HEV 3/2006 Inhaltsverzeichnis Energie         Ein heisser Fall: CO2-Wärmepumpe * Markus Friedl           Für Warmwasser oder Heizsysteme mit hohen Vorlauftemperaturen sind CO2-Wärmepumpen besonders geeignet. Solche Geräte sind auf dem Schweizer Markt jedoch kaum erhältlich. Die Entwicklung schreitet nun voran.           Heizen ohne Kamin: Wärmepumpen machen es möglich. Und wo kein Kamin, da gibt es auch keine schädlichen Abgase und keine Feinstaubemissionen. Wärmepumpen sind also eine saubere Heizlösung. Sie nutzen erneuerbare Wärme aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser. Mithilfe von Strom bringen sie diese Umweltwärme auf das gewünschte Temperaturniveau für die Heizung und die Wassererwärmung. Bei den heutigen Brennstoffpreisen sind die jährlichen Wärmekosten mit einer Wärmepumpe tiefer als bei fossilen Heizungen – die Mehrinvestitionen amortisieren sich also schneller. Doch im riesigen Segment der Wassererwärmung oder Heizungen in Altbauten befriedigen heutige Wärmepumpen nicht vollständig. Diese Lücke können CO2-Wärmepumpen schliessen.           Effizienz ausschlaggebend Je mehr Wärme die Wärmepumpe mit einer Einheit Strom produziert, desto effizienter ist sie: Heutige Geräte vermögen drei bis fünf Kilowattstunden Wärme aus einer Kilowattstunde Strom zu gewinnen. Dieses Verhältnis ist umso besser, je höher die Temperatur der Wärmequelle und je niedriger das Temperaturniveau auf der Seite der Wärmeabgabe ist. Herkömmliche Wärmepumpen bringen deshalb die beste Leistung, wenn sie mit einem Heizsystem kombiniert werden, das mit tiefen Vorlauftemperaturen arbeitet, zum Beispiel mit einer Bodenheizung. Bei Altbauten mit hohen Vorlauftemperaturen oder bei der Wassererwärmung hingegen leisten sie deutlich weniger. Besser schneiden unter diesen Rahmenbedingungen Wärmepumpen ab, bei denen als Arbeitsmittel Kohlendioxid (CO2) zum Einsatz kommt. Gegenüber den gängigen Arbeitsmitteln hat CO2 weitere Vorteile:     Es stammt aus natürlichen Quellen, ist völlig ungiftig, weniger schädlich für das Klima, nicht brennbar und äusserst kostengünstig. Deshalb hat die Firma Awtec zusammen mit Stiebel Eltron eine CO2-Wärmepumpe für Einfamilienhäuser entwickelt. Das zukunftsträchtige Projekt wurde Anfang Jahr mit dem Swiss Technology Award und dem Sonderpreis der Stiftung für Natur und Umwelt ausgezeichnet.           * Awtec AG, Zürich                   Schwachstelle Verdichter Noch ist erst ein Prototyp vorhanden, der Wärmepumpenhersteller Stiebel Eltron wird die Entwicklung weiter vorantreiben. Auf dem Weg zur Serienfertigung der CO2-Wärmepumpe ist noch eine wichtige Schwachstelle zu beseitigen: In verschiedenen Tests hat sich gezeigt, dass beim Verdichten des Arbeitsmittels zu viel Energie verloren geht. Hier wollen die Ingenieure von Awtec weiterforschen: Zusammen mit einem Schweizer Industriepartner planen sie die Entwicklung eines neuen Verdichters. Dieser soll die Basis für eine modulare Wärmepumpe bilden, die sich für grössere Anlagen in Mehrfamilienhäusern, Hotels, Wäschereien oder Bädern eignet. Zurzeit läuft die Suche nach Finanzierungs- und weiteren Industriepartnern für das Projekt. Noch sind keine CO2-Wärmepumpen von europäischen Herstellern auf dem Markt. Weiter sind die asiatischen Produzenten: Eine CO2-Wärmepumpe eines japanischen Herstellers wurde kürzlich vom Elektrizitätswerk der Stadt Zürich in der neuen Trainingsanlage des Fussballclubs GC in Niederhasli installiert. Sie sorgt für das Warmwasser in den Duschen, im Restaurant und in der Wäscherei. Wie erste Betriebserfahrungen zeigen, ist ihr Wirkungsgrad bedeutend höher als derjenige einer herkömmlichen Brauchwarmwasser-Wärmepumpe. Ein Beweis, dass CO2-Wärmepumpen ein grosses Potenzial aufweisen.             Ölkessel Gaskessel Wärmepumpe Energiepreis 77 Rp./l 80 Rp./m3 12 Rp./kWh Wärmepreis 7,7 Rp/kWh 8,0 Rp/kWh 3 Rp/kWh Jährliche Energiekosten 30 800 Fr 32 000 Fr. 12 000 Fr.           Jährliche Energiekosten einer 100-kW-Anlage, mit einer jährlichen Wärmeproduktion von 400 000 kWh: Die Energiekosten einer Wärmepumpe sind bei heutigen Brennstoffpreisen deutlich tiefer als diejenigen von Öl- oder Erdgaskesseln. Die höheren Investitionskosten sollten sich somit in einem wirtschaftlichen Zeitraum amortisieren. Annahme: Die Wärmepumpe produziert durchschnittlich 4 kWh Wärme aus 1 kWh Strom.                 Funktionsprinzip einer Wärmepumpe                     Grundsätzlich funktionieren Wärmepumpen wie ein Kühlschrank, nur nutzen sie die Wärme anstatt die Kälte: Ein Arbeitsmittel zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf. Im flüssigen Zustand nimmt es Wärme aus der Umwelt auf und verdampft dabei. Danach wird es in einem Verdichter unter Einsatz von Strom komprimiert und erwärmt sich. Anschliessend gibt das nun heisse und unter Druck stehende Arbeitsmittel die Wärme an den Heizkreis oder den Boiler ab. Über ein Ventil wird der Druck anschliessend abgebaut. Dadurch kühlt sich das Arbeitsmittel so weit ab, dass es wieder Wärme aufnehmen kann.                 * Awtec AG, Zürich

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