Luftwärmepumpen: Effiziente und nachhaltige Nutzung von Umweltwärme

1. Die Sonne ist die Hauptquelle der Umweltwärme. Durch die Sonnenstrahlung erwärmt sich die Erdoberfläche, und diese Wärmeenergie wird in die Umgebung abgegeben. Die Sonnenstrahlung kann auch zur Erzeugung von Solarenergie genutzt werden, indem sie in Solarzellen eingefangen wird.

2. Erdwärme ist eine weitere wichtige Quelle von Umweltwärme: Im Inneren der Erde herrschen hohe Temperaturen, und diese Wärmeenergie kann durch geothermische Kraftwerke und Tiefenbohrungen genutzt werden. Geothermische Energienutzung basiert auf der Nutzung von unterirdischen Wärmequellen, um Strom zu erzeugen oder Gebäude zu heizen.

3. Abwärme von Industrieanlagen oder Haushalten ist ebenfalls eine Form von Umweltwärme, auch wenn sie nicht im selben Sinne „natürlich“ vorhanden ist wie andere Formen. Bei vielen industriellen Prozessen entsteht Wärme als Nebenprodukt, die dann oft ungenutzt in die Umwelt abgegeben wird. Es gibt jedoch auch Technologien, die diese Abwärme erfassen und zur Strom- oder Wärmeerzeugung verwenden können, was die Energieeffizienz erhöht.

4. Umweltwärme kann auch für Heizzwecke genutzt werden, indem Wärmepumpen eingesetzt werden. Wärmepumpen nutzen die vorhandene Wärmeenergie aus der Umwelt (z. B. aus der Luft, dem Boden oder dem Wasser) und wandeln sie in nutzbare Wärme für Gebäudeheizung und / oder Warmwasserbereitung um.

Luftwärmepumpen sind dabei aus verschiedenen Gründen besonders interessant:

1. Verfügbarkeit: Die Luft als Wärmequelle ist nahezu überall vorhanden. Im Gegensatz zu Erdwärme oder Grundwasser, die spezifische geografische Voraussetzungen und behördliche Voraussetzungen erfordern, kann die Luftwärmepumpe in den meisten Regionen kostenlos und in schier unendlicher Menge genutzt werden.

2. Einfache Installation: Luftwärmepumpen erfordern keine aufwendigen Bohrungen oder den Zugang zu Grundwasserquellen, wie es bei Erdwärmepumpen oder Grundwasserwärmepumpen der Fall ist. Dadurch ist die Installation einfacher und meist einiges kostengünstiger.

3. Platzersparnis: Im Vergleich zu anderen Arten von Wärmepumpen benötigen Luftwärmepumpen weniger Platz. Sie bestehen aus einer Außeneinheit, die in der Regel vor  Außenwand oder auf dem Dach montiert wird,und einem System aus Speichern (Trinkwasser und/oder Pufferspeicher) und anderen notwendigen Komponenten. Dadurch eignen sie sich auch für Häuser mit begrenztem Platzangebot und können einfacher in einer bestehenden Immobilie nachgerüstet werden.

4. Flexibilität: Luftwärmepumpen können sowohl für die Raumheizung als auch für die Warmwasserbereitung eingesetzt werden. Sie können das ganze Jahr über betrieben werden und sowohl im Winter zum Heizen als auch im Sommer zum Kühlen verwendet werden. Dies macht sie zu einer vielseitigen Lösung für den Einsatz in Wohn- und Gewerbegebäuden, die die klassische Heizung um die Kühlmöglichkeit erweitert.

5. Energieeffizienz: Moderne Luftwärmepumpen nutzen fortschrittliche Technologien, um die Energieeffizienz zu maximieren. Durch den Einsatz von Inverter-Technologie und optimierten Komponenten können sie mehr Wärmeenergie erzeugen, als sie elektrische Energie verbrauchen. Dadurch können sie den Energieverbrauch und die damit verbundenen Kosten senken und einen erheblichen Beitrag zum Umweltschutz leisten. 

6. Niedrige Betriebskosten: Da Luftwärmepumpen einen Großteil ihrer Wärmeenergie aus der Umgebungsluft gewinnen, die kostenlos verfügbar ist, fallen die Betriebskosten im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen deutlich niedriger aus. Ein Schornsteinfeger muss bei einer Wärmepumpe gar nicht mehr anrücken und die Wartung wird im Allgemeinen deutlich günstiger.

Dies ist besonders attraktiv, da die Preise für fossile Brennstoffe wie Öl und Gas steigen und die Nutzung erneuerbarer Energien gefördert wird. Dieser Effekt kann abermals gesteigert werden, indem man die Luftwärmepumpe mit günstigem und klimaneutralem Strom aus der Photovoltaikanlage vom Dach betreibt.

Aufgrund dieser Vorteile sind Luftwärmepumpen eine beliebte Wahl für die Beheizung und Kühlung von Gebäuden, insbesondere in Gegenden, in denen andere Wärmequellen nicht verfügbar oder nicht wirtschaftlich sind und hohe behördliche Auflagen gelten. Sie bieten eine effiziente und nachhaltige Lösung zur Nutzung der Umweltwärme aus der Luft.

1. Die Luftwärmepumpe enthält einen Ventilator, der Luft von außen ansaugt.

2. Die angesaugte Luft strömt über einen Wärmeüberträger, den sogenannten Verdampfer. Dort befindet sich ein Kältemittel, das bereits bei niedrigen Temperaturen verdampft.

3. Durch den Kontakt mit der warmen Luft erwärmt sich das Kältemittel im Verdampfer und wechselt vom flüssigen in den gasförmigen Zustand.

4. Das gasförmige Kältemittel wird dann von einem Kompressor komprimiert, wodurch sich die Temperatur des Kältemittels weiter erhöht.

5. Das erhitzte Gas strömt durch einen weiteren Wärmeübertrager, den sog. Kondensator. Dort gibt es seine Wärmeenergie an das Heizsystem ab, beispielsweise an die Heizkörper, die Fußbodenheizung und die Warmwasserbereitung.

6. Nachdem das Kältemittel seine Wärme abgegeben hat, ändert es seinen Aggregatzustand von gasförmig zu flüssig.

7. Das flüssige Kältemittel fließt nun durch ein Ventil, das den Druck verringert und das Kältemittel abkühlt, um den Kreislauf anschließend erneut zu beginnen.

Dieser Prozess ermöglicht es der Luftwärmepumpe, Wärmeenergie aus der Außenluft zu entziehen und sie auf ein höheres Temperaturniveau für die Raumheizung und Trinkwassererwärmung  zu bringen. Es handelt sich also um eine effiziente Möglichkeit, um ein Gebäude zu beheizen, da nur wenig externe Energie benötigt wird, um die Energie aus der Umwelt für nutzbare Wärmeenergie zu gewinnen.

Besonders effizient, umweltfreundlich und günstig arbeitet so eine Luftwärmepumpe, wenn man sie mit günstigem, CO2-neutralen Strom aus der Photovoltaikanlage vom eigenen Dach oder aus dem daran angeschlossenen Solarstromspeicher betreibt.

Gut zu wissen: Viele Wärmepumpen sind auch imstande, den Wohnraum zu kühlen. Das geschieht, indem die Wärmepumpe dem Wohnraum durch die wärmeabgebenden Flächen Wärme entziehen und sie durch die Außeneinheit abführen. Besonders gut klappt dies mit einer Fußbodenheizung.

Wir Menschen leben in der modernen Gesellschaft in einem System von Abhängigkeiten: Für unsere Lebensmittel sind wir auf Supermärkte und andere Läden angewiesen, Geld verdienen die meisten von uns über ihren Arbeitgeber, die Müllabfuhr holt unseren Müll ab und große Energieversorger sorgen dafür, dass unsere Häuser warm sind und die Waschmaschine mit Strom versorgt wird. 

In all diesen Szenarien sind wir auf andere Akteure angewiesen; auf deren Preisgestaltung, Verlässlichkeit und diejenigen Einflüsse, die von diesen Akteuren wiederum an uns weitergegeben werden. Streikt der öffentliche Dienst, bleibt der Müll liegen; schlägt die Inflation zu, zahlen wir mehr für unsere Lebensmittel und befindet sich Europa in einer Energiekrise, zahlen wir dem Versorger plötzlich doppelt so viel für unseren Strom.

Eine hundertprozentige energetische Autarkie zu erlangen ist derzeit noch sehr schwer und funktioniert nur unter perfekten Bedingungen, wie einem ideal gedämmten Haus, das mit der neuesten Technik aus Wärmepumpe, PV-Anlage, Stromspeicher und Wallbox fürs E-Auto ausgestattet ist und obendrein idealen klimatischen Bedingungen. Wir sind jedoch schon an einem Punkt, an dem wir problemlos eine 80-prozentige Autarkie im Eigenheim erreichen können, wobei die Luft-Wasser-Wärmepumpe eine wichtige Rolle einnimmt. 

Der offenkundige Vorteil für Verbraucherinnen und Verbraucher: Mit modernen Systemlösungen aus Wärmepumpe, PV-Anlage, Stromspeicher, Energiemanager und Wallbox sparen wir nicht nur viel Geld, wir werden auch unabhängig von unsicheren Preisschwankungen. Und eine Ebene darüber wird ein Land mit möglichst autarken Haushalten auch immer unabhängiger von großen Ölkonzernen und Staaten, die unsere Abhängigkeit als Druckmittel nutzen. 

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