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Klimaschutzfonds Wedel e.V.

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Wissen : Wärme

Wir leben in Breiten­graden, in denen es im Sommer schön warm -manchem manchmal zu warm- ist. Und im Winter möchten wir unsere Wohnung geheizt und unser Dusch­wasser erhitzt haben.

In früherer Zeit nutzen wir Holz, um (damals oft nur einen Raum) zu heizen und zum Bereiten von warmem Wasser sowie zum Kochen. Später nutzten wir dann haupt­sächlich fossiler Energie­träger: Kohle, Öl und Erdgas. Seit nicht mehr zu über­sehen ist, dass die damit in unsere Umwelt gelangenden Klima- oder Treib­haus-Gase den Trei­bhaus-Effekt so sehr verstärken, dass wir unsere eigenen Lebens­grund­lage damit zerstören, fand ein langsames Umdenken statt.

Das Öko-Institut prägte 1980 den Begriff "Energie­wende", der heute auch in anderen Sprachen genutzt wird. Mit zahl­reiche Klima-Konferenzen wurde versucht, die Wende weltweit in Gang zu setzen. Erst 2015 gelang es jedoch, auf der UN-Klima­konferenz in Paris einen verbind­lichen Vertrag auszuhandeln. Hiermit soll(!) die Erhöhung der globalen Durch­schnitts­temperatur auf unter 2°C (möglichst 1,5°C) begrenzt werden (im Vergleich zur vor­industriellen Zeit. Ob dieses Ziel noch erreich­bar ist, wird zwischen­zeitlich von vielen Wissen­schaftlern ange­zweifelt. Auch die Zustands­beschreibungen und regel­mäßigen Reports des Welt­klima­rates (IPCC) lassen die Hoffnung sehr klein erscheinen.

Immer wieder gab es Vorstöße, sie "saubere" Atom-Energie mehr zu nutzen, aller­dings gibt es bis heute keine End­lager für die sehr lange strahlenden Abfälle. Nach dem Kraft­werks-Unfall in Fukishima (Japan) im März 2011 beschloss die Bundes­regierung den Ausstieg aus dieser Technik bis 2022.

Betonkern-Aktivierung

...ist eine neue, konsequente Weiter­entwicklung der Fußboden­heizung, die sowohl zum Heizen als auch zum Kühlen genutzt wird. In Boden­platte oder Decke wird ein eng­maschiges Rohr­system in den Beton eingegossen. Um die Temperatur­übertragung und Speicherung zu optimieren, sollte Beton mit best­möglicher Leit­fähigkeit genutzt werden.

Da Beton nur träge reagiert, muss bereits in der Nacht davor die über­schüssige Wärme abgeleitet werden, wenn das Haus am Tag gekühlt werden soll. Umgekehrt beginnt das Ein­bringen von warmem Wasser schon Stunden vor der gewünschten Wärme­wirkung. Das System kann als Grund­last­lieferant oder als voll­ständiges Heiz- und Kühl­system konzipiert werden. Als Energie­träger eignen sich Erdwärme­tauscher und das Grund­wasser. Erdwärme dient zum Auf­heizen des Wasser­kreis­laufs und in das Grund­wasser wird Wärme abge­leitet, wenn eine Kühlung erforderlich ist. Zuschalt­bare (mit Strom betriebene) Heiz- oder Kühl­einheiten können die Temperatur präzise nachregeln.

Sekundäre Vorteile sind: In das Rohr­system können Abwasser- und Trink­wasser­leitungen bereits integriert werden. Ein zusätz­liches Auf­bringen von Estrich entfällt, da die Ober­fläche des Betons direkt Boden­beläge wie Fliesen, Parkett oder Teppich­boden aufnimmt. Die thermische Regulierung des Betons vermeidet Feuchtig­keit und Schimmel­bildung.

Bioenergie

Biogasanlagen sind nicht voll­ständig dicht; auch für Wartungs­arbeiten müssen sie zugänglich bleiben. Deshalb kann beim Betrieb einer Bio­gas­anlage Methan, das auf mittlere Sicht eine 25- bis 30-mal stärkere aufheizende Wirkung auf das Klima hat als CO2, in die Atmos­phäre entweichen.

Den maximalen Wirkungs­grad hat Biogas, wenn es gleich­zeitig zur Strom- und Wärme­erzeugung genutzt wird, in der so genannten Kraft-Wärme-Kopplung (KWK) weist es die beste Klima­bilanz auf. Ansonsten verbrennt Bio­gas klima­neutral, da das entstehende CO2 vorher von Pflanzen aus der Luft gebunden wurde.

Allerdings wird die Klima­bilanz beim Anbau von Energie­pflanzen verschlechtert: Eine mit Mais­silage betriebene Anlage verbraucht im Gegen­satz zur Abfall­verwertung bei allen Produktions­schritten Energie: Saat­vorbereitung, Säen, Düngen, Schutz vor Schäd­lingen (Pflanzen­schutz­mittel­produktion und Ein­satz), Ernte, Transport, Silage, Vergärung unter Umwälzen und Rück­transport der Gär­reste auf die Felder.

Blockheizkraftwerke

... dienen zur Gewinnung von Strom und Wärme und nutzt dafür das Prinzip der Kraft-Wärme-Kopplung. Oft wird die Wärme direkt genutzt, sie kann aber auch in ein Nah­wärme­netz eingespeist werden. Als Antrieb können Verbrennungs­motoren (mit fossilen oder regenerativen Treib­stoffen), aber auch Gas­turbinen, Stirling­motoren oder Brenn­stoff­zellen verwendet werden.

Der Betrieb des Motors erzeugt Wärme, die mit einem Wärmetauscher entweder für Heizung oder Brauc­hwasser genutzt wird. Darüber hinaus können mittels Absorptions­wärme­pumpen Räume klimatisiert werden. Durch Nutzung der Abwärme wird ein Gesamt­wirkungs­grad von 80 bis 90% erreicht. BHKWs werden in Kranken­häusern, Schwimm­bädern und Mehr­familien­häusern, aber auch in Betrieben und im Siedlungs­bau verwendet, sie eignen sich aber auch für Ein­familien­häuser.

Wenn sich die Leistung nach dem lokalen Wärme­bedarf richtet, spricht man von einem wärme­geführten BHKW. Hier wird entweder die Wärme­produktion geregelt oder ein Wärme­speicher wird im Intervall­betrieb geladen. Der erzeugte Strom wird selbst verbraucht, Über­schüsse ins öffentliche Netz eingespeist. Ein strom­geführtes BHKW wird ausrichtet nach dem Strom­bedarf. Nicht benötigte Wärme wird als Abwärme an die Umgebung abgegeben, obwohl das den Wirkungs­grad reduziert. Das findet man oft in Insel­netzen. Auch BHKWs mit nach­wachsenden Roh­stoffen werden meist strom­geführt betrieben. Wird das Leistungs­niveau von einer zentralen Stelle für mehrere Anlagen geregelt, spricht man von einem netz­geführten BHKW. Kern­idee ist die eines virtuellen Kraft­werks.

Brennstoffzelle

... ist eine galvanische Zelle, die die chemische Reaktions­energie eines kontinuierlich zuge­führten Brenn­stoffes und eines Oxidations­mittels in elektrische Energie wandelt. Die wichtig­sten Anwendungen der Brenn­stoff­zellen sind die netzun­abhängige Strom­versorgung sowie die Ver­sorgung von Gebäuden mit Wärme und Elektrizität (Mikro-Kraft-Wärme-Kopplung). Die nach der Geräte­zahl zweit­häufigste Anwendung der Brenn­stoff­zelle ist die Ver­sorgung netz­ferner Geräte wie Mess­stationen oder Elektro­geräte beim Camping. Drittens werden Fahrzeuge mit Brenn­stoff­zellen betrieben, darunter Gabel­stapler, Hub­wagen oder ähnliches. Allein vom Toyota Mirai (Pkw) wurden bis September 2019 über 10.000 Fahr­zeuge produziert.

Im Unterschied zum Verbrennungs­motor wandelt die Brenn­stoff­zelle chemische Energie direkt in elektrische Energie um und hat daher einen besseren Wirkungs­grad. Praktisch erzielt auch die Kombination von Brenn­stoff­zelle und Elektro­motor einen höheren Wirkungs­grad als Otto- oder Diesel­motoren. Aller­dings sollte der Aufwand zur Her­stellung und Speicherung des Energie­trägers mit betrachtet werden.

Brenn­stoff­zellen können prinzipiell mit fast alle Brenn­stoffe betrieben werden. Versuche gab es mit verschiedenen Alkoholen, ins­besondere mit Ethanol, Propanol und Glycerin (die beiden letzt­genannten sind deutlich weniger giftig als Ethanol). Gut erforscht und weit entwickelt ist auch die Verwendung von Ameisen­säure, Mit körper­eigenem Blut­zucker werden Brenn­stoff­zellen in medizinischen Implantaten betrieben.
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Dämmung

... bedeutet, das Haus vor Wärme­verlust zu schützen. So, wie wir uns einen Mantel anziehen, können Haus­besitzer in Dämmung investieren - und dadurch Geld für Heiz­energie sparen. Zudem verbessert sich das Wohn­klima. Alle Maß­nahmen müssen in ein energetische Gesamt­konzept (Dämmung, Fenster, Heizungs­größe) passen. Dieses sollte immer vom Fach­mann erstellt werden.

Fassadendämmung lässt sich besonders einfach auch bei bestehenden Häusern nach­rüsten. Hier werden Dämm­platten mithilfe von Kleber und Schrauben fest mit der Fassade verbunden und dann verputzt. Seltener wird eine vorgehängte Fassade genutzt, bei der vor dem Dämm­stoff eine Holz- oder Klinker­fassade montiert wird. Dabei bleibt zwischen Fassade und Dämm­material ein Luft­spalt, der Feuchtig­keit über die Luft wieder abtrans­portiert. Wenn eine äußere Dämmung nicht möglich, etwa, weil die Fassade z.B. unter Denkmal­schutz steht, kann eine Innen­dämmung sinnvoll sein. Risiko dabei ist Feuchtig­keit, die zwischen Dämm­material und Außen­wand ein­dringen oder konden­sieren kann und ein großes Schimmel­risiko mit sich bringt. Bei der Dach­dämmung wird entweder auf, zwischen oder unter die Dach­sparren Dämm­material montiert. Bei der Auf­sparren­dämmung muss das Dach abgedeckt und später wieder neu einge­deckt werden. Statt der Dach­flächen kann allerdings auch der Boden des Dach­raumes gedämmt werden. Wer den Keller nicht als Wohn­raum nutzt, braucht die Boden­platte nicht zu dämmen, sondern nur die Keller­decke.

Das riesige Angebot an Dämm­stoffen macht die Auswahl schwierig. Ob natürlich oder synthetisch, nachhaltig oder besonders effizient, entscheidet die persönliche Ein­stellung (Lesern dieser Seiten tendieren sicherlich in Richtung Natur und Nach­haltig­keit). Besonderes Augen­merk ist auch auf Brand­verhalten (Bau­stoff­klassen) und die Wärme­durch­lässigkeit (U-Wert) zu richten.

Gut gedämmte Häuser, die oft auch mit anderen Komponenten (z.B. Wärme­tauscher, Eis­speicher, Geo­thermie u.v.m.) kombiniert sind, werden als Niedrig-Energie­haus bezeichnet. Es muss nur wenig Energie für angenehmes Wohnen aufge­wandt werden muss. Das Null­energie­haus erreicht über das Jahr den Aus­gleich von externem Energie­bezug und eigenem Energie­gewinn (z.B. durch Solar­anlagen). Technisch ist es die Weiter­entwicklung des Passiv­hauses, dass neben der passiven Wärme­rück­gewinnung aus der Abluft solar­technischen Anlagen für Warm­wasser- und Strom­gewinnung nutzt und damit externe Energie­lieferungen im Jahres­verlauf ausgleicht. Wenn in der Bilanz so gut ist, dass Energie sogar abge­geben werden kann, spricht man vom Plus-Energie­haus.

Informationen finde man auch bei Energieinfo[energieinfo.de/energiesparen]

Eisspeicher

... bestehen aus einer Zisterne, die komplett unter der Erd­ober­fläche vergraben wird. Die Zisterne selbst ist meist aus Beton und nicht isoliert. Im Inneren der Zisterne befinden sich große Spiralen aus Leitungen, in denen eine frost­sichere Flüssig­keit zirkuliert. Diese Spiralen teilen sich in einen Entzugs­wärme­tauscher und einen Regenerations­wärme­tauscher auf. Die Zisterne wird mit Wasser gefüllt.

Während des Betriebs entzieht der eine Wärmetauscher dem flüssigen Wasser die Energie und leitet sie weiter an eine Wärmepumpe. Dort wird das Kälte­mittel zunächst verdampft und anschließend komprimiert. Die dabei entstehende Wärme lässt sich für Heizung oder zur Warm­wasser­bereitung nutzen. In der Zisterne sinkt die Temperatur und das Wasser gefriert all­mählich. Durch fehlende Isolierung (oder auch z.B. durch Ab­wärme aus Lüftungs­anlagen) erwärmt sich der Eis­speicher. Ist das Wasser wieder flüssig, lässt sich der Kreis­lauf beliebig oft wieder­holen. Neben der Erd­wärme verstärken auch andere Umwelt­ein­flüsse wie ein warmer Regen oder Sonnen­ein­strahlungen diesen Regenerations­prozess.

Das Besondere am Eis­speicher ist jedoch die sogenannten Kristallisations­energie: Der Eis-Energie­speicher liefert auch dann Energie, wenn das Wasser zu Eis gefriert. Denn beim Wechsel des Aggregat­zustands (Phasen­wechsel) wird die dieselbe Energie­menge freigesetzt, die benötigt wird, um einen Liter Wasser von 0 auf 80 Grad Celsius zu erwärmen. Das bedeutet, dass ein Eis­speicher von zehn Kubik­metern die gleiche Energie­menge liefert, wie 110 Litern Heizöl.

Dieses System bietet den weiteren Vorteil, dass sich damit im Sommer die Wohn­räume kühlen lassen.

Mehr und detailliertere Informationen findet man auf der Seite der Energie-Experten.

Die Animation der Stiftung Universität Hildesheim beschreibt den Aufbau und die Funktions­weise einer Eis­speicher­heizung.

Fernwärme

... oder Fernheizung nennt man die Lieferung von Raum­wärme und Warm­wasser über wärme­gedämmte Rohr­systeme. Bei lokaler Versorgung einzelner Gebäude oder kleiner Wohn­siedlungen (Beispiel: Wedel Nord) spricht man auch von Nah­wärme.

Als Wärme­lieferanten dienen häufig mit fossilen Brenn­stoffen, Bio­masse oder Müll befeuerte Heiz­kraft­werke und Block­heiz­kraft­werke. Zudem wird gelegent­lich Abwärme aus Industrie­prozessen, geo­thermische oder anderweitig regenerativ erzeugte in Fern­wärme­systeme einge­speist.

Die Technologien werden ständig weiter­entwickelt, z.B. in Europa geht der Trend zu nach­haltigeren Fern­wärme­systemen mit höherem Anteil an erneuer­baren Energie­quellen, energie­effizienteren Systemen und geringeren Emissionen an Treib­haus­gasen und Luft­schad­stoffen.

Gas

Flüssiggas wird nicht wie Erd­gas über ein Leitungs­netz transportiert, sondern zum Bei­piel Tank­last­wagen zu den Verbrauchern gebracht. Das hierzu­lande erhält­liche Flüssig­gas stammt aus der Erdgas- und Rohöl­förderung und fällt als natür­licher Bestand­teil des Roh­öls in der Raffinerie als Begleit­produkt an.

Flüssiggas zählt zu den "alten", fossilen Energie­trägern, wird aber gerne von Campern zum Heizen und Kochen genutzt. Auch auf Terrassen und in Bier­gärten sieht man häufig Gas-Heizungen (Heiz-Pilz).

Dagegen ist der Einsatz zum Antrieb von Schiffen durchaus positive zu bewerten, da mit dem Gas das weitaus dreckigere Schweröl ersetzet werden kann.

Daneben wird auch Erdgas (oder "gasige" Alternativen) zum Heizen oder zur Warm­wasser­bereitung genutzt. Auch hier gibt es zentrale- und Einzel­anlagen, mancher kennt vielleicht sogar noch Gas­thermen im Bade­zimmer. Kochen mit Gas wird von Profi-Köchen übrigens sehr geschätzt.

Geothermie

... auch Erdwärme genannt, ist eine nach menschlichem Ermessen uner­schöpfliche und konstant zur Ver­fügung stehende Energie­quelle. Je tiefer man in das Erd­innere vordringt, desto wärmer wird es. In Mittel­europa nimmt die Temperatur um etwa 3°C pro 100 Meter Tiefe zu. Man geht davon aus, dass im Erd­kern Temperaturen von etwa 5.000 bis 7.000°C erreicht werden.

Die Ober­flächen­nahe Geo­thermie nutzt Bohrungen bis etwa 400 Meter Tiefe und Temperaturen bis 25°C für das Beheizen und Kühlen von Gebäuden, technischen Anlagen oder Infrastruktur­einrichtungen. Die Erd­wärme wird an der Ober­fläche an die Wärme­pumpe abge­geben und durch sie auf das zum Heizen not­wendige Temperatur­niveau gebracht. Derzeit sind in Deutschland rund 318.000 ober­flächennahe Geo­thermie-Anlagen in Betrieb.

Um die ober­flächen­nahe Geo­thermie zu nutzen, werden verschiedene Technologien, beispielsweise Erd­wärme­sonden (vertikal oder schräg verlaufendes Rohrsystem), Erdwärme­kollektoren (horizontal verlegtes Rohr­system), Grund­wasser­wärme­pumpen und Beton­kern­aktivierung. Mit Erd­wärme­sonden hat man eine sehr wirtschaftliche Möglichkeit der Kühlung, was heute immer höheren Stellen­wert besitzt. Die ober­flächen­nahe Geo­thermie ist die wirtschaft­lichste Form der Erd­wärme­nutzung.

Holzschnitzel- / Pallet-Heizung

... wird zumeist mit kleinen Press­lingen aus Holz­spänen und Säge­mehl sowie Pellets aus Stroh, Halmen oder Torf, Oliven­kernen und Oliven­press­trestern, Kokos­nuss­schalen oder anderen biogenen Rest­stoffen. Man findet auch Hybrid- oder Kombi­anlagen, die zusätz­lich auch mit anderem Brenn­holz (Scheit­holz oder Hack­schnitzel) beschickt werden können.

Zentralheizungen mit Holz-Pellets als erneuer­bare Energie­quelle sind mit Öl- und Gas­heizungen vergleich­bar und erreichen einen Wirkungs­grad von über 90%. Der Aus­stoß von Fein­staub ist hier aller­dings höher.

Vieles läuft auto­matisch, regel­mäßig müssen jedoch Pallets aufgefüllt werden, Asche entnommen und die Rauch­züge gereinigt. Das ist gegenüber Öl- oder Gas­heizungen i.d.R. häufiger nötig. Die Anschaffungs­kosten sind höher, aber der Betrieb ist (je nach Brenn­stoff und aktuellem Preis) bei uns häufig günstiger. Pallets werden in Säcken (händische Befüllung), in Bigbags oder lose (Silo-Fahr­zeuge) angeboten.

Die Klima­bilanz kann günstiger aus­fallen als bei fossilen Brenn­stoffen. Die Menge an CO2, die bei der Ver­brennung frei­gesetzt wird, ent­spricht genau dem CO2, das beim Wach­stum des Holzes darin einge­bunden wurde. Die Her­stellung, insbesondere Trocknung sollte mit möglichst wenig fossiler Energie erfolgen. Auch die Verwendung von Wald­holz (anstatt Holz­abfällen) ist zu vermeiden. Ebenso müssen die Versorgungs­fahrten sowie die Asche-Entsorgung berück­sichtigt werden.

Klimaanlage

... erzeugen angenehme oder not­wendige Raumluft-Qualität (Temperatur, Feuchtig­keit, Reinheit sowie CO2-Anteil) in Labors, Werk­hallen oder in Flug­zeugen. Im privaten Bereich werden Klima­anlagen oft nur zur Raum­luft­kühlung benutzt. An Bür­oarbeits­plätzen darf beispiels­weise darf die Temperatur nicht 26°C über­steigen. Dennoch fühlen sich viele Menschen durch schlechte Belüftung und Klima­anlagen beein­trächtigt, oft wird die Raum­temperatur zu weit unter die Außen­temperatur geregelt (Empfohlen wird ein Unter­schied von nicht mehr als 6°C).

Schlecht gewartete Systeme können Schad­stoffe nicht abführen oder sogar Bakterien, Schimmel­pilze und andere Mikroo­rganismen verbreiten. Energie­verbrauch, Ab­wärme und Betriebs­geräusche stellen insbesondere in Ballungs­gebieten ein Problem dar, selbst wenn effizienteste Klima­anlagen verbaut werden. Wenn Kälte­mittel in die Umwelt gelangt, kann das zur Klima­erwärmung und zum Ozon­abbau in großen Höhen bei­tragen.

In der Wohnung kann voraus­schauendes Handeln Klima­anlagen verzicht­bar machen: Lüften, wenn es kühl ist (nachts), tagsüber Türen und Fenster schließen und mit Jalousien oder Gardinen die Sonnen­ein­strahlung ver­ringern.

Kamin, Ofen

Ein Kamin im Wohn­zimmer verbreitet Gemütlich­keit! Und es gibt sie mit verschiedenen Funktionen. Man kann das Wohn­zimmer warm halten, Warm­wasser bereiten, das gesamte Haus heizen oder einfach nur die Flammen beobachten.

Allerdings benötigt jeder Kamin einen Abzug, einen Schorn­stein. Aus Rück­sicht auf Umwelt und Gesund­heit sollte ein offener Kamin heute eigentlich tabu sein. Die Öko­bilanz ist so ver­heerend, dass ab 2024 jeder Kamin eine (Glas)-Tür braucht, einen Filter gegen Fein­staub und ordentliche Emissions­werte.

Der dänische Kamin-Ofen hat sich in wenigen Jahren zum Klassiker entwickelt. Er ist die Weiter­entwicklung des klassischen Ofens, jetzt mit einem großen Sicht­fenster, selbst­schließenden Türen und eine Brenn­kammer, die den Wirkungs­grad erhöht. Er ist zudem nicht fest eingebaut, im Zweifel macht er auch einen Umzug mit. Dinosaurier unter den Kaminen ist der Kachel­ofen. Er sorgt aller­dings je nach Bauart 12 bis 24 Stunden für wohlige Wärme.

Als Brenn­stoff dienen Holz (Scheite), Pressholz oder Kohle, es gibt auch Öfen, die mit Bio-Ethanol, Gas oder elektrisch betrieben werden. Auf Sport­booten findet man Öl- oder Diesel­heizungen.

Kraft-Wärme-Kopplung

... ist die gleichzeitige Gewinnung von mechanischer Energie (die meist zu Strom­erzeugung genutzt wird) und nutzbarer Wärme, die in einem gemeinsamen thermo­dynamischen Prozess entstehen.

Die Wärme kann für Heiz­zwecke, als Nah- oder Fern­wärme oder in der Produktion als Prozess­wärme genutzt werden. Hiermit wird bei der Strom­erzeugung aus Brenn­stoffen die Nutz­wärme ausge­koppelt und damit die Abgabe von unge­nutzter Abwärme an die Umgebung reduziert. Das ermöglicht eine Brenn­stoff­ein­sparung von bis zu einem Drittel verglichen mit der getrennten Erzeugung von Strom und Wärme.

Eine breite Bedeutung haben kleinere Anlagen für die Versorgung von Gewerbe­betrieben, Hallen­bädern und Wohn­gebieten oder einzelner Mehr­familien­häuser (sogenannte Block­heiz­kraft­werke).

Rückgewinnung

... meint Verfahren zur Wieder­nutz­bar­machung thermischer Energie.
Sowohl bei klimatisierten Gebäuden als auch z.B. bei Passiv­häusern wird die Abluft genutzt, um die Zu­luft zu temperieren: im Winter erwärmt, im Sommer gekühlt.

Beim Duschen finden ein Abfluss von warmem und die Auf­nahme von kaltem Wasser (für die Wasser­erwärmung) gleichzeitig statt. Das Ab­wasser kann Kalt­wasser vor­wärmen und damit bis zu 35% Energie ein­sparen. Normaler­weise wird die im Ab­wasser enthaltene Wärme mittels Wärme­pumpen ent­zogen.

Bei industriellen Prozessen sind oft hohe Temperaturen notwendig. Beim Ab­kühlen der Produkte, aber auch der erhitzten Umgebungs­luft, kann Wärme zurück­gewonnen werden. Man kann diese wieder in den Prozess einbringen oder sie für Heiz­zwecke verwenden. Oder man erzeugt mit Generatoren Strom. In manchen Betrieben verlassen neben der Wärme brenn­bare Gase die Prozesse und können durch Ver­brennung weitere Wärme bereit­stellen.

Sonne

Solarthermie wird im privaten Bereich vor­rangig Gebäude­heizung und -klimatisierung genutzt. In Verbindung mit einer guten Wärme­dämmung und der passiven Nutzung der solaren Ein­strahlung vermindert sich der Energie-Bedarf stark. Gut durch­dachte Planung kann auch in Mittel­europa eine konventionelle Heizungs­anlage komplett ersetzen. Bei­spiele für passive Sonnen-Nutzung sind Gewächs­häuser oder Winter­gärten.

Für dier meisten Anlagen werden Speicher benötigt, hier wird die Wärme als warmes Wasser (oder andere Träger­medien) gelagert und kann damit Trink­wasser und Heizungen erwärmen. Die Speicher können im Keller oder sogar im Erd­reich unter dem Haus unter­gebracht werden. Speicher und Rohre müssen gut gegen Wärme­verluste isoliert sein.

In Flachkollektoren wird eine flache wärme­absorbierende Fläche erwärmt, die mit Röhren durch­zogen ist. Als Wärme­träger­medium ist darin oft ein Wasser-Propylenglycol-Gemisch. Durch den Zusatz Propylenglycol wird Frost­schutz erreicht, sowie eine Siede­temperatur, die je nach Druck 150°C und mehr betragen kann.

Vakuumröhrenkollektoren bestehen aus zwei konzentrisch ineinander gebauten Glas­röhren. Zwischen diesen Glas­röhren befindet sich ein Vakuum, das die Über­tragung der Strahlungs­energie des Lichts zum Ab­sorber zulässt, aber einen Wärme­verlust stark ver­ringert. In der inneren Röhre befindet sich ein Wärme­über­tragungs­medium, meist ein Wasser-Diethylenglycol-Gemisch, das sich erwärmt und die Wärme trans­portiert. Es gibt auch soge­nannte "offene Systeme", die Wasser direkt er­hitzen. Diese Kollek­toren arbeiten üblicher­weise bis zu einer Betriebs­temperatur von ca. 150°C. Vakuum­röhren­kollektoren haben höhere Wirkungs­grade als Flach­kollektoren, sind aber teurer in der An­schaffung.

Vakuum­röhren­kollektoren können auch Reflektoren enthalten, die die Strahlung auf das Rohr mit dem Wärme­träger­medium konzen­trieren. Die Konzen­trations­wirkung ist je nach Aus­führung unter­schiedlich stark. Durch die Konzen­tration der Strah­lung auf die Vakuum­absorber steigt die Temperatur schneller, wodurch das System länger und wegen der höheren Temperatur energetisch besser nutz­bar wird. Aller­dings verschmutzen die Reflektoren leicht und müssen regel­mäßig (und vorsichtig) gereinigt werden.

Parabolrinnenkollektoren fokussieren die Licht­strahlen auf eine zentral ver­laufende absor­bierende Wärme­leitung. Da hier eine deutlich höhere Arbeits­temperatur (200 bis 500°C) herrscht, wird als Wärme­träge­rmedium Öl eingesetzt.

Nach dem gleichen Prinzip funktionieren Sonnen­wärme-Kraftwerke. Sie verwenden dabei fokussierende Reflektor­flächen, um das ein­fallende Sonnen­licht auf eine kleine Fläche (Absorber) zu bündeln. Die Reflektoren oder der Absorber werden der Sonne nach­geführt. Solar­farm­kraft­werke sammeln die Wärme in vielen über die Fläche ver­teilten Absorbern, während in Solar­turm­kraft­werken und Para­boloid­kraft­werken die Strahlung der Sonne mit "Punkt­konzen­tratoren" auf einen Brenn­punkt gebündelt wird. Dort wird ein Medium erhitzt, die Wärme kann direkt genutzt werden oder es wird Dampf erzeugt, mit dem Generatoren angetrieben werden, um auch Strom zu erzeugen.

Dieser Art der Energie­gewinnung wird großes Potential für eine wirtschaft­liche Energie­gewinnung in Wüsten­gebieten zuge­sprochen (siehe auch das vom Club of Rome ange­stoßene Projekt Desertec).

Für technische und vor allem kommer­zielle Belange der Solar­energie setzt sich der Bundes­verband Solar­wirtschaft ein.

Strom-Heizung

Hier wird Energie in Wärme umge­wandelt. Aller­dings nicht aus Brenn­stoff, sondern mit Hilfe von Strom - der zuvor oft in Kraft­werken aus Wärme entstand. Vorteil beim elektrischen Heizen ist, dass man unab­hängig von Brenn­stoff und Abgas­system (Schorn­stein) ist. Da Heizen mit Strom mit Abstand die höchsten Verbrauchs­kosten aller Energie­träger hat, werden sie meist genutzt, wenn nur selten geheizt werden muss (Ferien­haus, Zusatz­heizung).

Infrarotheizung als Strahler (meist in Bad oder Winter­garten) oder als Flächen-Infrarot­heiz­geräte in Wohn­räumen verwendet. Sie erzeugen auf Knopf­druck Strahlungs­wärme.

Nacht­speicher-Heizungen laden in der Nacht (günstigen Strom­tarif) einen Wärme­speicher auf und geben die Wärme tagsüber ab. Sie werden heute kaum noch eingebaut, da der Betrieb relativ kosten­intensiv ist.

Heizlüfter und manche Venti­latoren saugen die um­gebende Raum­luft an, erhitzen diese über Heiz­drähte und geben sie mit Hilfe eines Gebläses wieder an den Raum ab. Sie werden in der Regel nur sporadisch eingesetzt, da sie i.d.R. einen hohen Strom­verbrauch haben.

Marmorheizung oder Natur­stein­heizung heizen das Speicher­material auf bis zu 90°C auf. Dann gibt der Speicher­stein seine Wärme in Form von Infrarot­strahlung ab.

Elektroradiatoren sehen aus wie Heiz­körper, die aller­dings üblicher­weise mit Öl oder Wasser gefüllt sind. Diese Flüssig­keit wird mit Strom erhitzt. Danach gibt der Radiator Konvektions­wärme an den umge­benden Raum ab.

Kaum noch gebräuchl­ich sind Höhen­sonne oder Heiz­strahler, die mittels Heiz­drähten Wärme abgeben.

Wärmepumpen

Eine Wärmepumpe ist eine Maschine, die thermische Energie aus einem Reservoir mit niedrigerer Temperatur (in der Regel ist das die Umgebung) aufnimmt und - zusammen mit der Antriebs­energie - als Nutz­wärme auf ein zu beheizendes System mit höherer Temperatur (Raum­heizung) über­trägt.

Dabei wird der physi­kalische Effekte des Über­gangs einer Flüssig­keit in die gas­förmige Phase und umgekehrt genutzt. z.B. ist Propan bei normalem Luft­druck und kühler Außen­temperatur gas­förmig. Komprimiert man es, wird es wärmer, bleibt aber gas­förmig. Kühlt man es dann auf Zimmer­temperatur ab, wird es flüssig und der Druck sinkt etwas. Wenn man das flüssige Propan entspannt, verdampft es (wird wieder zu Gas) und dabei sehr kalt.

Das nutzt man bei der Wärme­pumpe aus: Das Propan­gas wird im Verdichter durch einen Motor zusammen­gepresst und erhitzt sich dabei. Das heiße, komprimierte Gas kann dann im Wärme­tauscher seine Wärme an das Wasser der Heizungs­anlage abgeben.

Eine Luftwärmepumpe nutzt die Wärme der Außen­luft, Erd­wärme­pumpen die fühlbare Wärme eines Erd­körpers, Erd­wärme­kollektoren sind in geringer Tiefe im Erd­boden verlegte „Heiz­schlangen“. Die Wärme wird im Wesent­lichen durch die Sonne und versickerndes Regen­wasser einge­tragen. Wasser­wärme­pumpe beziehen die Wärme aus dem Grund-, Ober­flächen- oder aus dem Ab­wasser.

Alle Wärmepumpen müssen selbst auch mit Energie versorgt werden, häufig wird Strom genutzt, es gibt aber auch Gas­motoren und zahl­reiche Hybrid-Systeme - siehe auch Eis­speicher.

Wärmespeicher

Es gibt Langzeit-Wärme­speicher, z.B. als saisonale Speicher in der Niedrig­energie-Solar­thermie. Die wichtigsten Typen sind: Heißwasser-Wärme­speicher (gedämmte Behälter mit Wasser), Kies/Wasser-Wärmes­peicher (gedämmte Behälter mit Kies/Wasser-Gemisch), Erd­sonden-Wärme­speicher (Boden in bis zu 100 m Tiefe wird erwärmt) und Aquifer-Wärme­speicher (Stehendes Grund­wasser und Erde wird erwärmt). Auch thermo­chemische und die meisten Latent­wärme­speicher sind als Langzeit­speicher ausgelegt.

Kurzzeit­speicher (auch Verschiebe­speicher genannt) erhalten die Wärme nur für wenige Stunden oder Tage. Hierfür werden vorwiegend selbst­ständig stehende Wasser-Speicher-Behälter ein­gesetzt, aber auch thermo­chemische Wärme­speicher. Regeneratoren sind Kurz­zeit­speicher, bei denen diskontinuierlich Wärme anfällt, die gespeichert und wieder abge­geben wird. Diese werden genutzt, wo sehr große Ab­wärme­mengen an­fallen (z.B. in der Eisen- oder Stahl­industrie) und häufig zur Luft­vor­wärmung einge­setzt. Oder sie puffern Sonnen­energie über einige Stunden, sodass auch während der Nacht Wärme für Warm­wasser oder Heiz­zwecke zur Verfügung steht oder in solar­thermischen Kraft­werken rund um die Uhr Strom produziert werden kann.

Eine weitere Ver­wendung sind Speicher­heiz­geräte, in denen Wärme in Schamott­steinen gespeichert wird. Weitere all­gemeine Speicher­medien neben Wasser sind Wasser­dampf, Wasser­gemische und Gase. Latent­wärme­speicher funktionieren durch thermo­dynamische Zustands­änderungen eines Speicher­mediums, wie z.B. des Phasen­übergangs fest-flüssig (Schmelzen / Erstarren). Beispiel sind die kleinen Hand­wärmer für die Mantel­tasche oder -im Großen- die Eis­speicher-Heizung.

Wärmetauscher

... macht es möglich, dass zum Bei­spiel Energie, die unge­nutzt als Abwärme verloren ginge, verwendet werden kann, um Wasser für Heizung oder Dusche zu erwärmen. Das steigert die Effizienz und senkt die Kosten. Energie wird von einem Material zum anderen über­tragen (Rekupa­tion), wobei die Medien nicht mit­einander in Kontakt kommen. Das Bau­teil, das die Medien trennt, muss gute Wärme­leit­fähig­keit und eine große Ober­fläche auf­weisen.

Bei Wärmetauschern, bei denen ein Medium eine Flüssig­keit, das andere ein Gas (meist Luft) ist, muss die Wärme­über­gangs­fläche auf der Gas­seite ver­größert werden (Rippen, Kühl­schlangen). Wärme­tauscher bestehen meistens aus Metall, jedoch auch aus Emaille, Kunst­stoff, Glas oder Silicium­carbid.

Es werden wegen guter Wärme­leit­fähig­keit gerne Kupfer und Aluminium verwendet, in der Industrie oft Edel­stahl (Halt­bar­keit). Die alten Heiz­körper aus Grau­guss sind wegen ihrer Leit­fähigkeit den heutigen aus Stahl­blech über­legen.

In Heizkörpern wird eine indirekte Wärme­über­tragung genutzt, da die Stoff­ströme (also erwärmtes Heizungs­wasser und Luft auf der anderen Seite) durch eine wärme­durchlässige Wand (das Material des Heiz­körpers) getrennt werden.

Auch Kühltürme von beispiels­weise Kraft­werken sind Wärme­tauscher, hier wird warmes Wasser in direktem Kontakt mit der Umgebungs­luft gekühlt. Zur weiteren Nutzung werden Wärmetauscher bei Erdwärme, im BHKW, bei Eis­speicher u.v.a. genutzt - mit jeweils unter­schiedlichen Medien.

Viel Anregungen zu den Artikeln auf dieser Seite basieren auf Wikipedia und auf Dr. Michael Bockhorsts Seite EnergieInfo. Bitte beachten Sie auch die Hinweise zur Haftung für Links in unserem Impressum.