Kurs: Grundlagen und Perspektiven der Energiewende | OnCourse UB

  • Lektion 5

    • Technologien zur Gewinnung von Wärmeenergie

      Wärmeenergie ist neben der elektrischen Energie die zweite Hauptform von Energie, die Menschen nutzen. Sie wird u.a. für das Beheizen von Gebäuden und zur Erzeugung von Warmwasser benötigt.

      Verbrennung

      Die Verbrennung von Energieträgern ist eine vielfältige aber einfache Variante zur Gewinnung von Wärmenergie. Eine Möglichkeit ist, dass in einer Feuerstätte ein Feuer betrieben wird, dass die umgebene Luft erwärmt. Die Zweite Möglichkeit ist, das durch die Verbrennung zunächst Wasser erwärmt wird und dieses über Leitungen verteilt wird und das Wasser dann die Wärme an die Umgebung abgibt. Das Prinzip ist dabei ähnlich wie bei der Dampferzeugung, nur mit dem Unterschied, dass geringere Höchsttemperaturen erreicht werden. Als Energieträger kommen für beide Varianten zahlreiche Formen organischer Materie in Frage also Öl, Gas, Kohle aber auch Holz oder andere Biomasse.

      Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme

      Die Wärmegewinnung aus elektrischer Energie funktioniert über das Prinzip des elektrischen Widerstands: Es gibt Unterschiede in der Leitfähigkeit von Metallen. Für die Erzeugung von Wärme wird Strom durch Materialien geleitet, die den Strom nicht gut leiten können, was bedeutet, dass die Elektronen einen größeren Widerstand erfahren um fließen zu können. Dieser Widerstand erzeugt eine Art Reibung durch die Elektronen, was dazu führt, dass sich das Material erwärmt. Diese Erwärmung kann wiederum für die direkte Erwärmung von Luft oder für die Erwärmung von Wasser genutzt werden. Auch im Elektroherd, dem Toaster oder der Waschmaschine wird die Wärme über dieses Prinzip erzeugt.


      Wärmepumpe

      Eine Wärmepumpe nutzt die Exergie aus der Umgebung (je nach Bauart Boden, Luft oder Wasser) und Strom um damit Wasser zu erwärmen. Sie funktioniert dabei wie ein umgekehrter Kühlschrank. 
      Der derzeit häufigste Typ besteht aus drei wesentlichen Bauteilen: dem Verdampfer, dem Verdichter und dem Verflüssiger. Verdampfer und Verflüssiger (=Kondensator) sind Wärmetauscher, in denen Wärme auf ein Kältemittel übertragen bzw. entzogen wird. Das Kältemittel hat einen Siedepunkt nahe der Umgebungstemperatur. Das Kältemittel wird mit der Wärme, die der Umgebung entzogen wird, verdampft und anschließend verdichtet. Die Verdichtung benötigt elektrische Energie. Die Verdichtung führt dazu, dass das Kältemittel stark erwärmt. Die Wärme des verdichteten Kältemittels wird im Verflüssiger auf das Wasser des Heizkreislaufs übertragen. Die Verdichtete Luft wird dabei flüssig. Im letzten Schritt wird das Kältemittel an einem Expansionsventil entspannt und kühlt dabei soweit ab, dass es unter der Umgebungstemperatur liegt.


      (Grafik: "Prinzip einer Wärmepumpe" von Arbeitsding auf wikimedia commons, Lizenz: CC-BY-Sa 4.0)

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