Seit den 70er Jahren konnten bei der Nutzbarmachung erneuerbarer Energien für den Wohnsektor große Fortschritte erzielt werden. Sowohl in Ein- als auch in Mehrfamilienhäusern kommen zur Erzeugung von Heizwärme und Warmwasser immer häufiger Sonnenenergie, Umweltwärme oder feste Brennstoffe wie Stückholz und Pellets zum Einsatz. Diese Entwicklung beruht nicht nur auf staatlichen Förderprogrammen, die den Einbau Energie sparender und umweltschonender Heiztechnik unterstützen, sondern auch darauf, dass solche Anlagen inzwischen ein mit Öl- und Gasheizsystemen vergleichbares Niveau an Bedienkomfort und Leistungsfähigkeit aufweisen. Zudem lassen sich mit dem Einsatz regenerativer Energien die laufenden Kosten für Raumwärme und Warmwasser reduzieren und der Schadstoffausstoß senken.

Solarthermie-Systeme

Die Sonne ist eine unerschöpfliche Energiequelle. Doch bis in die 70er Jahre hinein war das Interesse für die Nutzung der Sonnenenergie recht gering und die Technik noch wenig ausgereift. Erst infolge der ersten Ölkrise und des steigenden Umweltbewusstseins entwickelten sich die solare Trinkwassererwärmung und Heizungsunterstützung zu einem Wachstumsmarkt. Die IEA ermittelte in einer Studie aus dem Jahr 2004 eine Leistung aller weltweit installierten solarthermischen Anlagen von rund 70 Gigawatt und sieht weiteres Potenzial für die Solarthermie. Dank technischer Fortschritte ist es längst möglich, auch in sonnenärmeren Regionen wie Nord- und Mitteleuropa einen beachtlichen Teil des Energiebedarfs eines Privathaushaltes mit Sonnenenergie zu decken. Die dafür eingesetzten Anlagen sind inzwischen sehr leistungsfähig: Sie arbeiten mit hoch effizienten Kollektoren, können dank moderner Regeltechnik schnell auf sich ändernde Witterungsbedingungen reagieren und gegebenenfalls auf Heizkesselbetrieb umschalten.

Generell gibt es hinsichtlich der eingesetzten Technik große regionale Unterschiede. Während in Nord- und Mitteleuropa vor allem solarthermische Anlagen mit einer Umwälzpumpe im Solarkreislauf und in Kombination mit einem Heizkessel eingesetzt werden, dominieren in Südeuropa, Asien und Südamerika die schwerkraftgesteuerten Thermosiphon-Anlagen. Bei diesen einfacheren solaren Systemen, die nur zur Trinkwassererwärmung dienen, wird der Speicher oberhalb des Kollektors montiert und damit die Schwerkraft für den Solarkreislauf genutzt. Die Sonnenstrahlung erwärmt die Solarflüssigkeit im Kollektor. Durch die Erwärmung wird diese leichter und steigt in den Leitungen nach oben. Eine zusätzliche Pumpe erübrigt sich. Ein noch einfacheres und kostengünstigeres Verfahren sind Solaranlagen im Einkreissystem. Hier fließt natürliches Wasser durch den Absorber, wird erwärmt und als Warmwasser im häuslichen Bereich verbraucht. Das gleiche System kann auch zur Schwimmbadbeheizung genutzt werden. Diese Systeme sind jedoch sehr frostanfällig und daher nicht für die Nutzung in Zentraleuropa geeignet. Der besondere Vorteil von solarthermischen Anlagen liegt darin, dass die Sonne als Energieträger nahezu unbegrenzt zur Verfügung steht und bei der Wärmegewinnung praktisch keine Schadstoffe anfallen. Da die Energieproduktion außerdem in unmittelbarer Nähe zum Verbrauch stattfindet, sind die Systemverluste gering.

Seit einigen Jahren wächst zudem das Interesse an Verfahren, um die Sonnenenergie auch für die Gebäudeklimatisierung einzusetzen. Dies ist vor allem deshalb eine interessante Option, weil der Energiebedarf für die Kühlung zumindest saisonal der hohen Sonneneinstrahlung entspricht. Da aber insbesondere die hierzu benötigte Systemtechnik noch in den Kinderschuhen steckt, gibt es bisher nur wenige solcher Anlagen. Grundsätzlich könnten mit Hilfe ausgereifter Technik in Zukunft merkliche Primärenergieeinsparungen gegenüber den herkömmlichen, mit Strom oder Gas betriebenen Kälteanlagen erzielt werden.

Funktionsweise einer solarthermischen Anlage im Privathaushalt

Das Herzstück eines Solarthermie-Systems ist der Sonnenkollektor, der die im Sonnenlicht enthaltene kurzwellige Strahlung in langwellige Wärmestrahlung umwandelt. Im Kollektorabsorber wird durch das Auffangen der Sonnenstrahlen eine spezielle Wärmeträgerflüssigkeit erwärmt und über einen Kreislauf zum Warmwasserspeicher transportiert. Dort gibt die Trägerflüssigkeit ihre Wärme ab und wird wieder zum Kollektor zurückgeführt. Reicht die Sonneneinstrahlung nicht aus, wird das Wasser im Speicher über einen Heizkessel nacherwärmt.

Stückholz- und Pelletkessel

Dank technischer Fortschritte ist der Brennstoff Holz in den vergangenen Jahren zu einer attraktiven regenerativen Energiequelle geworden. Insbesondere in Westeuropa erfreuen sich moderne Heizsysteme für Stückholz, Hackschnitzel oder kleine, gepresste Säge- und Hobelspäne, so genannte Pellets, immer größerer Beliebtheit. Neben einem deutlich gestiegenen Bedienkomfort zeichnen sich fortschrittliche Holz- und Pellet-Heizkessel vor allem durch eine schadstoffarme und besonders effiziente Verbrennung aus. Dabei erreichen Pellet-Heizkessel in der Regel Wirkungsgrade über 90 Prozent.

Das Heizen mit diesem Brennstoff hat klare ökologische Vorteile: Holz wächst nach, ist lokal verfügbar und verhält sich bei der Verbrennung nahezu CO2-neutral, da es nur soviel Kohlendioxid freisetzt, wie es im Laufe seines Wachstums aufgenommen hat. Zudem liegt der Energieaufwand für die Herstellung von Stückholz bei unter 1 Prozent und bei Pellets bei weniger als 5 Prozent des Energiegehalts – weniger als für die Bereitstellung von Erdgas oder Heizöl erforderlich ist. Zusätzlich vermindert der regional verfügbare Energieträger Holz die Abhängigkeit von Öl und Gas. Das Produktprogramm von Holz- und Pelletheizungen reicht von Kaminöfen im Wohnraum als Einzelraumheizung bis hin zur Zentralheizung im Keller. Je nach Anwendung können sie den Wärmebedarf von Gebäuden vollständig oder in Kombination mit anderen Heizsystemen wie beispielsweise einer thermischen Solaranlage decken.

Wärmepumpen

Auch die Wärmepumpe nutzt die Kraft der Sonne – und zwar die in der Luft, im Erdreich und im Grundwasser gespeicherte Sonnenwärme. Eine Wärmepumpe entzieht beispielsweise dem Erdboden Wärme und macht diese für das Heiz- und Warmwassersystem nutzbar. Das dabei eingesetzte Prinzip ist nicht neu, denn nach dem gleichen Prinzip, aber in umgekehrter Richtung arbeitet ein Kühlschrank. Dieser entzieht den Lebensmitteln die Wärme und gibt sie an die Umgebung ab. Auch Wärmepumpen können so gebaut sein, dass sie für beide Zwecke einsetzbar sind: als Heizung im Winter und zur Raumkühlung im Sommer. Derartige Wärmepumpen, die ihre Energie aus der Luft beziehen, erfreuen sich vor allem in Nordamerika zunehmender Beliebtheit. In Europa hingegen überwiegen Wärmepumpen zur Beheizung von Gebäuden und zur Trinkwassererwärmung. Hier kommen vor allem Erdwärmepumpen, die das Erdreich als Wärmequelle erschließen, zum Einsatz.

Wärmepumpen kommen mit wenig Antriebsenergie aus. Mit 1 Kilowattstunde Strom erzeugt eine Wärmepumpe bis zu 5 Kilowattstunden Heizenergie, so dass also etwa 80 Prozent der Heizenergie aus der Umwelt gewonnen werden. Die laufenden Betriebskosten einer Wärmepumpe sind somit gering, die Anschaffungsinvestitionen in der Regel aber höher als für eine Gas- oder Ölheizung. Obwohl sie technisch ausgereift, umweltverträglich und höchst effizient sind, haben Wärmepumpen in den großen europäischen Heiztechnikmärkten noch einen relativ geringen Anteil. Dagegen werden in der Schweiz mehr als 30 Prozent, in Schweden gar über 90 Prozent aller Neubauten mit dieser Technik ausgestattet.

Funktionsweise einer Wärmepumpe

Je nach Wärmequelle wird zwischen Erdwärme-, Grundwasser- und Luftwärmepumpen unterschieden. Die Funktionsweise ist jedoch unabhängig von der Wärmepumpenart: In einem Kreislauf zirkuliert ein Kältemittel, ein Gemisch aus Wasser und umweltfreundlichem Frostschutzmittel. Dieses Kältemittel entzieht dem Boden, der Luft oder dem Wasser die Wärme. Das im Ursprung flüssige Kältemittel verdampft durch die von der Umwelt aufgenommene Wärmeenergie und wird anschließend in einem Verdichter auf einen höheren Druck gebracht. Die Druckerhöhung steigert die Temperatur, der Kältemitteldampf wird auf eine höhere Temperatur „gepumpt“. Im Wärmetauscher überträgt der „erhitzte “Dampf seine Wärme an das Heizungswasser und verflüssigt sich dabei. Nach anschließender Druckminderung liegt das Kältemittel wieder in seiner ursprünglichen Form vor, und der Kreislauf beginnt von neuem.