschinen zu betreiben, benötigt man Kohle. Diese zählt zu den nicht regenerierbaren fossilen Energiespeichern. Durch die Verbrennung von Kohle werden schädliche Abgase und sonstige Nebenprodukte erzeugt, was den Beginn der umweltschädlichen Energieerzeugung bedeutete. Diese Energietechnik hat bis heute keinen wesentlichen Fortschritt erfahren, außer dass statt Kohle Ersatzenergieträger herangezogen werden. Es kann dadurch jedoch nur die Masse der erforderlichen Grundmaterialien reduziert und die Zusammensetzung der für die Umwelt negativen Nebenprodukte verändert werden. Das Grundprinzip der Umweltschädlichkeit, bleibt jedoch erhalten. Bei den Grundenergieträgern muss jedoch auf eine gewisse Sonderstellung bei Erdwärme und Sonne hingewiesen werden, da diese als Nebenprodukt lediglich Abwärme produzieren können.⁴

4 Unger, Jochen/Hurtado, Antonio: Alternative Energietechnik, 4. Auflage. Wiesbaden: Vieweg und Teubner, Springer Fachmedien 2011, S 10-15

Erdmann, Georg/Zweifel, Peter: Energieökonomik, Theorie und Anwendungen. Berlin Heidelberg:

Springer-Verlag 2008 S. 25-26

Abbildung 5: Mechanische Energietechnik im vorindustriellen Zeitalter

Energie und Mensch

3.3 Rückhaltung einer dezentralen Energiewende

Es gibt derzeit zwei wesentliche Faktoren, welche dem Schutz von Umwelt und Klima diametral gegenüber stehen. Einerseits ist dies die vorgeschobene Unwissenheit bei Entscheidungsträgern in Politik und Wirtschaft, andererseits ist es die enorme Geldgier von Managern der Energiewirtschaft. So werden heute alte Kraftwerke durch Kundengelder künstlich am Leben gehalten. Die Milliarden an Euro, die hierfür verschwendet werden, könnten bereits wesentlich sinnvoller eingesetzt werden. Aus diesem Grund ist es sehr wichtig, die Menschen in ihrer Grundsatzentscheidung hin zur Verwendung regenerativer Energie zu führen. Die Zeit, in der es den Menschen noch möglich ist, den Kollaps durch die Erderwärmung zu verhindern, ist sehr begrenzt. Der einzige sinnvolle Ausweg besteht darin, eine Energiewende anzustreben und zu erreichen. Diese muss zu 100% durch regenerative Energie erfolgen. Es gibt derzeit bereits Berechnungen, welche voraussagen, dass es bis 2025 möglich wäre, mehr als hundert Prozent Ökostrom regenerativ erzeugen, speichern und verteilen zu können. Es müsste hierzu nur die Infrastruktur für die Energiewende ausgebaut werden. Im Gegensatz dazu würden die Ölpreise steigen, da die Nachfrage und Fördermenge an Öl drastisch sinkt. Dies würde ebenso eine steigende Zahl an Elektroautos und deren innovativer Batterie und Betriebstechnik bedeuten. Die wichtigste Frage ist nun, welche regenerative Energie letzten Endes die sinnvollste wäre.⁵

5 Eiselt, Jürgen: Dezentrale Energiewende, Chancen und Herausforderungen. Wiesbaden: Vieweg und Teubner, Springer Fachmedien 2012 Seite 11-13

Erneuerbare Energieformen

4 Erneuerbare Energieformen

Energieträger, welche praktisch unerschöpflich zur Verfügung stehen oder sich schnell erneuern lassen, werden als regenerative Energien oder erneuerbare Energien bezeichnet. Aufgrund der schnellen Regenerationsfähigkeit kann eine klare Abgrenzung gegenüber fossilen Energiequellen, die sich erst im Zeitraum von Millionen Jahren regenerieren, gezogen werden. Dieser Punkt ist ausschlaggebend, um eine nachhaltige Energiepolitik durch Energieeffizienz zu schaffen. Die wichtigsten regenerativen Energiequellen sind Bioenergie (Biomasse), Geothermie, Wasserkraft, Meeresenergie, Sonnenenergie und Windenergie. Die bei Weitem wichtigste Energiequelle, wenn es um erneuerbare Energieformen geht, ist jedoch die Sonne. ⁶

Da sich diese Arbeit mit dem Vergleich zweier wesentlicher erneuerbarer Energieformen und deren Nutzung beschäftigt, ist es notwendig, auch zu verstehen, dass diese beiden bloß ein Bruchteil des gesamten zur Verfügung stehenden Spektrums an erneuerbarer Energien ausmachen. Es gibt diverse Möglichkeiten, heute umweltbewusst zu handeln und trotzdem den modernen und standardisierten Lebensstil beizubehalten.

4.1 Ökostrom

Strom, welcher ohne der Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wird, wird als Ökostrom bezeichnet. Auch aus Biogas gewonnene Energie wird als Ökostrom bezeichnet. Es bildet also den Überbegriff für sämtliche Erzeugungsformen von Strom, bei denen quasi kein umweltschädlicher Abfall erzeugt wird.

6 Wikipedia: Erneuerbare Energien. In: URL: https://de.wikipedia.org/wiki/Erneuerbare_Energien (letzter Zugriff 21.04.2017)

Erneuerbare Energieformen

4.2 Windenergie

Durch die Sonnenenergie entsteht eine kinetische Energie der Luftströmung, die zum Antrieb von Maschinen oder zur Stromerzeugung durch Windkraftanlagen genutzt werden kann. Dazu wird ein Rotor in Drehung versetzt, der durch eine Umlenkung einen Stromgenerator antreibt.

4.2.1 Geschichte der Windenergie

Die erste Nutzung von einfachen Windmühlen wurde bereits sehr früh im arabischen Raum entdeckt. Durch die Verwendung zur Vermahlung diverser Getreidesorten und sonstiger Materialien etablierte sich die Windenergie über die Jahrhunderte auf breiter Ebene. Knapp vor 1900 begann die moderne Windkraftnutzung für die Stromerzeugung in Dänemark. Es war den Dänen als einzigem Volk möglich, die Elektrifizierung des ländlichen Raumes zeitgleich mit der Elektrifizierung in den Städten durchzuführen. Dies konnte durch die windkraftbetriebenen Elektrizitätswerke bewerkstelligt werden. Eigentlicher Start der Windenergie war jedoch erst das Ende der Energiekrise 1974. Durch Steuerabschreibungsregelungen wurde in Kalifornien der Durchbruch für die Windkrafttechnologie eingeleitet. Auch Deutschland hat einen großen Schritt in Richtung Windkraftnutzung gesetzt. Dies erfolgte durch das 1991 in Kraft gesetzte Stromeinspeisungsgesetz, welches Windenergieanlagenbetreibern einen wirtschaftlichen Einspeisetarif sicherte.

4.2.2 Windenergie Österreich Heute

Das Interesse in Österreich erneuerbare Energien einzusetzen wurde ebenfalls durch die Energiekrise geweckt. Es wurde lange angenommen, dass das österreichische Windpotenzial zu gering für eine Nutzung durch Windkraftanlagen wäre. Ende der 80er-Jahre zeigten eigene Messungen von Windenergieliebhabern jedoch gute Windverhältnisse. Die erste Förderung für Windkraft in Österreich erfolgte 1994. In deren Folge wurde im Marchfeld die erste große Windkraftanlage errichtet. Viele Standorte in Ost-Österreich, speziell im Burgenland, können heute mit den großen küstennahen Windkraftwerken, beispielsweise in Deutschland

Erneuerbare Energieformen

oder Dänemark, konkurrieren. Neben der EU selbst sind die treibenden Kräfte des Windenergie-Booms in unserer heutigen Zeit vor allem zwei Länder, nämlich China und die USA. Allein im Jahr 2010 hat China gewaltige Windkraftanlagen mit einer Gesamtleistung von 16.500 Megawatt gebaut. Seit Beginn der Windkraftnutzung leistet Europa Pionierarbeit. Heute ist fast die Hälfte der weltweiten Windkraftleistung in Europa beheimatet. Der saubere Windstrom ist ausschlaggebend, dafür dass jährlich mehr als 100 Millionen Tonnen CO2- Ausstoß vermieden werden können. Im Jahr 2016 deckten 1119 Windräder mit 5,2 MW 8,7 % des österreichischen Strombedarfs.

4.3 Wasserkraft

Wasser wird in verschiedensten Formen genutzt. Laufwasserkraftwerke, Speicherkraftwerke, Pumpspeicher, Gezeitenkraftwerke oder die Bewegungsenergie stellen einige Beispiele dafür dar. Alle diese Kraftwerke dienen dazu, die Wasserenergie in elektrische Energie umzuwandeln. Hierzu strömt das Wasser durch die Turbinen, welche einen Stromgenerator antreiben und so elektrische Energie erzeugen.

4.3.1 Geschichte der Wasserkraft

Die Wasserkraft wird laut Historikern bereits vor 5000 Jahren von den Chinesen genutzt. Doch auch andere Kulturen haben bereits vor 3500 Jahren durch Wasserkraft angetriebene Maschinen wie Wasserräder eingesetzt. Diese dienten zur Bewässerung der Felder. Angefangen im Mittelalter, bis hin zur Industrialisierung wurde die Nutzung der Wasserkraft dafür verwendet, mechanische Energie zu erzeugen. Diese Energie wurde früher in Mühlen direkt genutzt. Wasserkraftwerke, so wie wir sie heute kennen, existieren seit ungefähr 100 Jahren.

4.3.2 Wasserkraft Österreich Heute

Sowohl Klein- als auch Großwasserkraft hat in Österreich eine lange Tradition. Die Potenziale der Großwasserkraft sind den Österreichern bekannt und werden so

Erneuerbare Energieformen

weitgehend genutzt. Für die Zukunft gilt es nun, die Nutzung der Kleinwasserkraft voranzutreiben. Ebenso wichtig ist jedoch die Revitalisierung der bereits bestehenden Anlagen. Im Jahr 2008 wurden von der weltweit erzeugten elektrischen Energie bereits 15,8 % aus Wasserkraft umgewandelt. In Österreich liegt der Prozentsatz auf Grund der geographischen Lage bei 56,6 %, was im Vergleich zu Deutschland mit lediglich 3,4 % sehr hoch ist. Bei der Gesamtstromerzeugung durch Wasserkraft sind die USA führend. Dicht dahinter gefolgt von Japan und Russland.

4.4 Biomasse

Als Biomasse werden sämtliche organischen Substanzen bezeichnet, welche durch Pflanzen, Tiere und Menschen anfallen. Die Biomasse für die Umwandlung in elektrische Energie kommt hauptsächlich aus den Sektoren Landwirtschaft, Forst- und Abfallwirtschaft. Biomasse kann in diversen Aggregatzuständen vorkommen. Egal ob fest, flüssig oder gasförmig, es wird hauptsächlich zur Energiegewinnung sowie zur Treibstoffgewinnung genutzt.

4.4.1 Geschichte von Biomasse

Wie bereits beschrieben, kann Biomasse in sämtlichen Aggregatzuständen auftreten. So wäre das beste Beispiel für feste Biomasse Holz. Biomasse gilt in Form von Holz als älteste Energieform der Welt. Ende des 19. Jahrhunderts wurden die Holzverkohlung, auch Pyrolyse genannt, und die Holzvergasung entdeckt. Durch die Holzverkohlung war es möglich viele wichtige Rohstoffe für die Chemiewirtschaft wie Aceton, Methanol und Essigsäure erzeugt werden.

Holzkohle als Hauptprodukt der Holzverkohlung findet unter anderem als Aktivkohle heute noch immer Anwendung.

4.4.2 Biomasse Österreich Heute

Zwar dominiert derzeit noch die Wärmenutzung der Biomasse, es werden jedoch rund 10 % des Bruttoinlandsverbrauchs in Österreich bereits durch Biomasse abgedeckt. Hauptsächlich wird in Österreich Biomasse in Form von Holz genutzt.

Erneuerbare Energieformen

Nahezu 70% des österreichischen Energieverbrauchs an erneuerbarer Energie (ausgenommen Wasserkraft) wird durch Holzrohstoffe ermöglicht. Biomasse ist in fester Form als Holz gegeben. Jedoch auch gasförmig als Biogas oder flüssig als Biodiesel oder Bioethanol kann man Biomasse nutzen. Verbrennt man Biomasse, entsteht wie bei jeder Verbrennung Wärme. Diese kann wiederum genutzt werden, um Dampf zu erzeugen, welcher eine Turbine antreibt, um Strom zu gewinnen. Es gibt aber auch diverse andere Verfahren, um Elektrizität aus Biomasse zu erzeugen. Über eine Kraft-Wärme-Kopplung ist es bei allen Prozessen möglich, Wärme und Strom zu nutzen und so eine sehr geringe Abfallquote zu erreichen.

Biomasse wird im Gegensatz zu fossilen und endlichen Energieträgern zu den regenerativen Energien gezählt.

4.5 Erdwärme

Die Bezeichnung Geothermie beschreibt die Nutzung von Energie, die unter der Erdoberfläche gespeichert ist. Diese Energie ist in Form von Wärme vorhanden.

Diese Wärme entsteht sowohl durch Erhitzung der Erdoberfläche durch die Einstrahlung der Sonne sowie durch den Zerfall natürlicher Radioisotope im Gestein der Erdkruste. Die Wärme, welche quasi im Boden vorhanden ist, kann entweder direkt genutzt werden oder mittels einer Kraft-Wärme-Kopplung in eine andere Energieform umgewandelt werden.

4.5.1 Geschichte der Erdwärme

In Form von Thermalquellen nutzten bereits die alten Kelten, Germanen und Gallier die Geothermie. Es gibt Beweise dafür, dass Archäologen Stellen entdeckten, wo sich feststellen lässt, dass amerikanische Indianer die warmen Quellen bereits seit mehr als 10.000 Jahren benutzten. Die Extraktion von Chemikalien aus natürlichen geothermischen Manifesten war die erste industrielle Anwendung von Erdwärme. Dies geschah in der Region Larderello in Italien. In Zentralfrankreich wurde bereits im 14. Jahrhundert mit dem ersten geothermischen Fernwärmenetz begonnen. Dieses befindet sich in Chaudes- Aigues und besteht heute noch. In der Toskana heizt Magma unterirdische,

Erneuerbare Energieformen

oberflächennahe Wasserreservoire auf, so entstand 1913 das erste Erdwärmekraftwerk der Welt, erbaut von Graf Piero Ginor. Der heiße Wasserdampf wurde verwendet, um Turbinen anzutreiben, welche Strom erzeugten. ⁷

4.5.2 Erdwärme Österreich Heute

Der Begriff „Oberflächennahe Geothermie“ wird in Österreich meist für die Nutzung der Erdwärme in den oberen 300 Tiefenmetern verwendet. In diesen obersten 300 Metern der Erdkruste ist in Österreich mit einer maximalen Temperatur von 20 Grad Celsius zu rechnen. Die Nutzung der oberflächennahen Geothermie ist also auf die Verwendung von Wärmepumpen angewiesen. Durch Erdwärmesonden oder Grundwasser-Wärmepumpen kann man üblicherweise in eine Tiefe von 30 bis zu 250 Metern vordringen. Bei Vorhandensein eines Grundwasserkörpers, der nicht in einem Grundwasserschutzgebiet liegt, kann dieser auch direkt genutzt werden. Die wirtschaftlichste Lösung der oberflächennahen Geothermie ist die Nutzung des Grundwassers. Die oberflächennahe Geothermie ist sehr nützlich zu Beheizung bzw. Klimatisierung von Gebäuden oder Infrastruktureinrichtungen. Da die Temperatur im oberflächennahen Untergrund jedoch nur von wenigen Grad Celsius bis maximal 20 Grad Celsius reicht, ist bei der Anwendung der Gebäudeheizung eine Wärmepumpe unumgänglich. Die Kühlung kann via „Free Cooling“ auch ohne Wärmepumpe erfolgen. Die Nutzung der Erdwärme entspricht primär der Entladung eines Akkus. So lässt sich die Erdwärme beispielsweise auch als saisonaler Erdspeicher verwenden. Es können also gezielte Wärmeüberschüsse des Sommers im kommenden Winter genutzt werden. Generell stellt die Geothermie eine sehr umweltschonende Energiequelle dar. Abgesehen vom Antriebsstrom der Wärmepumpe selbst und des Pumpenkreislaufes werden keine Emissionen erzeugt. Da die Geothermie auch prinzipiell überall verfügbar ist, kann man sie sehr gut lokal verwenden und benötigt keine Energieversorgungskonzepte mit langen Transportwegen. Betreibt man eine

7 Erneuerbare Energie Österreich, Quellen erneuerbarer Energie, Wind, Wasser, Sonne, Biomasse, Erdwärme. In: URL: http://www.erneuerbare-energie.at/wind/ (letzter Zugriff 01.06.2017)

Erneuerbare Energieformen

oberflächennahe Erdwärmeanlage, kann die Erdreichtemperatur sich lokal um fünf bis zehn Grad Celsius ändern. Die verlorengegangene Wärme fließt jedoch vom angrenzenden Erdreich sofort wieder nach. Es kann also nach der Abschaltung der Anlage die ursprüngliche Temperatur rasch wieder erreicht werden. Generell wird die Nutzung der Erdwärme zur Wärme- oder Kältegewinnung als nachhaltig betrachtet. Allerdings fungiert der Erdboden ähnlich wie ein Akku und muss daher auch wieder aufgeladen werden. Eine nachhaltige Nutzung der Erdwärmeressourcen kann daher nur durch einen Wechselbetrieb, welcher je von der Saison abhängig ist, betrieben werden. Beispielsweise kann durch Einspeicherung von Überschusswärme im Sommer eine Regeneration des Untergrundes unterstützt werden. Ebenso steigert dies die Effizienz der Erdwärme.

4.5.3 Wirtschaftlichkeit von Erdwärme

Es ist natürlich auch bei der Erdwärmenutzung nichts anderes als bei anderen erneuerbaren Energieträgern. Hohe Investitionskosten am Anfang stehen sehr geringen Betriebskosten gegenüber. Durch die spezifischen Investitionskosten von 50 bis 500 Euro pro Kilowatt ist die Nutzung des Grundwassers deutlich günstiger als die Nutzung von Erdwärmesonden. Diese Betrachtung ist jedoch nur gegeben, wenn man den Ankauf der Wärmepumpe außer Acht lässt. Die thermische Nutzung des Grundwassers ist jedoch nicht überall im Stadtgebiet uneingeschränkt möglich. Aktuell tendiert der Trend bei Großbauprojekten hin zu einer gemischten Nutzung von Erdwärmesonden, thermischen Grundwassernutzungen und thermisch aktivierten Gebäudeelementen, um die gesamten Kosten für Wärme und Kältebedarf decken zu können. ⁸

8 Energieplanung, Magistratsabteilung 20: Daten und Fakten zur Erdwärme. In: URL:

https://www.wien.gv.at/stadtentwicklung/energie/themenstadtplan/erdwaerme/fakten.html (letzter Zugriff 25.05.2017)

Erneuerbare Energieformen

4.6 Solarenergie

Die von der Sonne durch Kernfusion erzeugte Energie, welche in Teilen als elektromagnetische Strahlung zur Erde kommt, wird als Sonnenenergie oder Solarenergie bezeichnet. Es ist möglich diese via Einstrahlung auf Kollektoren zur Erzeugung von Strom mittels Photovoltaik beziehungsweise Wärme durch Solarthermie zu nutzen. Aber auch für alle anderen erneuerbaren Energien ist die Solarenergie notwendig. Der Wind zum Beispiel entsteht durch die Erwärmung der Luft und den dadurch entstehenden Druckausgleich in der Atmosphäre. Auch Regen kann nur fallen, wenn an einer anderen Stelle Wasser durch Sonneneinstrahlung verdampft.

4.6.1 Geschichte der Solarenergie

Die Wertschätzung der Sonnenenergie reicht weit zurück in die Vergangenheit. In so gut wie allen Kulturen, angefangen von den Ägyptern bis weit in die Neuzeit, findet man mehr oder weniger ausgeprägte Sonnenkulturen. Bereits in der Architektur der alten Ägypter sind erste Ansätze der passiven Nutzung von Sonne zu finden. Auch bei den Mesopotamiern und in den frühen amerikanischen Hochkulturen kann man passive Solarenergienutzung entdecken. Bereits im Jahr 1774 baute der französische Naturforscher George Buffon Apparate, mit denen man die Sonnenstrahlen durch Spiegeln auf einen bestimmten Punkt konzentrieren konnte. 1891 wurde vom kalifornischen Unternehmer Clarence M.

Kemp der erste Kollektor, welcher Wasser mit Hilfe der Sonne erwärmte, als Patent angemeldet. Ein französischer Physiker namens Henry Becquerel entdeckte 1839 den Photoeffekt und konnte so die grundlegenden Voraussetzungen der heutigen Solarzellen erforschen. Erste Solarprojekte wurden mit Beginn des 20. Jahrhunderts Realität. Als Beispiele wären die 1904 in St.

Louis entstandene Solarfarmanlage oder die in Chicago 1932 erbauten Solarhäuser zu nennen. ⁹

9Erneuerbare Energie Österreich, Quellen erneuerbarer Energie, Wind, Wasser, Sonne, Biomasse, Erdwärme. In: URL: http://www.erneuerbare-energie.at/sonne/ (letzter Zugriff 01.06.2017)

Erneuerbare Energieformen

4.6.2 Solarenergie Österreich Heute

Die jährliche mittlere Sonneneinstrahlung in Österreich liegt bei rund 1000 kWh/m². Nimmt man als Beispiel die Intensität welche auf die Sahara eintrifft, würde diese Einstrahlung 50% davon ausmachen. Würde man die Sonneneinstrahlung als Energiegehalt darstellen und mit Öl vergleichen, könnte man auf jeden Quadratmeter der Landesfläche 100 l Öl aufrechnen. Selbst beim derzeitigen Stand der Technik wäre dies weitaus genug, um die Solarenergie als tragende Energie in der österreichischen Energieversorgung anzusehen.

Solarenergie wird heute in diversen Bereichen der Energiegewinnung angewendet. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind Photovoltaik und die Solarthermie. Im Jahr 2010 wurden auf der ganzen Welt Photovoltaik-Anlagen mit einer Gesamtleistung von 16,6 GW (Strom) installiert. Auf eine Leistung von 36,5 GW (Wärme) brachten es Solarthermie-Anlagen weltweit im Jahr 2009. Österreich liegt weltweit betrachtet mit den Solarthermie-Anlagen auf Platz acht vor Indien und den USA! Den Weltmarkt führt seit Jahren China an, dicht gefolgt von Japan und Deutschland. Den größten Flachkollektorhersteller gibt es in Österreich.

4.6.3 Solarenergie Einfamilienhaus

Mit einer kleinen, circa 4 bis 6 m² großen Kollektorfläche und einem Speicher mit 300 Liter Fassungsvermögen kann man 70% des insgesamt benötigten Warmwassers einer 4-köpfigen Familie bereitstellen. Die Mindestlebensdauer einer solchen Anlage entspricht 25 Jahren, bei deutlich weniger benötigter Energie. Zusätzlich ist im Zeitraum von Mai bis September nur die Solaranlage allein in Betrieb und der Heizkessel steht still. Möchte man jedoch nicht nur das Warmwasser bereitstellen, sondern mit der Solaranlage auch heizen, dann benötigt man für ein 130 m² großes Haus eine Kollektorfläche von 15-20 m² und einen Speicher, der rund 1500 Liter fasst. So kann man rein durch die Sonne kostenlos 30 % des gesamten Wärmebedarfs für Warmwasser und Heizung im Haushalt abdecken. ¹⁰

10 Solarwärme, Umfassende und firmenunabhängige Infos rund um Solaranlagen, Einfamilienhaus.

In: URL: http://www.solarwaerme.at/EFH/Foerderungen/ (letzter Zugriff 04.06.2017)

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

5 Wärmepumpen in der Heizungstechnik

In der vorliegenden Arbeit sollen zweie unterschiedliche alternative Heizungstechniken verglichen werden. Durch eine umfassende Einführung in die alternative Energietechnik im 21. Jahrhundert ist es nun an der Zeit, sich dem eigentlichen Schwerpunkt, nämlich dem alternativen Heizen mit Wärmepumpen, zu nähern. Danach werden allgemeine Funktionsweisen erläutert, Bestandteile von Wärmepumpen beschrieben und deren Schwerpunkte hervorgehoben sowie Arbeitsweisen erklärt. Dies dient zum Verständnis der im Weiteren ausgewählten Wärmepumpen und deren Funktionsweise für den Vergleich.

5.1 Wärmepumpen und ihre Emissionen

Durch Wärmepumpen ist es heute möglich, völlig frei von Abgasen zu heizen.

Wärmepumpen gewinnen, je nach Art der Versorgerquelle, aus Sonnenenergie, Geothermie, Abwärme oder Umweltenergie Heizenergie ohne dabei Schadstoffe zu produzieren. Daher kann sowohl im Haus der Heizraum durchaus für andere Zwecke, wie zum Beispiel das Wäscheaufhängen oder Aufbewahren verschiedener Gegenstände, genutzt werden kann. Auch in der Nachbarschaft wird emissionsfreies Heizen, frei von Schadstoffwolken, geschätzt.

Doch Wärmepumpen stellen nicht nur eine sehr gute Lösung zum Schutze der Umwelt dar, sie reduzieren auch die Kosten für den Betreiber. Durch die geringen Betriebskosten hat die Wärmepumpe trotz relativ hoher Erstehungskosten, eine schnelle Amortisation. Vergleicht man alle anderen Heizaggregate mit der Wärmepumpe, wird man feststellen, dass die Wärmepumpe die ökonomischste Heizungsart darstellt. Zusätzlich ist es möglich, über die Wärmepumpe durch die Natur die Räumlichkeiten zu kühlen.

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

5.2 Wärmepumpen allgemein

Eine Wärmepumpe ist im Grunde eine Kältemaschine. Eine Kältemaschine kühlt in der Regel geschlossene Räume. Dabei wird durch den Kühlvorgang dem Innenraum Wärme entzogen. Diese Wärme muss allerdings anderswo wieder abgegeben werden. Beim Kühlschrank wird diese Wärme über den Kühler, auch Verflüssiger genannt, an die Umgebungsluft abgegeben. Das Funktionsprinzip einer Kältemaschine wird durch eine schematische Darstellung in Abbildung 6 veranschaulicht.

Abbildung 6: Kühlschrankprinzip

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

5.2.1 Name Wärmepumpe

Der Name der Wärmepumpe ist relativ einfach erklärt. Es wird Wärme gepumpt.

Dies dient dazu, um die Temperatur an einem gewissen Ort oder in einem bestimmten Raum von einem tieferen auf ein höheres Temperaturniveau zu bringen. Im folgenden Bild (Abbildung 7) ist das Prinzip einer Wasser-Wasser- Wärmepumpe ersichtlich.

Abbildung 7: Temperaturniveaus einer Wärmepumpe

Aus dem Grundwasser wird Wärme mit einer Temperatur von 10 °C aufgenommen, indem das Grundwasser um 3 °C gekühlt wird. Diese Wärme wird dann verwendet, um zum Beispiel auf eine bestimmte Vorlauftemperatur von 35

°C zu heizen. Später kommt das Wasser um 5 °C kühler aus der Fußbodenheizung wieder zur Wärmepumpe zurück. Die Wärmepumpe konnte also Wärme von 10 °C auf 35 °C pumpen. Dies kann natürlich nicht ohne Energie geschehen. Es muss der Wärmepumpe also zusätzliche Energie zugeführt werden. Dies geschieht meistens durch elektrische Energie. Je höher also die erforderliche Vorlauftemperatur ist, desto höher muss die Wärmepumpe die Temperatur hochpumpen und umso mehr die Wärmepumpe arbeitet, desto mehr elektrische Energie wird benötigt. Deswegen ist es von großer Bedeutung, dass zwischen Heizwärme und Wärmequelle möglichst wenig Temperaturunterschied herrscht. Es ist daher auch nur logisch, dass eine Wärmepumpe zum Heizen via

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

Heizkörper wenig Sinn macht, da diese eine möglichst hohe Vorlauftemperatur benötigen. Am besten kann die Wärmepumpe mit einer Fußboden- oder Wandflächenheizung genutzt werden.

5.3 Wärmepumpen Funktion

In der nachfolgenden Abbildung 8 sind die wichtigsten Komponenten einer Wärmepumpe verbildlicht. Diese werden im folgenden Absatz näher beschrieben und erläutert.

Abbildung 8: Wärmepumpe und deren Komponenten

Das dargestellte Fließbild zeigt, wie eine Kältemaschine aufgebaut ist. Ebenso ist der Energiefluss einer Kältemaschine sehr gut ersichtlich. Um einen sicheren Betrieb der Kältemaschine gewährleisten zu können, sind jedoch noch ein paar mehrere Komponenten notwendig, wie der Kältemittelsammler und Trockner, das Schauglas sowie die Überwachungseinheit. Das Kältemittel ist ein sich im Kältekreislauf befindliches hermetisch abgeschlossenes Gas. Mit Hilfe eines Kompressors wird das Kältemittel dann durch den Kreislauf gepumpt und

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

sämtliche Einzelkomponenten erfüllen die in den folgenden Kapiteln des Abschnitts beschriebenen Aufgaben.

5.3.1 Verdichter

Das Herz einer jeden Wärmepumpe ist der Verdichter, welcher das Kältemittel komprimiert. Unter den Verdichtern gibt es verschiedene Typen, wie zum Beispiel den Schraubenverdichter, den Kolbenverdichter oder den Scroll Verdichter. Da Schraubenverdichter keine beweglichen Teile besitzen, haben diese einen wesentlich ruhigeren Lauf und sind leiser als Kolbenverdichter, was in der heutigen Zeit bei diversen Lautstärkepegel-Vorschriften einen großen Vorteil bedeutet. Grundsätzlich gilt: Gas erwärmt sich bei Verdichtung. Je höher also die Verdichtung von Gas, desto höher der Wärmegrad. Dieser Vorgang ist mit einer Fahrradpumpe zu vergleichen, welche sich am unteren Ende durch den entstehenden Druck erwärmt. Die Erwärmung entsteht hierbei allerdings nicht durch Reibung, sondern durch das Komprimieren des Gemisches. Bei einer Fahrradpumpe spricht man lediglich von 1,5 bis 3 bar, bei einem Kompressor einer Wärmepumpe sind es jedoch um die 20 bar. Je nach Kältemittel können es sogar mehr als 20 bar sein.

5.3.2 Verflüssiger

In der Regel ist der Wärmetauscher als großflächiger Plattenwärmetauscher ausgeführt. Der Plattenwärmetauscher wird Verflüssiger genannt. Das Gas fließt in den Verflüssiger und wird durch das abgekühlte Heizungswasser ebenfalls gekühlt. Dadurch kondensiert das Gas im Verflüssiger und verflüssigt sich. Dies ist auch der Hintergrund der Namensgebung. Die über dem Verflüssiger durch den beschriebenen Vorgang der Kondensation entstehende Wärme wird dann wieder der Heizung zugeführt. Wesentlich bei diesem Vorgang ist nicht die nicht oder nur teilweise Änderung der Temperatur, sondern die Änderung des Aggregatzustandes von gasförmig zu flüssig. Diese Änderung des Aggregatzustandes bewirkt eine wesentlich größere Wärmefreisetzung als beim ausschließlichen Wärmeentzug.

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

Da das Gas nun in einem flüssigen Zustand ist, ist es notwendig, genug Wärme am Verflüssiger abzunehmen. Geschieht dies nicht, ist die Folge ein Anstieg des Druckes auf der Hochdruckseite. Wird ein festgelegter Maximaldruck überschritten, schaltet die Pumpe aufgrund einer Hochdruckstörung über den Hochdruckschalter automatisch ab.

5.3.3 Expansionsventil

Das Expansionsventil wird oft auch E-Ventil genannt. Dieses besitzt eine sehr kleine Öffnung, durch die das flüssige Kältemittel unter hohem Druck durchgepresst wird. Hat das Kältemittel das E-Ventil passiert, entspannt es und verringert dabei deutlich seinen Druck sowie die Temperatur. Die Expansionsventile sind verantwortlich für die Regelung der Einspritzung des flüssigen Kältemittels in den Verdampfer. Diese Einspritzung wiederum ist durch die Überhitzung des Kältemittels hinter dem Verdampfer geregelt. Je höher also die Temperatur hinter dem Verdampfer ist, umso mehr öffnet das E-Ventil, um Kältemittel einzusprühen. Umso mehr Kältemittel dann zugeführt wird, desto geringer wird die Temperatur hinter dem Verdampfer. Wird die Temperatur zu gering, so schließt sich das E-Ventil, um wieder weniger Kältemittel beizufügen.

Vereinfacht beschrieben, regelt das Expansionsventil die Kältemittelzufuhr zum Verdampfer. Die große Unterscheidung liegt hier zwischen dem thermischen und dem elektronischen E-Ventil. Für den Bau von Wärmepumpen hat sich allerdings das thermische E-Ventil als vorteilhafter entpuppt.

5.3.4 Verdampfer

In der Regel ist der Verdampfer, gleich wie der Verflüssiger, ein Plattenwärmetauscher. Das flüssige sehr kalte Kältemittel fließt mit einer Temperatur von deutlich unter null Grad in den Wärmetauscher ein. Durch das dem Wärmetauscher zugeführte Medium Sole, Wasser oder Umgebungsluft wird das Kältemittel entsprechend erwärmt und sein Aggregatzustand in Dampf

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

geändert. Das jeweils zugeführte Medium entscheidet über die Art der Wärmepumpe. Sole wird mit 0 °C zugeführt und erfordert eine Sole-Wasser- Wärmepumpe. Wasser wird bereits mit 10 °C zugeführt und die Pumpe wird daher Wasser-Wasser-Wärmepumpe genannt. Bei der Umgebungsluft spricht man von einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.

Dadurch, dass sich bei diesem Vorgang der Aggregatzustand des Kühlmittels wieder vom flüssigen in den gasförmigen Zustand ändert, kann sehr viel Wärmeenergie aufgenommen werden. Diese Energie steht später wieder zum Heizen zur Verfügung. Wie beim Verflüssiger ist auch hier durch die Änderung des Aggregatzustandes die Möglichkeit, Energie aufzunehmen, wesentlich höher als bei bloßer Erwärmung des Kältemittels.

5.3.5 Kältemittelsammler

Der Kältemittelsammler ist dafür verantwortlich, dass nur flüssiges Kältemittel zum E-Ventil kommt. Er ist wie ein Puffer und nimmt das flüssige Kältemittel, welches aus dem Kondensator kommt, auf.

5.3.6 Trockner

Trotz enorm sorgfältiger Herstellung einer Wärmepumpe ist es immer möglich, dass eine gewisse Restfeuchtigkeit im Kühlkreislauf bleibt. Da diese die Funktion wesentlich beeinträchtigen würde, ist ein Trockner notwendig, der die Restfeuchtigkeit bindet.

5.3.7 Schauglas

In erster Linie ist das Schauglas für den Techniker bzw. Kälteanlagenbauer wichtig, um die Kältemaschine fachgerecht einzustellen. Durch das Schauglas ist es dem Techniker optisch möglich, zu überprüfen, ob die Kältemaschine in den diversen Betriebspunkten richtig arbeitet. Durch einen ebenfalls im Schauglas befindlichen Indikatorring kann auch festgestellt werden, ob noch eine Restfeuchte vorhanden ist.

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

5.3.8 Niederdruckschalter

Der Niederdruckschalter ist gemeinsam mit dem Hochdruckschalter das wichtigste Sicherheitsorgan der Wärmepumpe. Ist der Kältemitteldruck auf der Seite der Wärmequelle zu niedrig, ist es seine Aufgabe die Kältemaschine abzuschalten.

Grundsätzlich gibt es zwei Ursachen, bei denen dieser Schalter auslöst. Die erste besteht darin, dass der Kältekreislauf ein Leck aufweist und so Kältemittel entweichen kann. Die zweite Möglichkeit ist, dass die Abkühlung an der Wärmequelle zu stark ist. Dann kann das Kältemittel nicht ausreichend verdampfen und der Niederdruckschalter schaltet ab, um den Verdichter vor einer Beschädigung zu bewahren. Tritt der zweite Fall ein, ist zu überprüfen, ob die Wärmequelle ausreichend dimensioniert ist.

5.3.9 Hochdruckschalter

Wie bereits beim Niederdruckschalter beschrieben, hat auch der Hochdruckschalter eine wesentliche Sicherheitsfunktion. Der Hochdruckschalter stellt den Verdichter ab, wenn der Kältemitteldruck auf der Hochdruckseite zu hoch ansteigt. Würde er dies nicht tun, könnte sowohl der Kompressor als auch der Kondensator beschädigt werden.

Der Auslöser für einen solchen Anstieg wäre, wenn am Verflüssiger nicht genug Wärme entnommen wird. Dadurch verflüssigt zu wenig Kältemittel und der Druck auf der Heißgasseite steigt an. Ist die Verflüssigung ausreichend, kann der Hochdruck nicht zu stark steigen.

5.3.10 Fühler Verdampfer

Der Fühler ist dafür verantwortlich, dass der Regler die Ausgangstemperatur im Verdampfer erfassen kann. Wäre diese Temperatur zu gering, erfolgt automatisch eine Abschaltung, um eine Vereisung zu verhindern. Bei Wasser-Wasser- Wärmepumpen ist es wichtig, dass dieser Fühler im Verdampfer eingebaut wird.

Ansonsten ist es nicht möglich, eine schnelle Sicherheitsabschaltung realisieren zu können.

Wärmepumpen in der Heizungstechnik

5.3.11 Regler

Jede Pumpe wird über einen Regler gesteuert. Die witterungsgeführte Regelung zählt zur wesentlichsten Aufgabe des Reglers. Je nach Außentemperatur muss dieser dafür sorgen, dass sowohl die Wohnraumheizung als auch der Pufferspeicher nur so weit erwärmt wird, dass noch ein angenehmer Wohnkomfort ermöglicht werden kann. Natürlich müssen aber auch individuelle Einstellungsmöglichkeiten für den jeweiligen Betreiber realisierbar sein. In einfacher und bedienerfreundlicher Handhabung, sollte es möglich sein, die Temperatur der Heizung zu verändern. ¹¹

Abbildung 9 zeigt den Aufbau einer Wärmepumpe. Sämtliche beschriebenen Komponenten sind hier ersichtlich.

11 Bonin, Jürgen: Handbuch Wärmepumpen, Planung und Projektierung. 1.Auflage. Berlin, Wien, Zürich: Beuth Verlag GmbH 2009 S.9-14