Erneuerbare"Energien"in"der"Gebäudetechnik:"Geothermie"und"Wärmepumpe"

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1 UnserHaus FitfürdieZukunft EE"in"der"Gebäudetechnik " Erneuerbare"Energien"in"der"Gebäudetechnik:"Geothermie"und"Wärmepumpe" Fossile"Energien"vs."Erneuerbare"Energien" In Deutschland wird ein Großteil der im Gebäudebereich verbrauchten Energie aus den fossilen Energieträgern Öl, Kohle und Gas gewonnen. So wird die Mehrzahl der Heizungen mit Erdöl oder Erdgas betrieben, während Kohle v. a. zur Stromerzeugung in Kohlekraftwerken genutzt wird. Die fossilenenergieträgerhabenjedochzweientscheidendenachteile: 1. BeiderVerbrennungvonÖl,KohleundGaswerdengroßeMengendesTreibhausgasesCO 2 freigesetzt, wodurch der Klimawandel angeheizt und weitere schwerwiegende Umweltproblemeausgelöstwerden. 2. AufderErdegibtesnureinenendlichenVorratanÖl,KohleundGas,derdurchdenhohen Energieverbrauch nach und nach aufgezehrt wird. Irgendwann wird es also nicht mehr möglichsein,mitölundgaszuheizen.hinzukommt,dassenergieausfossilenbrennstoffen immerteurerwird,jemehrsichdieseverknappen. AuchdieAtomenergie,diebeiderStromproduktioneinewichtigeRollespielt,hatdasProblemder Endlichkeit, da die weltweiten Uranreserven begrenzt sind. Zudem sind bei der Atomenergie die Risiken katastrophaler Umweltverschmutzungen durch austretende Radioaktivität sowohl im ReaktorbetriebalsauchinderEndlagerungletztlichnichtkontrollierbar. Es ist daher dringend notwendig, Energiequellen zu nutzen, die nicht zur Neige gehen: die sogenanntenerneuerbarenoderregenerativen Energien. Sie stehen unbegrenzt zur Verfügung, da sieaussichständigwiederholendennaturprozessengewonnenwerden.dieeinzelnenerneuerbaren Energieträger sind Wind, Wasser (fließendes Wasser und Gezeiten), die Sonne, Biomasse (nachwachsende Rohstoffe) und Geothermie. Außerdem verursacht ihre Nutzung im Allgemeinen auchgeringereschadstoffemissionen.dadievorteiledererneuerbarenenergieninderzwischenzeit weltweit bekannt sind, sind sie seit einiger Zeit international auf dem Vormarsch. So wurde in DeutschlandimJahr2013etwaeinVierteldesStrombedarfsauserneuerbarenEnergiengewonnen Tendenzsteigend. Im Gebäudebereich gibt es vielfältige Anwendungsmöglichkeiten der erneuerbaren Energieträger Sonne, Biomasse und Geothermie. Wind und Wasser hingegen spielen im Gebäudebereich keine direkterolle,dasieindenallermeistenfällennichtvorortproduziertwerdenkönnen. Was"ist"Geothermie?"" Nach dem griechischen Ursprung des Wortes bezeichnet Geothermie die Wärme aus dem Erdinneren, die sich aus radioaktiven Zerfallsprozessen speist. Sie ist eine nach menschlichen MaßstäbenunerschöpflicheEnergiequelle.WennmanvonderErdoberflächeindieTiefevordringt, findet man auf den ersten 100 m Tiefe eine nahezu konstante Temperatur von etwa 10 C vor. DanachsteigtdieTemperaturmitjedenweiteren100Metern,jetiefermankommt,imMittelum 3 Can.DieErdwärmekannmitverschiedenentechnischenVerfahrenzurEnergiegewinnunggenutzt werden. ManunterscheidetdreiverschiedeneArtenvonGeothermie: 1. OberflächennaheGeothermie(bis400mTiefe) 2. Tiefengeothermie(bisca.4.500mTiefe) 3. Systeme, die Wärme aus dem tiefen Gestein für die Stromerzeugung nutzen, welche gegenwärtigbis5.000mtiefevordringen(petrothermalegeothermie)

2 UnserHaus FitfürdieZukunft EE"in"der"Gebäudetechnik Tiefengeothermie" Die einfachste Form der Nutzung ist an natürliche Gegebenheiten wie Heißwasserc oder Heißdampfreservoirs gebunden,dietypischerweiseinvulkangebietenvorkommen. Diese können direkt für Heizzwecke eingesetzt werden. Der Inselstaat Island deckt so ca. 60% seines PrimärenergiebedarfsausGeothermie. Tiefengeothermie kann überall dort genutzt werden, wo in der Tiefe Schichten mit heißem Wasser vorkommen. In Ein"Geothermie=Kraftwerk"in"Island" DeutschlandistdiesmöglichinSüdbayernzwischenAlpenund Donau, in Nordostdeutschland oder auch im Oberrheingraben. Allgemein wird die wasserführende Schicht angebohrt und das heiße Wasser mit einer Tauchpumpe in die oberirdische Thermalwasserleitung gepumpt. In einem Wärmetauscher wird dem Tiefenwasser die Wärme entzogen und über ein Wärmenetz an die Verbraucher geliefert. Tiefengeothermische Kraftwerke versorgenbiszumehreretausendhaushaltemitwärme. Einsatzmöglichkeiten"im"privaten"Gebäudebereich:"Oberflächennahe"Geothermie" ErdwärmederoberflächennahenGeothermiewirdmitHilfevonWärmepumpengenutzt.DieseForm der Geothermienutzung ist auch für Privatpersonen möglich. Mit einer Wärmepumpenanlage kann ein Gebäude mit Heizwärme und Warmwasser versorgt werden. Bereits in wenigen Metern Tiefe nehmen die saisonalen Temperaturschwankungen im Boden ab, so dass auch im Winter Temperaturen von 10 und mehr herrschen. Diese Wärme des Bodens kann mit Hilfe eines ErdwärmekollektorsodereinerErdwärmesondeangezapftwerden,wieinderAbbildungdargestellt ist.

3 UnserHaus FitfürdieZukunft EE"in"der"Gebäudetechnik " DieausderErdegelieferteWärmewirdaufeinTemperaturniveauvon30bis40 Cangehoben.Für ein gut gedämmtes Gebäude mit großen Heizflächen (Wandc oder Fußbodenheizung) sind diese relativ geringen Temperaturen ausreichend. Dennoch ist es wichtig, das Gebäude vor Einbau der Wärmepumpe energetisch zu sanieren. Denn je niedriger die notwendige Temperatur, desto effizienteristdiewärmepumpe. Probleme"/"Nachteile"der"Technologie" Tiefengeothermie:dieBohrungenkönnenHebungenundSenkungenimGesteinsuntergrund auslösen, die wiederum Gebäude, Straßen etc. schädigen können. Ein bekanntes Beispiel dafürsinddiedurcheinegeothermiecprobebohrungausgelöstenschädeninderaltstadtvon StaufenimBreisgau. An anderen Orten wurden durch Geothermiebohrungen leichte Erdbeben ausgelöst, die ebenfallsschädenverursachten(z.b.beisanktgallen2013). Oberflächengeothermie:hierbestehtvorallemdieGefahr,dassdieAnlageunwirtschaftlich arbeitet.beischlechterplanungkommtesrechthäufigvor,dassdiewärmepumpezuviel StromverbrauchtundsomitdieHeizkostennachobentreibt.EinesorgfältigePlanungdurch Expertenistalsounerlässlich. Quellen: BundeszentralefürpolitischeBildung,Heft319 EnergieundUmwelt. BINEInformationsdienst: BundesministeriumfürWirtschaftundEnergie(BMWi): AgenturfürErneuerbareEnergien: energie.de/media/image/1964.oberflächennahe%20geothermie_72dpi.jpg UmweltministeriumBadencWürttemberg: um/intern/dateien/dokumente/2_presse_und_service/service/wanderausstellungen/geothermie/w anderausstellung_geothermie_in_bw_2012.pdf

4 Wärmepumpe( Wennesdraußenrichtigkaltwird,istesnureineFragederZeit,bismanauchdrinnenfriert.Denn WärmebewegtsichimmerentlangeinesTemperaturgefälles,vomWärmerenzumKälteren.Diesem scheinbarunumgänglichennaturgesetzschlägtdiewärmepumpeeinschnippchen.mitihristes möglich,wärmeentgegendemtemperaturgefällezuverschieben,alsovomkalteninswärmere. Wiedasgeht?DieFunktionsweiseeinerWärmepumpeistimPrinzipidentischmitdereines altbekanntenalltagsgerätes:demkühlschrank.währendderkühlschrankallerdingsseinem InnenraumdieWärmeentziehtundnachdraußenabgibt,entziehtdieWärmepumpedem AußenbereichdieWärmeundgibtsiealsHeizenergieandasHausab.DieWärmepumpemachtsich dafüreinphysikalischesprinzip,densogenanntenjouleothomsonoeffektzunutze. EineWärmepumpenOHeizungsanlagebestehtausdreiTeilen:derWärmequellanlage,dieder UmgebungderbenötigteEnergieentzieht;dereigentlichenWärmepumpe,diediegewonnene Umweltwärmenutzbarmacht;sowiedemWärmeverteilOundSpeichersystem,dasdie WärmeenergieimHausverteiltoderzwischenspeichert.DertechnischeProzessläuftdabeiindrei Schrittenab. Schritt(1:(Gewinnung( InderWärmequellanlagezirkulierteineFlüssigkeit,häufigeineSole,d.h.Wasser,dasmit Frostschutzmittelversetztist.DieFlüssigkeitnimmtdieUmweltwärme,z.B.ausdemErdreichoder demgrundwasser,aufundtransportiertdiesezurwärmepumpe.eineausnahmebildenlufto Wärmepumpen.DiesesaugenübereinenVentilatordieAußenluftan,diederWärmepumpedie Umgebungswärmezuführt. Schritt(2:(Nutzbarmachung( InderWärmepumpebefindetsicheinweitererKreislauf,indemeinsogenanntesKältemittel zirkuliert.ineinemwärmetauscher,demverdampfer,wirddieumweltenergievondemersten KreislaufaufdasKältemittelübertragen,dasdadurchverdampft.BeiLuftwärmepumpenerhitztdie AußenluftdasKältemittel.DerKältemitteldampfwirdnunzueinemVerdichter/Kompressor weitergeleitet.dadurchhebtsichdastemperaturniveaudesgasförmigenkältemittels,eswirdalso heißer.ineinemweiterenwärmetauscher,demsogenanntenverflüssiger,wirddasunterhohem Druckstehende,heißeKältemittelgasnunkondensiert,wobeiesseineWärmewiederabgibt. AnschließendwirddasverflüssigteKältemittelzueinerDrossel,inderderDruckdesKältemittels wiederverringertwird,geleitet.dasnunflüssige,entspanntekältemittelwirdschließlichzum Verdampferzurückgeführt. Schritt(3:(Beheizung( IndemzubeheizendenGebäudebefindetsichnundasWärmeverteilOundSpeichersystem.Darin zirkuliertalsheizmediuminderregelwasser.dieseswassernimmtdiewärme,diedaskältemittel imverflüssigerabgibt,aufundleitetdiesesentwederzueinemverteilersystem,wiez.b. FlächenheizungenoderHeizkörpern,oderzueinemHeizungspufferObzw.Warmwasserspeicher.

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