Die Zukunft von Wärmepumpen

Die Hintergründe von Wärmepumpen, deren allgemeine Funktionsweise und die mit ihnen verbundenen Problematiken habe ich ja in früheren Beiträgen schon beschrieben. Bleibt noch zu beleuchten, wie sich Wärmepumpen in der Zukunft entwickeln werden… oder vielleicht besser: entwickeln sollten. Dabei sind grundsätzlich einmal die Wärmepumpenheizung und die Wärmepumpenkühlung zu unterscheiden. Fortschritt wird in den nächsten Jahren vor allem durch die Nutzung alternativer Energiequellen sowie durch Synergien mit anderen Komponenten des Wärmepumpensystems zu erzielen sein. Es kann – wenn man über den Tellerrand des Pumpensystems hinaus blickt – aber auch sinnvoll sein, Heizung und Kühlung miteinander zu verknüpfen. Hier einige Beispiele.

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) kombiniert in einer Art Selbstversuch seit einigen Jahren Solarthermie und Adsorptionstechnologie, um aus der Wärme der Sonne Kälte für die Kühlung ihrer Kantine (inkl. Küche) in Freiburg zu gewinnen. Es wird hier also nicht Strom sondern Solarwärme als Antriebsenergie genutzt. Der Vorteil: In den Jahreszeiten, in denen gekühlt werden muss, steht Sonnenenergie im Überfluss zur Verfügung. Das führt nicht nur zu einer besseren Auslastung von Solarkollektor und -speicher und spart beim Betrieb der Adsorptionskältemaschine bis zu 80% Strom. Zuletzt kann statt umweltschädigenden Kältemitteln normales Wasser zur Kälteerzeugung verwendet werden. Überschüssige Abwärme wird über Erdsonden in das Erdreich geleitet, von wo sie im Winterbetrieb zur Beheizung der Gebäude verwendet wird. Ähnliche Anlagen wie die im ISE kühlen bereits Verkaufsräume, Büros, Betriebskantinen und Schulungsräume in ganz Europa.

Eine weitere Entwicklung gibt es im Bereich der intelligenten Steuerung von Kühlschränken und Kühltruhen in Supermärkten. Die Idee dahinter ist, dass überschüssige Energie im Kühlsystem und in den zu kühlenden Lebensmitteln gelagert werden kann. Dabei wird also unter anderem die Wärmekapazität der Lebensmittel in den Kühlvorgang mit einbezogen. Die Lebensmittel werden hierzu speziell zu Nachtzeiten, wo die Raumtemperatur in Supermärkten häufig geringer und der Strom zur Kühlung günstiger ist, ein paar Grad weiter abgekühlt als notwendig – was ihrer Qualität aber keineswegs schadet. Diese zwischengelagerte Energie kann im Tagesverlauf wieder verbraucht werden.

Das im Herbst einzuweihende Rathaus der dänischen Stadt Viborg wird über eine Adsorptions-Kältemaschine mit Grundwasser sowohl gekühlt als auch über die Wärmenergie einer Fernwärmeverbindung erwärmt. Der Grundanteil der Temperierung erfolgt über Bauteilaktivierung, wobei Spitzenlasten über normale Radiatoren abgefangen werden, die auch über Fernwärme geheizt werden. Alle Heiz- und Kühlkreisläufe arbeiten mit Wasser als Transportmedium. Die Temperatur des Grundwassers von 9 bis 10°C reicht dabei sowohl zur direkten Kühlung als auch zum Heizen unter Einbeziehung der Wärmepumpe aus. Durch die Nutzung von Wasser muss das ganze System allerdings darauf abgestimmt sein, dass der Gefrierpunkt im Erdreich nie unterschritten wird.

Wo wir gerade schon bei Fernwärme sind: Vor zwei oder drei Jahren fiel mir einmal ein Patent in die Hände, nach dessen Grundidee die Rohrleitungsverluste von Fernwärmenetzen durch ein niedrigeres Temperaturniveau des Transportmediums in den Rohren erreicht werden sollte. Soweit war das nicht unbedingt eine neue Idee. Allerdings wollte der Erfinder zur besseren Ausnutzung des niedertemperierten Transportmediums an allen Übergabestellen des Fernwärmenetzes Wärmepumpen installieren, die über eine zentrale Steuereinheit miteinander gekoppelt sind. Auf diese Weise kann Wärme von Wärmequellen (z.B. Schwimmbäder oder Serverräume) innerhalb der Systems mit dem Transportmedium von kälteren Übergabestellen auf ein niedriges Temperaturniveau gebracht werden. Damit kann theoretisch ein ganzer Stadtteil als in sich geschlossenes Wärmeversorgungssystem mit niedrigen Energieverlusten gleichzeitig effizient beheizt und gekühlt werden. Eine gute Idee, deren Umsetzung meines Wissens aber bis heute leider noch nicht vollzogen ist.

Wie zu sehen ist, gibt es der Ideen viele. Viel mehr noch als ich hier angesprochen habe. Die Wärmepumpe selber scheint technologisch soweit ausgereift zu sein. Zu holen jedoch gibt noch viel im System um die Pumpe herum, insbesondere wenn es um die bisher noch wenig effiziente Kühlung mit Wärmepumpen geht. Ich bin gespannt, was uns die Zukunft dort noch alles bringt und ob wir den Energiebedarf von China, Indien & Co. in den kommenden Jahren mit den neuen Technologien auch wirklich decken können.