Gebäudetechnik 08.09.2006, 19:23 Uhr

„Wärme“ aus 100 m Tiefe im Sommer erfrischend kühl  

Analog der ersten Energiekrise vor 30 Jahren besinnt man sich jetzt wieder auf die Wärmepumpe. Doch die Ausbeute des vor über 150 Jahren entdeckten Prinzips gelingt heute besser als damals. Ein von Bauherren derzeit besonders geschätzter neuer Aspekt: Das System der Erdwärmepumpe lässt sich im Sommer auch zu Raumkühlung einsetzen.

Die sich ständig schneller drehende Energiepreisspirale steigert in der Heiztechnik das Interesse an der sparsam mit Strom zu betreibenden Wärmepumpe. Der jetzt wieder für Furore sorgende Wärmespender erschien auf dem deutschen Markt erstmals Mitte der 70er Jahre als Reaktion auf die Energiekrise 1973.

Zwar wurde es in den 80er Jahren wieder still um den alternativen Wärmeerzeuger, doch die Zeit arbeitete für die Wärmepumpe. Die Technik, auch die der Wärmedämmung von Gebäuden, entwickelte sich weiter, was ihr heute größere Chancen einräumt als vor 30 Jahren. Neueste Einsatzmöglichkeiten: die Raumkühlung im Sommer. Ein weiterer Trend: Wärmepumpenanbieter treten neuerdings als Energiedienstleister auf.

Wärmepumpen nutzen als Wärmequellen die Umgebungsluft, Wasser oder das Erdreich. Im Trend liegen derzeit Geräte, die als Energiequelle die Erdwärme nutzen. Hierbei konkurrieren miteinander das horizontale und das vertikale System.

Im Gegensatz zu horizontalen Erdkollektoren, für deren Verlegung neben dem Haus entsprechend große Flächen verfügbar sein müssen, verbrauchen die bis zu 100 m tief in den Boden einzubringenden Sonden gerade mal eine Fläche von der Größe eines Bierdeckels. In die Bohrung wird ein Kunststoffrohr in Form einer haarnadelähnlichen Schleife versenkt. Es zirkuliert mit Frostschutzmittel angereichertes Wasser, so dass Wärme aus dem Erdreich ins Haus transportiert wird. Die hier platzierte Wärmepumpe hebt bei geringem Stromeinsatz die Wärme aus dem relativ kalten Sondenkreislauf auf die zum Heizen erforderliche Temperatur und schickt sie in den Heizkreislauf. Wenn im Sommer der Sondenkreislauf zur Kühlung im Haus genutzt wird, bleibt die Wärmepumpe ausgeschaltet.

Die Entwicklung des Prinzips, per Kälteverdichtung Kühle und Wärme zu nutzen, liegt über 150 Jahre zurück. Die Geburtsstunde fällt in das Jahr 1852 – es war der Wunsch nach Kühlung, der die Wärmepumpe aus der Taufe hob. Anfang des 19. Jahrhunderts gelang es wohl erstmals Perkins, in einem Kälteverdichter die endothermischen und exothermischen Vorgänge bei der Änderung des Aggregatzustands eines Gases zu nutzen. Der Ire William Thompson, besser bekannt als Lord Kelvin, experimentierte 30 Jahre später mit der warmen Seite der Kältemaschine und wies erstmals den Energieeinspareffekt dieser Methode im Vergleich mit konventionellen Ofenheizungen nach. Ihn zitiert die Literatur als geistigen Vater der Wärmepumpe.

Allerdings fristete das Prinzip des umgekehrten Kühlschranks in den folgenden 100 Jahren ein wenig beachtetes Dasein. In den ersten hektischen Jahrzehnten der industriellen Neuzeit waren industrielle Kälte und Kühle – neben der Elektrizität – die begehrtesten Medien. Die Hersteller – beispielhaft ist Karl von Linde zu nennen – verfeinerten die Perkins-Patente zu Eismaschinen für die Prozesstechnik, für die Chemie, für die aufblühende Brauerei- und Lebensmittelindustrie. Sie vergaßen Lord Kelvin und seine „Haushaltstechnik“. Warum sollten sie sich auch darum kümmern? Wärme stand als „Naturprodukt“ scheinbar unbegrenzt zur Verfügung. Kohle und Rockefellers Standard Oil überfluteten die Welt mit billiger Energie, und Begriffe wie Umwelt- und Ressourcenschutz standen nicht im Lexikon.

Es waren die erste und zweite Ölkrise Mitte und Ende der 1970er Jahre, die eine Verknappung der fossilen Energieträger ins Bewusstsein riefen und dazu zwangen, nach Heizalternativen Ausschau zu halten. Die Scheichs setzten im Arabien-Israel/Westmächte-Konflikt ihr vermeintlich flüssiges Gold als Waffe ein, mussten aber relativ rasch erkennen, dass sie damit ihre Kunden in die Arme ihrer Wettbewerber trieben, aber auch ungewollt die Entwicklung von Effizienztechnologien beflügelten. Die Entwicklung der Solartechnik setzte ein und man entdeckte die Wärmepumpe neu. Einer der Ingenieure, die auf die Wiedergeburt der Wärmepumpe setzten, war der Ingenieur Klemens Oskar Waterkotte. Er machte sich in Herne selbstständig und lieferte bereits gegen Ende seines ersten Unternehmerjahres anno 1976 das 100. Aggregat aus. Nach 30 Jahren Fertigung von Wärmepumpen rechnet der Herner Anbieter für dieses Jahr mit dem Verkauf von etwa 4000 Geräten. Und auch traditionelle Anbieter für Heiztechnik, wie Buderus, Vaillant und Viessmann, bieten heute Wärmepumpen an.

In Deutschland griffen auf dem Höhepunkt der zweiten Ölkrise einige Energieversorgungsunternehmen (EVU) zu. Es gab Missverständnisse. Anwender glaubten, sie erhielten für Häuser und Wohnungen Wärme zum Nulltarif. Dabei konnten aus Sicht der Bauphysik die meisten Objekte die Randbedingungen für einen sparsamen und störungsfreien Betrieb der Wärmepumpe überhaupt nicht erfüllen. Es mangelte an Dämmung von Wänden, Fußböden und Decken, und auch gegen den Wärmeverlust durch die Einglasfenster kam die Wärmepumpentechnik nicht an. Die notwendigen Vorlauftemperaturen für die Radiatorheizungen lagen einfach zu hoch. Überdies waren die Kompressoren alles andere als Dauerläufer. Später favorisierte man bivalente Systeme mit Luft als Wärmequelle für die Wärmepumpe und Öl- oder Gaskessel zur Abdeckung der Spitzenlast. Das musste schon preislich scheitern, unabhängig von den technischen Schwierigkeiten.

Indes: In Meckenheim bei Bonn kam1980 der Absorptionswärmepumpe ausgerechnet das Bundeskriminalamt auf die Schliche. Dr. von Cube, in jenen Jahren einer der führenden Planer auf diesem Gebiet der Wärme- und Kältetechnik, vergrub im Auftrag des Bundes 16 000 m Rohr in der Erde, und zwar als Wärmequelle für eine Absorptionswärmepumpe zur Beheizung des Neubaus des Bundeskriminalamts. Die Anlage läuft übrigens noch heute.

Hersteller von Wärmepumpen zapften in der Startphase der Wärmepumpen-Renaissance unterschiedliche Energiequellen an, wie Luft, Wasser, Grundwasser und Erdreich. Man machte gute und schlechte Erfahrungen. Für Waterkotte steht heute das Erdreich im Ranking ganz oben. „Erdreich als Wärmequelle gestattet das Heizen und Kühlen gleichermaßen,“ so der Firmengründer. Das Erdwärme-Sonden-Prinzip sei darüber hinaus wartungsarm und die Jahresarbeitszahl bleibe konstant hoch. Ihren „Crash-Test“ hat diese Technik im Permafrost Nordnorwegens bestanden. In Kautokeino nahe dem Nordkap verpflanzten Waterkotte-Mitarbeiter Ende der 90er Jahre Lanzen in den im Mittel – 4oC frostigen Tundraboden zur Beheizung eines Krankenhaus- und Altenheim-Komplexes. „Es klappte“ – versichert der Anbieter – „zur allseitigen Zufriedenheit.“

Langfristig wird nach Meinung von Waterkotte die Wärmepumpe ihre Chancen für deutsche Hersteller nur wahren können, wenn sich der Systemgedanke festsetzt: Wärmequelle, Wärmeerzeuger, Wärmeverteiler und Wärmeregelung als Einheit. Nur dann sei diese ökologische Heiz- und Kühlmethode in der Lage, dauerhaft ihre Vorteile auszuspielen, betont der Produzent, und nur dann seien deutsche Unternehmen in der Lage, dauerhaft fernöstlichen Billigangeboten Paroli zu bieten. Das setze jedoch den Wandel vom Wärmepumpenanbieter zum Energiedienstleister voraus.

Diesen Schritt hat beispielsweise die Waterkotte Wärmepumpen GmbH in Herne bereits getan. Eingegliedert ist dem westfälischen Unternehmen heute eine eigene Bohrfirma, die Teramex Erdwärme GmbH, sowie die auf sämtliche Regelungsaufgaben in der privaten, gewerblichen und kommunalen Medienver- und Entsorgung (Energie, Wasser, Abwasser, Schwimmbäder) spezialisierte Mühlhaus PLT GmbH, München. ELMAR WALLERANG

Die Wärmepumpe funktioniert sogar im hohen Norden

Von Elmar Wallerang

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