Welche Energien nutzen und erzeugen Wärmepumpen?

Wärmepumpen erzeugen aus 75 % Umweltwärme und 25 % Antriebsenergie (meistens Elektrizität, möglich ist auch Gas, allerdings mit anderen Wirkungsgraden) 100% Nutzwärme, die für die Raum- heizung und Warmwassererwärmung eingesetzt werden kann (Figur 1). Umweltwärme ist überall in der nahen Umgebung verfügbar. In der Luft, in der Erde und im Wasser sind gewaltige Energiemengen gespeichert, die durch Sonneneinstrahlung, Niederschläge und dem Wärmenachfluss aus dem Erdinnern ständig auf natürliche Art erneuert werden.

Wärmequelle luft

Umgebungsluft ist überall und in beliebigen Mengen vorhanden und kann deshalb problemlos und auf einfache Art und Weise als Wärmequelle genutzt werden. Die Nutzung dieser Wärmequelle ist kostenlos und verlangt keine besondere Bewilligung (evtl. Baubewilligung). Luft/Wasser- Wärmepumpen geben die gewonnene Wärme an ein herkömmliches Heizungssystem (Bodenheizung, Radiatoren) oder an eine Wassererwärmungsanlage ab. Luft/Luft-Wärmepumpen geben die gewonnene Wärme an ein Lüftungssystem ab.

 

Die Umgebungsluft wird über Luftkanäle zur Wärmepumpe gebracht. Die genutzte, um einige Grad abgekühlte Umgebungsluft wird über Luftkanäle wieder ausgeblasen. Die Erneuerung der genutzten Wärme erfolgt praktisch durch Luftaustausch und thermisch durch die natürlichen Erwärmungsprozesse im Tages- bzw. im jahreszeitlichen Verlauf.

wärmequelle erdreich (Erwärme)

Die im Erdreich gespeicherte natürliche Energie lässt sich auf einfache Art nutzen: mit vertikalen Erdwärmesonden, die bis 300 Meter tief in den Untergrund verteuft werden. Der Einbau von Erdwärmesonden ist immer bewilligungspflichtig (Kantone, Gemeinden). Daneben gibt es weitere Möglichkeiten zur Erdwärmenutzung: Energiepfähle, Energiekörbe oder Erdregister. Der Einbau solcher Systeme kann bewilligungspflichtig sein. Diese Systeme haben gemeinsam, dass sie auf der Quellenseite alle aus geschlossenen Kreisläufen bestehen. Im Untergrund wird also kein Material ausgetauscht sondern nur Wärme. Im Rohrsystem im Unter- grund zirkuliert vorwiegend eine Sole, welche aus Wasser und Frostschutzmittel besteht. Die Wärmepumpe wird deshalb als eine Sole/Wasser-Wärmpumpe bezeichnet. Mit der Wärmequelle Erdreich kann nicht nur geheizt, sondern auch gekühlt werden.

 

Über 99% der Erdkugel ist wärmer als 1000 Grad. Der geothermische Wärmefluss strömt aus dem Erdinneren nach aussen. Von der Erdoberfläche bis 300 Meter Tiefe steigt die Temperatur li- near auf knapp 20 °C an (12°C bei 100 Meter von der Oberfläche und danach Temperatureinstieg von 3°C pro 100 Meter). Der von der Erdwärmesonde abgekühlte Untergrund wird durch natürli- che Wärmeleitung laufend wieder erwärmt. Die Wärme fliesst von allen Seiten nach. Je nach Un- tergrundeigenschaften kann dies schneller oder langsamer geschehen. Der Nachfluss der Wärme erfolgt immer von jenen Stellen im Untergrund, wo es momentan gerade wärmer ist als um die Erdwärmesonde herum. Erdwärmesonden werden so dimensioniert, dass immer ausreichend Wärme nachfliesst.

wärmequelle wasser

Grundwasser weist das ganze Jahr hindurch eine nahezu konstante Temperatur auf und ist deshalb als Wärmequelle für eine Wärmepumpen-Heizung optimal. Aber auch Oberflächenwasser aus Seen, Flüssen und Bächen kann als Wärmequelle eingesetzt werden. Der Betrieb einer sol- chen Wasser/Wasser-Wärmepumpe ist immer bewilligungs- und konzessionspflichtig (Kantone, Gemeinden).

 

Der Grundwasserleiter wird über eine Brunnenbohrung erschlossen. Dies erfordert immer eine hydrogeologische Vorabklärung (Geologen) und im Zweifels- fall eine Wasseranalyse. Das Rohrsystem, welches zur Wärmequelle führt, fasst das zu nutzende Wasser und leitet es zur Wärmepumpe. Das abgekühlte Wasser wird über eine Rohrleitung in der Regel wieder ins Herkunftssystem zurückgeführt. Es ist also kein geschlossenes, sondern ein of- fenes System. Mit der Wärmequelle Wasser kann nicht nur geheizt, sondern auch gekühlt werden.

 

Die genutzte Wärmemenge des Grund- oder Oberflächenwassers wird durch den natürlichen Wassernachfluss sofort wieder erneuert.

 

Quelle: Richard Phillips: " Wärmepumpen – häufig gestellte Fragen", Bundesamt für Energie BFE, Februar 2010

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