Technologien zur Wärme- und Kälteerzeugung aus erneuerbaren Energien
Wärme- und Kälteerzeugungstechnik für erneuerbare Energien
Einführung
Die Absicht der ergänzenden Darstellungen in dieser „Wiki“ ist, dem Leser des Innovationsberichts weitere vertiefende Hintergrundinformationen zur Entwicklung und technischen und unternehmerischen Innovationen bei den im Innovationsbericht betrachteten Wärmewandlungstechniken[1] zu geben, die von den Verfassern als maßgeblich für die Professionalisierung und Markterfolg der Branche angesehen wurden.
Die prinzipielle Funktionsweise der jeweiligen Wandlungstechnik wird nur in knapper Form dargestellt ohne jedoch weiter auf technische Einzelheiten einzugehen, da es hierfür im Internet und Fachliteratur sehr umfangreiche Darstellungen gibt. Deshalb werden bestimmte Begriffe mit über das Internet zugänglichen Erläuterungen <häufig „Wikipedia“> oder Fachliteratur verlinkt.
Der Fokus der folgenden Darstellungen liegt weiterhin auf dem Innovationsprozess im Bereich der Anlagenfunktionalität und –herstellung und dafür .
Zur Wärme- und Kälteerzeugung aus erneuerbaren Energien werden folgende Energieträger genutzt:
- Biomasse (an dieser Stelle nur biogene Festbrennstoffe)
- Solarenergie
- Erd- und Umweltwärme
Auch wenn bereits um die Jahrhundertwende zum 20. Jahrhundert viele Technologien zur aktiven Nutzung von erneuerbaren Energien prinzipiell bekannt waren, wurde diese Pfade mit der Durchdringung fossiler Energieträger nicht mehr intensiv weiter verfolgt. Erst zum Ende des 20. Jahrhunderts rückten die erneuerbaren Energien als Möglichkeit zur Wärmeerzeugung in Deutschland wieder in den Fokus von Tüftlern und Unternehmen. Zentraler Auslöser hierfür war die erste sogenannte Ölkrise im Jahr 1973, deren plötzlicher Preisanstieg bei Rohöl das Vertrauen in eine dauerhafte und vor allem billige Energieversorgung durch fossile Energieträger erschütterte.[2].
Für die Nutzung von Biomasse, Solarenergie oder Erd- und Umweltwärme zur Wärmeerzeugung wurden die zumeist schon länger bekannte Umwandlungskonzepte, wie Wärmepumpen, Absorber oder Holzheizungen wieder aufgegriffen und deutlich weiterentwickelt. Diese Weiterentwicklung bzw. deren individuellen Innovationsprozesse ab Mitte der 1970er Jahre sind jedoch sehr verschieden verlaufen. Beispielsweise hatte die elektrische Wärmepumpe für Heizzwecke gleich nach der Ölkrise ab 1974 einen ersten Nachfrageboom, der aber bis 1980 wieder völlig verebbte. Erst ab etwa 2005 erlebte die Wärmepumpentechnik wieder einen signifikanten Aufschwung. Bei Neubauten mit niedrigem Wärmebedarf im Einfamilienhausbereich ist die Wärmepumpe gar zur dominanten Heiztechnik geworden ist.
Bei der Solarkollektortechnik setzte die Entwicklung gegen Ende der 1970er Jahre an und verlieft seitdem relativ gleichmäßig bis in die Gegenwart. Moderne bzw. vollautomatische Holzheizungen entstanden ab den 1980er Jahren, wobei mit Erreichung eines höheren Reifegrades und der Nutzung von Holzpellets ab Mitte bis Ende der 1990er Jahre der breite Durchbruch kam.
Auch wenn die Wärmenutzung klar im Vordergrund steht, gab es immer wieder einzelne Projekte[3], wo erneuerbare Energien auch zur Kühlung genutzt werden. Hierbei werden Absorptionskälteanlagen oder Adsorptionskälteanlagen vorrangig in Kombination mit einer solarthermischen Anlage zum sogenannten solaren Kühlen[4] betrieben. Die im Solarkollektor (in der Regel Röhrenkollektoren) gewonnene Wärme wird zur thermischen Verdichtung des Kältemittels genutzt. Prinzipiell kann hierfür aber auch jede andere <erneuerbare> Wärmequelle genutzt werden, die ein Temperaturniveau im Bereich von 80 bis 120 Grad Celsius erreicht, um den Kälteprozess aufrecht zu erhalten. Durch den starken Preisverfall bei der Photovoltaikanlagen kann die solare Kühlung mittlerweile über PV-Strom kostengünstiger erfolgen, da auch die einfacher aufgebauten und somit kostengünstigeren elektrischen Kompressionskältemaschinen zum Einsatz kommen. Zwar gilt dieser Weg als thermodynamisch weniger effizient, doch letztlich schaut ein Anlagenbetreiber auf den Produktpreis pro kWh Kälte.
Mit der sogenannten freien Kühlung kann bei vorhandener Erdwärmepumpe ganz ohne Einsatz einer Kältemaschine Erdwärme> genutzt werden, wenn eine Erdwärmepumpe zur Beheizung vorhanden ist. Im Sommer wird im einfachen Umwälzbetrieb durch das Wärmeübertragungsmedium die Wärme aus dem Gebäude in das Erdreich getragen. Im Winter wird die Wärme aus dem Erdreich wieder durch die Wärmepumpe entnommen.[5]
Zur Vertiefung der im Innovationsbericht betrachteten Wandlungstechniken siehe:
Wärme aus biogenen Festbrennstoffen (Holzheizungen)
Wärme und Kälte aus Solarenergie (Solarthermie)
Wärme und Kälte aus Erd- und Umweltwärme (Wärmepumpen)
- ↑ An dieser Stelle wie auch in den korrespondierenden Kapiteln m Innovationsbericht wird in der Regel der Begriff Technik statt Technologie verwendet. Der häufig zu lesende Begriff Technologie ist primäre eine sprachliche Übertragung aus dem englischen Technology, weist dort aber ein wesentlich breiteres Bedeutungsspektrum auf, das auch die Verfahren zur Herstellung und dazu notwendige Kenntnisse umfasst. In diesem Sinne kann man z. B. von Holzheizungstechnologie sprechen, wenn das ganze Umfeld bei der Betrachtung mit einbezogen sein soll. Geht es nur um die Betrachtung eines konkreten Heizkessels, wird hier der von Heizelkesseltechnik gesprochen
- ↑ Die Ölkrise war u.a. eine Folge des Yom-Kippur-Krieges, wo die OPEC die Fördermengen leicht senkten, um Druck auf die westlichen Länder auszuüben. Hinzu kam die Dollarentwertung in Folge der einseitigen Aufhebung des Goldstandards durch die USA (System von Bretton Woods) im Jahr 1971 und anschließender Freigabe der Wechselkurse 1973.
- ↑ ZAE Bayern; Festo AG
- ↑ BINE Klimatisieren mit Sonne und Wärme; BINE Kühlen und Klimatisieren mit Wärme
- ↑ Reichstagsgebäude Berlin; 3-Liter-Wohnhaus Mannheim
