Die bedeutende Rolle von Wärmepumpen für eine nachhaltige Zukunft

Wärmepumpen werden zum System der Wahl für nachhaltigen Komfort und unterstützen kommunale und gewerbliche Einrichtungen weltweit bei der Wärmeversorgung und Kühlung. Gleichzeitig senken Wärmepumpen die Energiekosten, den Energieverbrauch und die CO2-Bilanz, was letztendlich dazu beiträgt, die globalen Auswirkungen von Treibhausgasen zu reduzieren.

Was ist eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist ein System, das Ihr Heim oder Gebäude – ähnlich wie ein Ofen oder Kessel – mit Wärme versorgt, jedoch ohne Brennstoff zu verbrennen. Wärmepumpen nutzen denselben Wärmeübertragungsprozess und weitgehend die gleiche Ausrüstung wie Klimaanlagen. Klimaanlagen verfügen über ein Kältemittelsystem mit geschlossenem Kreislauf, um Wärme aus einem Innenraum abzuführen und an die Außenluft abzugeben. Wärmepumpen kehren den Kältemittelfluss einfach um – sie entnehmen Wärme aus der Außenluft und geben diese innerhalb eines Gebäudes ab.

Wärmepumpen sind selbst unter niedrigeren Umgebungsbedingungen noch in der Lage, Wärme aufzunehmen und in einen Innenraum abzugeben. Die meisten Wärmepumpen sind auch umkehrbar, so dass sie je nach Saisonbedarf Kühlung oder Wärme bereitstellen können. Dies kann Teil einer sehr effizienten Heiz- und Kühllösung sein, die bis zu dreimal mehr Energie überträgt als sie verbraucht.

Die Vorteile für die Umwelt sind klar, und Verbraucher beginnen dies zu erkennen. Unter welchen Voraussetzungen kann im Zuge einer nachhaltigeren Denkweise der Welt eine breitere Nutzung dieser Technologie, die sich bereits weltweit auszahlt, erzielt werden?

Effizientes, effektives Temperatur- und Komfortmanagement

Wärmepumpen sind in Europa und Asien bereits seit Jahrzehnten etabliert und verzeichnen heute in allen primären Heiztechnikmärkten, einschließlich Nordamerika, eine rasantes Wachstum. Die Technologie wurde in der Vergangenheit hauptsächlich in milderen Klimazonen eingesetzt, in denen die Temperaturen nicht über einen längeren Zeitraum unter den Gefrierpunkt fallen.

Das Management von Temperatur und Komfort stellt für jedes Heiz- und Kühlsystem eine Herausforderung dar. Diese Herausforderung kann jedoch in Klimazonen weltweit von Wärmepumpen bewältigt werden, da sich diese Technologie weiterentwickelt. Denken Sie an Florida, wo im Sommer heiße und feuchte Bedingungen vorherrschen, der Winter aber kühler ist.

Laut der U.S. Energy Information Administration liegt der Pro-Kopf-Strombedarf für Wohngebäude in Florida unter den höchsten des Landes. Dies ist zum Teil auf die hohe Nutzung von Klimaanlagen während des Sommers zurückzuführen, zudem verwenden etwa 90 % der Haushalte in Florida Strom zum Heizen. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Energiekosten um bis zu 40 % zu senken, ohne auf Komfort verzichten zu müssen, entscheiden sich mehr und mehr Hausbesitzer in Florida für Wärmepumpensysteme. So sind aktuell fast 40 % der neu installierten Systeme in Florida Wärmepumpen. Und führende Auftragnehmer profitieren davon, dass sich Wärmepumpen sowohl einfacher verkaufen als auch einfacher installieren lassen.

Neben der Raumheizung werden Wärmepumpen auch zum Erwärmen von Wasser in Gewerbe- und Wohngebäuden eingesetzt. Die Produkte und Lösungen von Emerson helfen dem Veermata Jijabai Technological Institute (VJTI) in Mumbai, Indien, ein neues Kapitel bei Energieeinsparungen einzuleiten. Im Rahmen eines Pilotprojekts installierte VJTI Wärmepumpen in Studentenwohnheimen, um täglich 5.000 Liter Heißwasser zu erzeugen. Somit konnten im Vergleich zu herkömmlichen Systemen zur Wassererwärmung Energieeinsparungen von bis zu 72 % erzielt werden.

Hochauflösendes Bild
Quelle: Emerson Fallstudie des Veermata Jijabai Technological Institute

Innovative Lösungen zur Erfüllung des weltweiten Heiz- und Kühlbedarfs

Die Wärmepumpentechnologie ist nicht neu. Jedoch wurden in den letzten 20 Jahren Fortschritte erzielt, die den Einsatz in kälteren Klimazonen ermöglichten und die Energieeffizienz der Pumpen insgesamt erhöhten. Und immer mehr Verbraucher und Unternehmen erwägen umweltbewusste Wege, um Häuser und andere Gebäude zu beheizen und zu kühlen – wobei sich Wärmepumpen angesichts der neuesten technologischen Fortschritte als vielversprechender Weg in die Zukunft herauskristallisieren.  

Der größte Fortschritt ist dabei der Verdichter. Als Herzstück von Wärmepumpen und Klimaanlagen steuern Verdichter den Kältemittelzyklus und verbrauchen den größten Anteil an Energie im Wärmepumpensystem. Emerson, ein führender Anbieter von Verdichtungstechnik, verfügt über fortschrittliche Heiz- und Kühltechnologien mit Verdichtern, die Wärmepumpen bei der Bereitstellung der höchsten Wohnkomfortleistung unterstützen.

Vor der Einführung dieser Innovationen der Verdichtungstechnik beschränkten einstufige Verdichter die Einsatzmöglichkeiten von Wärmepumpen auf Regionen, in denen der Heiz- und Kühlbedarf nahezu gleich war – gemäßigtere Klimazonen ohne große Temperaturschwankungen. Durch den Einsatz modulierter Technologie wie zweistufigen und drehzahlgeregelten Verdichtern können Wärmepumpen jedoch effizienter betrieben und in einem breiteren Spektrum von Regionen installiert werden.

Durch die Aufrechterhaltung der Kapazität bei niedrigen Umgebungstemperaturen liefern Systeme mit drehzahlgeregelten oder zweistufigen Copeland-Verdichtern von Emerson wärmere Versorgungsluft – ein wichtiger Komfortvorteil für Wärmepumpen. Darüber hinaus wird mit drehzahlgeregelten oder zweistufigen Verdichtern die Regelung der Luftfeuchtigkeit im Sommer deutlich verbessert, da Hausbesitzer von einer fast sofortigen Luftfeuchtigkeitsreduzierung um fast 20 % bis 25 % profitieren. Copeland-Verdichter bieten außerdem Diagnose- und Schutzfunktionen, um die Benutzerfreundlichkeit und Systemzuverlässigkeit zu verbessern. Bis heute wurden mehr als 200 Millionen Copeland-Scrollverdichter – mehr als jede andere Marke von Scrollverdichtern – weltweit installiert, davon viele in Wärmepumpen.

Erfüllung der Nachfrage nach nachhaltigen Lösungen

Im Zuge verstärkter Anstrengungen zur Reduzierung von Treibhausgasemissionen weltweit sind Wärmepumpen jederzeit verfügbare Lösungen, um die Nachfrage nach nachhaltigerer Raum- und Wassererwärmung zu decken. In seinem im Jahr 2021 erschienenen Buch Wie wir die Klimakatastrophe verhindern wurde die Technologie auch von Bill Gates erwähnt. Der Autor ist der Meinung, dass wir beim Einsatz von Wärmepumpen und anderen modernen Technologien schneller und intelligenter handeln müssen, um einen bedeutenden Beitrag zur Dekarbonisierung leisten zu können.

Die gute Nachricht ist, dass wir mit der Annahme der Wärmepumpentechnologie bereits auf gutem Wege sind. Im Jahr 2020 wurden fast 180 Millionen Wärmepumpen für Heizanwendungen eingesetzt, wobei der weltweite Bestand in den letzten fünf Jahren um fast 10 % pro Jahr stieg. Dieser Trend wird sich nur dann fortsetzen, wenn Regierungen weltweit ihre Ziele zur Reduzierung von Treibhausgasen erreichen.

Der Umstieg von wärmeerzeugenden, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Geräten wie Öfen und Kesseln auf eine effiziente elektrische Wärmepumpe kann einen Schritt auf dem Weg zu einem kohlenstofffreien System darstellen.

Neue Rechtsvorschriften, Anreize und Steuernachlässe – von Upgrades des Stromnetzes in der „Build Back Better“-Gesetzgebung der USA über Zuschüsse für Wärmepumpen für Hausbesitzer in Großbritannien bis zu einer Zielsetzung in Deutschland, wo jedes neue Heizsystem bis 2025 mit 65 % erneuerbarer Energie betrieben werden soll – werden die Technologieauswahl für CO2-arme Lösungen wie Wärmepumpen anstelle von mit fossilen Brennstoffen betriebenen Kesseln und Öfen stark beeinflussen.

Verbesserter Komfort, Energie- und Kosteneinsparungen sowie ein zunehmendes Umweltbewusstsein führen dazu, dass Wärmepumpen auch von mehr Verbrauchern und Unternehmen installiert werden. Diese individuellen Entscheidungen können große Auswirkungen haben. Betrachten wir zum Beispiel gewerbliche Gebäude. Heizung und Kühlung machen 30 % der CO2-Emissionen in gewerblichen Umgebungen aus, und bei Wohngebäuden steigt diese Zahl sogar auf 38 %. Laut dem jährlichen Energieausblick der Energy Information Administration (EIA) der USA aus dem Jahr 2018 ist die Erwärmung von Wasser eine weitere große Emissionsquelle, die 15 % der CO2-Emissionen im Wohnbereich ausmacht.

Der Umstieg auf eine Wärmepumpe kann eine energieeffiziente Alternative zu mit fossilen Brennstoffen betriebenen Öfen und Wassererhitzern sein, die Erdgas und Heizöl verwenden und somit CO2 direkt emittieren. Wärmepumpen sind zudem effizienter als auf elektrischem Widerstand basierende Heizanwendungen. Der Umstieg von wärmeerzeugenden, mit fossilen Brennstoffen betriebenen Geräten wie Öfen und Kesseln auf eine effiziente elektrische Wärmepumpe kann einen Schritt auf dem Weg zu einem kohlenstofffreien System darstellen.

Ein zweiter, noch wirkungsvollerer Schritt ist der Ausbau von Stromerzeugungsnetzen mit 100 % erneuerbarer Energie seitens verschiedener Länder zum Betrieb von Wärmepumpen und anderen elektrischen Geräten im Wohnbereich. Der Übergang von Wärmeerzeugung mittels fossilen Brennstoffen zu elektrischen Wärmepumpen reduziert zudem indirekte Kohlenstoffemissionen, wenn der erzeugte Strom aus einer saubereren Quelle wie Wind-, Solar-, Wasser- oder Nuklearenergie stammt.

Anhaltendes jahrelanges Wachstum

Die Nachfrage nach Wärmepumpen wächst in den USA und auf der ganzen Welt, da innovativere Wärmepumpentechnik entwickelt wird, die eine höhere Energieeffizienz bietet und eine zusätzliche Heizleistung für kältere, nördliche Klimazonen bereitstellt. Diese Innovationen in Verbindung mit Verbraucherinteressen und staatlichen Initiativen zur Dekarbonisierung deuten auf ein anhaltendes Wachstum des Wärmepumpenmarktes in den kommenden Jahren hin.