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Architektenhaus – Wärmepumpen gewinnen Energie aus der Luft, Wasser oder Erdwärme

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(Fotos, Grafiken & Bildmontagen aus Fotoarchiv von ÖKO-ARCHITEKTENHAUS / Buchautor: Uwe Melzer)

Die Preise für Gas und Öl sind in den vergangenen Jahren stetig gestiegen. Grund genug, sich nach alternativen Heizungs- und Energie-Konzepten umzusehen. Ein unerschöpfliches Energiereservoir findet jeder Hausbesitzer in seiner direkten Umgebung: die natürliche Wärme der Erde und der Luft. Man muss diese Energiequelle nur anzapfen. Dafür braucht man eine Wärmepumpe. Diese Heiztechnik ist zwar beim Einbau vergleichsweise teuer, allerdings bekommt man auch Zuschüsse vom Staat. Und im laufenden Betrieb ist eine gute Wärmepumpen-Heizung unschlagbar günstig. Öl, Gas und sogar Pellets können da nicht mithalten.

Was man bei Wärmepumpen beachten sollte.
In nur einigen Metern Tiefe ist der Boden immer warm. Diese Gratis-Wärme lässt sich mit einer geeigneten Anlage anzapfen. Und auch die Luft kann Heizenergie liefern. Der Markt entwickelt sich positiv. Bei den Neubauten hätten Wärmepumpen einen Marktanteil von rund 30 Prozent, Tendenz steigend. Als Zentralheizungen sind sie vor allem in Ein- und Zweifamilienhäusern im Einsatz.

So funktioniert eine Wärmepumpe
Und so funktioniert die Technik: Kältemittel wird in Rohren durch den Boden, in das Grundwasser oder ins Freie geleitet. Es entsteht dabei ein Kreislauf, in dem das Kältemittel zunächst die Wärme der Umgebung aufnimmt. Da das Mittel schon bei niedrigen Temperaturen verdampft, entsteht Gas, welches dann verdichtet wird. Dabei entsteht Wärme, die zum Heizen des Hauses verwendet wird. Anschließend wird das Gas wieder entspannt, kühlt weiter ab und kann dann erneut die Umgebungswärme aufnehmen. Das Prinzip ist dem eines Kühlschranks ähnlich – nur umgekehrt. Einige Modelle können auch im Sommer das Haus kühlen und die Klimaanlage ersetzen.

Allerdings wird zum Betreiben der Wärmepumpe Strom benötigt. Um 100 Prozent Wärme für die Beheizung eines Gebäudes gewinnen zu können, benötigt die Wärmepumpe lediglich zwischen 25 und 35 Prozent Strom als Antriebsenergie. Die restlichen 65 % bis 75 % seien Umweltwärme.

Dieser Kennwert ist bei Wärmepumpen entscheidend
Es liegt auf der Hand, dass der Anteil an Strom, den Wärmepumpen zum Arbeiten brauchen, möglichst klein sein sollte. Das Verhältnis wird mit der Jahresarbeitszahl beschrieben. Liegt die Zahl über 3,3, seien Wärmepumpen ökologisch sinnvoll, erklärt Kersten. Moderne Wärmepumpen erreichen Jahresarbeitszahlen von mehr als 4. Das heißt: Die von der Pumpe erzeugte Wärme wird nur zu einem Viertel oder weniger mit Strom produziert. Die Umweltbilanz verbessere sich, wenn Solarstrom von einer Photovoltaikanlage auf dem Dach zum Betreiben der Wärmepumpe verwendet wird, sagt Kersten. Deshalb ist bei einem ÖKO-ARCHITEKTENHAUS serienmäßig immer mit einer großen Solaranlage möglichst auf dem Dach ausgestattet.

Ein Vorteil von Wärmepumpen ist, dass die Technik wenig Platz benötigt. Da keine Brennstoffe gelagert werden müssen, spart man sich den Öltank oder den Vorratsraum für Pellets. Auch ein Schornstein oder ein Gasanschluss werden nicht benötigt. Wer neu baut, kann hier Geld sparen. Zudem brauchen Wärmepumpen kaum Wartung. Trotzdem wird jedes ÖKO-ARCHITEKTENHAUS grundsätzlich mit einem zweizügigen Kamin gebaut, damit für alle Fälle (z.B. bei Stromausfall, Umweltkatastrophen etc.) Wärme im Haus erzeugt werden kann.

Für wen lohnt sich eine Wärmepumpe?
Gut geeignet sind Wärmepumpen für Gebäude mit einem Heizleistungsbedarf unter zehn Kilowatt. Diesen Bedarf haben beispielsweise Neubauten, die nach den Vorgaben der Energieeinsparverordnung entstehen und eine entsprechend gute Dämmung haben. Deshalb wird jedes ÖKO-ARCHITEKTENHAUS serienmäßig mindestens als KfW 55 oder KfW 70 Niedrigenergiehaus erstellt. Im Vorteil sind Häuser mit einer Fußbodenheizung. Denn sie benötigt niedrigere Vorlauftemperaturen als Radiatoren. Und das spart Strom. Deshalb statten wir jedes ÖKO-ARCHITEKTENHAUS serienmäßig mit einer neuen, innovativen Keramik-Fußbodenheizung aus.

Selbst für ältere Gebäude taugt das Heizungsmodell – auch weil der Platzbedarf im Haus gering ist. Hier könne beispielsweise eine Luft-Wärmepumpe eine vergleichsweise teure Nachtspeicherheizung ersetzen. Die Stromkosten sind für Besitzer von Wärmepumpen auch geringer als für den normalen Hausgebrauch, denn viele Anbieter haben spezielle Tarife.

Luft, Erdwärme oder Wasser?
Entscheiden können sich Verbraucher zwischen drei Varianten: Die Pumpen erwärmen das Wasser der Zentralheizung entweder mit Luft, Erdwärme oder Grundwasser. Letztere gelten als besonders effizient.

Erdwärme in Verbindung mit einer Grundwasser / Solebohrung und der Möglichkeit zentral auch alle Räume zu klimatisieren ist eine Lösung mit einem hohen Synergieeffekt und ökologischer und gesünder als Klima-Splitt-Geräte. Sollte eine Geo-Erdwärme-Bohrung in das Grundwasser nicht möglich sein, dann übernimmt als Alternative diese Funktion zum Beispiel das Gas-Blockheizkraftwerk mit dem Anschluss an die öffentliche Erdgasleitung.

ÖKO-ARCHITEKTENHAUS empfiehlt deshalb als ideale Lösung, unabhängig von den Kosten, die Erdwärmesolebohrung in Verbindung mit einer Photovoltaik-Anlage für den Strom der Wärmepumpe. Das ist dann ein Null-Energiekostenhaus, mit der Bauherr noch Geld verdienen kann.

Wärmepumpen mit Erdsonden schaffen Jahresarbeitszahlen von 3,5 oder höher. Das Kältemittel wird im Rohr tief in den Boden gepumpt, das je nach Region ab einer Tiefe von etwa 1 Meter dauerhaft frostfrei und ab 10 Metern Tiefe konstant 10 Grad hat. Luftwärmepumpen sind einfach zu installieren, energetisch aber nicht so wirkungsvoll wie Erdwärmepumpen. Hier laufen die Rohre ins Freie, und im Winter ist die Außenluft kalt. Zudem könne das Modell, das am Haus installiert wird, laut sein.

So bekommt man Zuschüsse vom Staat
Nachteil der Anlagen sind ihre hohen Anschaffungskosten – auch wenn diese vom Staat bezuschusst werden. Aus dem Marktanreizprogramm der Bundesregierung gibt es für die Anschaffung von erdgekoppelten Anlagen derzeit mindestens 2800 Euro und für Luft-Wärmepumpen mindestens 1300 Euro. Wer einen Pufferspeicher errichtet, erhält zusätzlich 500 Euro. Der Förderantrag geht an das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA).

Das kostet eine Wärmepumpe
Eine Luftwärmepumpe kostet etwa 12.000 bis 15.000 Euro. Da für eine Erdwärmepumpe aufwendig Sonden in der Erde verlegt werden, belaufen sich die Kosten auf 20.000 bis 25.000 Euro. Und diese Investitionen rechnen sich durch die niedrigen Betriebskosten nach circa sieben bis zehn Jahren. Wärmepumpenstrom ist laut Vergleichsportalen ab etwa 18,3 Ct/kWh zu haben. Eine Heizungsanlage, die mittels Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom etwa 3,5 Kilowattstunden Wärme macht, stellt ihre Heizenergie also für umgerechnet 5,2 Ct/kWh bereit. Öl und Gas sind dagegen mit 8,1 bzw. 6,9 Cent je Kilowattstunde deutlich teurer. Sogar eine Pelletheizung ist im laufenden Betrieb teurer. Hier muss man laut Deutschem Energie- und Pellet-Verband mit 5,8 Ct/kWh rechnen. Es ist auch davon auszugehen, dass die Holzpellets in der Anschaffung steigen werden, da das Holz im Wald nicht so schnell nachwachsen kann, wie es verbraucht wird. ÖKO-ARCHITEKTENHAUS installiert deshalb in seinen Architektenhäuser keine Holz-Pellet-Heizung.

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Eisheizung – Heizen mit Eis – neue Heiztechnik, die tatsächlich funktioniert!

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(Fotos, Grafiken & Bildmontagen aus Fotoarchiv von ÖKO-ARCHITEKTENHAUS / Foto + Information von www.eisheizung.com/videobeitrage / Buchautor: Uwe Melzer)

Eis als Energiequelle der Zukunft für Ihr Einfamilienhaus oder Gewerbe hört sich erst einmal paradox an. Mit einer Eisheizung bestehend aus einem Eisspeicher und einer Wärmepumpe ist es möglich zu heizen. Nachfolgend erhalten Sie Informationen über das Heizen mit Eis.

Beim Gefrieren von Wasser wird Energie frei, die sog. Kristallisationsenergie. Diese Energie können wir nutzen. Beim Gefrieren von 1 kg Wasser bei 0°C wird so viel Energie frei wie beim Abkühlen von 1 kg Wasser von 80°C auf 0°C. Die Energie, die beim Gefrieren des Wassers freigesetzt wird, kann mittels Wärmepumpe nutzbar gemacht werden.

Heizen mit Eis?
Auch wenn es sich unlogisch anhört, die Wärme befindet sich im Eis!
Der Übergang von Wasser zu Eis setzt viel Kristallisationswärme frei.

Auszug Kristallisationswärme (de.wikipedia.org)
Die Kristallisationswärme (auch Erstarrungswärme genannt) wird freigesetzt, wenn ein Stoff seinen Aggregatzustand von flüssig nach fest ändert. Auf Grund des Energieerhaltungssatzes ist die freiwerdende Energie gleich groß wie die für das Schmelzen des Stoffes aufzuwendende Energie (siehe auch Schmelzwärme). Bei verschiedenen Stoffen ist die Erstarrungswärme (=Schmelzwärme) pro Kilogramm Masse unterschiedlich groß.

Praktisch lässt sich das Phänomen der Kristallisationswärme bei der Unterkühlung von Wasser beobachten. Wird Wasser erschütterungsfrei und langsam gekühlt, gefriert es bei null Grad Celsius nicht. Wasser lässt sich auf diese Weise bis auf einige Grad unter Null abkühlen (ohne „Anlagerungsstellen“ – ähnlich „Kondensationskeimen“ –- ist sogar eine Unterkühlung bis -30°C möglich, bevor sich die Wassermoleküle in ein Kristallgitter einordnen). Beispielsweise kann dann eine Erschütterung die Kristallisation spontan auslösen. Die Temperatur steigt durch die frei werdende Energie auf null Grad.

Wie viel Energie dabei frei wird lässt sich einem Beispiel zeigen.
Wird 80 Grad heißes Wasser auf 0 Grad abgekühlt erhält man 80 Energieeinheiten. Lässt man 0 Grad kaltes Wasser zu Eis werden, erhält man noch mal 80 Energieeinheiten die freigesetzt werden.

Das Wasser ist in einem künstlich angelegten unterirdischen Betonspeicher gespeichert und wird unter anderem von einer Solaranlage erwärmt. In dem Betonspeicher kann das Eis von der Mitte aus nach außen und oben “wachsen”, ohne den Betonmantel aufzusprengen. Wärmetauscher und Wärmepumpe entziehen dem Wasser während der Heizperiode so lange die Wärme, bis es zu Eis gefroren ist. Mit der gewonnen Energie können Einfamilienhäuser oder Gewerbeimmobilen je nach Jahreszeit und Bedarf geheizt werden.

Zu einer kompletten Eisheizung gehören Eisspeicher, Luftwärmepumpe, Pufferspeicher und Solarkollektoren für das Dach. Auf Wunsch statten wir Ihr individuelles ÖKO-ARCHITEKTENHAUS mit dieser neuen, effizienten Heiztechnik aus.

Im Sommer das Haus mit der Eisheizung kühlen.
Darüber hinaus wird die Effektivität noch gesteigert, da im Sommer die zur Verfügung stehende Kälte dazu genutzt werden kann das Haus zu kühlen. Dazu muss das System nur von heizen auf kühlen gestellt werden. Dabei wird dem Haus die Wärme entzogen und dem Eisspeicher wieder zugeführt. So taut das Eis wieder zu Wasser. Wird nicht auf Kühlbetrieb gestellt, wird das Eis durch die Energie der Solaranlage geschmolzen.

Die Eisheizung hat einen entscheidenden Vorteil gegenüber normalen Solaranlagen. Diese nutzen Wärme mit hoher Temperatur und speisen diese in das Heizungssystem ein. Die Eisheizung kann aber auch bei niedrigen Temperaturen bzw. wenig Sonneneinstrahlung durch einen Eisspeicher in Verbindung mit einer Wärmepumpe genutzt werden kann.

Der Markt ist momentan noch recht klein. Es gibt Betonspeicher in unterschiedlichen Dimensionen für Einfamilienhäuser oder große Gewerbeanlagen. Die wohl momentan kleinste Eisheizung auf dem Markt hat gerade einmal 90 x 90 Zentimeter großen Eisspeicher und passt somit sehr gut in jeden Keller.

Nimmt man die aktuellen Energiekosten beträgt die Amortisationszeit für eine Eisheizung je nach Anschaffungspreis etwa 6 – 10 Jahre. Durch die Inanspruchnahme von Fördermitteln und bei voraussichtlich steigenden Energiepreisen verkürzt sich diese Zeit entsprechend.

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