Welche Rolle sollen die Wärmepumpen spielen?

Die Wärmepumpen nutzen die in der Umwelt natürlicherweise vorhandene Wärme. Sie zählen somit bei allen Wärme benötigenden Anwendungen, zu den besten Lösungen zur Erhöhung des Anteils der erneuerbaren Energien und der Energieeffizienz. In dieser Funktion spielen sie eine immer wichtigere Rolle für Gebäudeheizungen und für industrielle Prozesse.

Eine Wärmepumpe (WP) ist eine Anlage, mit der Wärme von einer Umgebung mit niedriger Temperatur in eine Umgebung mit höherer Temperatur übertragen werden kann, z. B. vom Boden mit 11 °C oder einem See mit 5 °C in ein Gebäude mit 20 °C. Aufgrund dieser Wärmeübertragung kühlt sich der Boden oder der See etwas ab, während sich das Gebäude erwärmt. Auch Kühlschränke sind Wärmepumpen, die ihrem Inneren ständig Wärme entziehen, um es kalt zu erhalten. Diese Wärme wird nach aussen abgegeben und ist der Grund für den lauwarmen Luftstrom, der im Allgemeinen hinter dem Kühlschrank fliesst.

Natürlicherweise fliesst Wärme immer von höheren zu niedrigeren Temperaturen (das Feuer erhitzt den Raum und nicht umgekehrt). Um die Wärme dazu zu zwingen, den umgekehrten Weg zu gehen – d. h. von der Kälte zur Wärme – braucht die Wärmepumpe Energie. Dafür nutzt sie im Allgemeinen Strom (wie im Fall des Kühlschranks, der ans Stromnetz angeschlossen ist), aber auch Wärme mit hoher Temperatur (typischerweise über 150 °C), wie z. B. jene, die von Verbrennungs- oder Abwärme produziert wird. Die Effizienz einer WP wird durch ihre Leistungszahl (auf Englisch ‹Coefficient of performance›, kurz COP) gemessen, die das Verhältnis zwischen der von ihr lieferbaren Wärme und der für den Antrieb des Systems notwendigen Energiemenge ausdrückt. Je grösser die COP, desto leistungsfähiger ist die Wärmepumpe. So besagt z. B. ein COP 3 einer elektrischen Wärmepumpe, dass sie für 1 kWh verbrauchten Strom 3 kWh Wärme liefert. Je geringer der Wärmeunterschied zwischen der kälteren Umgebung und der zu heizenden Umgebung ist, desto höher ist der COP [→ F60].

Wärmepumpen nutzen die natürlicherweise in der Umgebung – im Boden, in der Aussenluft und im Wasser – vorhandene Wärme. Die meisten der grossen Schweizer Städte befinden sich in der Nähe eines Sees oder Flusses und die Entwicklung von mit Wärmepumpen betriebenen Fernwärmenetzen sollte zu einer deutlichen Reduzierung des für die Heizung benötigten Energieverbrauchs und der dadurch verursachten Emissionen in städtischen Gebieten beitragen. Ausserdem haben alle Gebäude Fundamente im Boden und können so dem Boden Wärme entziehen oder dort sogar überschüssige Wärme speichern [→ F77]. Das gilt auch für Parkplätze, Tunnel oder jedes andere Bauwerk mit Bodenkontakt.

Wärmepumpen können auch Abwärme nutzen, d. h. die in der verbrauchten Luft, im Abwasser usw. vorhandene Wärme nutzen. Ausserdem können sie aufgrund ihrer Vielseitigkeit einfach mit anderen Energiegeräten kombiniert werden, was eine Erhöhung der Gesamteffizienz des Systems ermöglicht. Drei Beispiele:

• In Kombination mit der sogenanntenWärmekraftkopplung [→ F27], ermöglichen die Wärmepumpen eine Reduzierung des Brennstoffverbrauchs in der Grössenordnung von 40 bis 60%.
• Die mit Strom aus Photovoltaikmodulen gespeisten Wärmepumpen können energetisch und wirtschaftlich mit der thermischen Solarenergie konkurrieren [→ F50].
• Wärmepumpen können genutzt werden, um die Temperatur industrieller Abwärme so weit zu erhöhen, dass sie in Herstellungsverfahren genutzt werden kann. So kann man die Grösse des Heizkessels reduzieren, der die Wärme produziert, welche für das Verfahren gebraucht wird.

Angesichts ihrer zahlreichen Vorteile ist nachvollziehbar, dass Wärmepumpen in der Energiewende eine führende Rolle spielen werden – in der Schweiz wie anderswo.