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Wärmepumpe und Latentwärmespeicher
Seitdem den erneuerbaren Energien, vor allem durch die Privathaushalte, eine immer größere Relevanz zugemessen wird, gewinnen auch früheren Randthematiken wie Wärmepumpen und Latentwärmespeicher eine kontinuierlich steigende Bedeutung. Selbst modernste Sonnenkollektoren erzeugen in der kalten Jahreszeit deutlich weniger Energie als in Monaten mit mehr Sonnenstunden. Dieses Defizit in der Energiebilanz muss sowohl durch effiziente Speichermöglichkeiten für die erzeugte Energie als auch durch zusätzlich erzeugte Wärmeenergie aus anderen Energieträgern ausgeglichen werden. Zum Einsatz kommen hier beispielsweise Ölheizungen oder Gasöfen zur Warmwasser-Erzeugung. Ökologisch sinnvoller ist aber auch hier die Verwendung von regenerativen Energiequellen wie Holz oder Erdwärme.
Besonders sinnvoll, wenn auch etwas aufwändiger in Bau und Unterhalt, sind hier Wärmepumpen zur Nutzung der überall vorhandenen Erdwärme.

Die Funktionsweise von Wärmepumpen zur Nutzung der Erdwärme
Moderne Wärmepumpen nutzen die konstante Temperatur in tieferen Schichten des Erdreiches. Diese beträgt auch in den kalten Jahreszeiten mindestens 10° Celsius. Um dieses Energiepotential für die Versorgung eines Ein- oder Mehrfamilienhauses mit Warmwasser und Heizung nutzen zu können, werden eine oder mehrere Bohrungen ins Erdreich vorgenommen. In die Bohrlöcher werden anschließend zahlreiche dünne Metallröhren eingebracht, durch die eine Trägerflüssigkeit, ein so genanntes Fluid, zirkuliert. Die Trägerflüssigkeit wird dabei unter Überdruck bereitgehalten und durch Expansionsventile ins Erdreich verbracht. Dort nimmt sie die Wärmeenergie aus der Umgebung auf und verdampft. Anschließend erfolgt eine erneute Kompression des Träger-Fluids und in einem Kondensator erfolgt schließlich die Abgabe der aufgenommenen Wärmeenergie an den Heizungskreislauf im Wohnhaus.

Weitere Einsatzmöglichkeiten von Wärmepumpen

Der Einsatz von Wärmepumpen im Bereich der privat genutzten Gebäude beschränkt sich allerdings bei weitem nicht nur auf die Nutzung der Erdwärme. Auch warme Abluft, das Abwasser des Haushaltes und sogar das Grundwasser können zur Wärmegewinnung genutzt werden. Das technische Funktionsprinzip bei diesen weiteren Einsatzgebieten ist allerdings im Wesentlichen identisch mit dem vorangehend beschriebenen Ablauf. Der wesentliche Praxis-Vorteil in der Nutzung der Erdwärme und der Wärme des Grundwassers ist ihre konstante Verfügbarkeit, die sich mit der nur zyklisch vorhandenen Energiegewinnung aus Solarkollektoren hervorragend ergänzen.

Warum brauchen Solarthermie-Anlagen zwingend Latentwärmespeicher?
Der Bedarf einer Solarthermie-Anlage an einem mit ihr direkt verbundenen Latentwärmespeicher leuchtet direkt ein, wenn man sich vor Augen hält, dass die Sonne selbst im Hochsommer nur für eine begrenzte Anzahl an Stunden tatsächlich scheint und während dieser Sonnenstunden auch nicht immer im effizientesten Winkel auf die Solarkollektoren trifft. Dadurch bleibt die Menge der aufgefangenen Wärmenergie in den Morgen- und Abendstunden auf einem deutlich niedrigeren Niveau, in den Nachtstunden fällt sie naturgemäß auf den Wert Null. Gerade am Nachmittag und in den Abendstunden ist allerdings in Privathaushalten die Nachfrage nach Warmwasser und Heizung am höchsten, die während des Tages gewonnene Wärmeenergie muss also möglichst effektiv für die Zeiten höheren Bedarfs gespeichert werden. Noch deutlicher wird dies, wenn in diese Rechnung die Unwägbarkeiten des Wetters mit einbezogen werden. Falls mehrere Tage mit dichter Bewölkung aufeinander folgen, soll dennoch genügend Warmwasser und Heizenergie zur Verfügung stehen. An dieser Stelle greifen Latentwärmespeicher ein: In ihnen kann über mehrere Tage, unter idealen Bedingungen auch über mehrere Wochen, Wärmeenergie gespeichert werden und steht dennoch jederzeit für den Privatverbraucher abrufbereit. Bei Latentwärmespeichern gibt es diverse Konstruktionsvarianten, die jeweils mit unterschiedlichen Speichermaterialien arbeiten. Geeignet zur Wärmespeicherung sind beispielsweise Wasser, verschiedene Salze und neuerdings auch Hartparaffin.

Welcher Wärmespeicher für welches Einsatzgebiet?
Wenn größere Wärmemengen effektiv gespeichert werden sollen, stößt das Speichermedium Wasser schnell an seine Grenzen. Für große Energiemengen haben sich in der Praxis Wärmespeicher mit Speicherelementen aus Hartparaffin als besser geeignet herausgestellt. Paraffin besitzt eine geringere Wärmekapazität als Wasser und kann auf Grund dessen mehr Wärme zur Weiternutzung abgeben.

Die Funktionsweise der modernen Paraffin-Wärmespeicher
Ein Wärmespeicher auf Paraffin-Basis besteht in der Außenkonstruktion aus einem stark wärmedämmenden Kasten, dieser kann dabei sowohl waagrecht als auch senkrecht installiert sein. In diesem gut isolierten Behältnis finden sich dicke Rohre aus Kunststoff, die mit Paraffin gefüllt sind. Paraffin ist ein wachsähnliches Material, das als Abfallprodukt während der Verarbeitung von Erdöl anfällt. Im Gegensatz zur Ausgangsbasis Erdöl ist das im Wärmespeicher verwendete Hartparaffin aber ökologisch gänzlich unbedenklich. Durch das Paraffin wiederum verlaufen schließlich die Rohrleitungen für Warmwasser, die Heizungsrohre und die Wärmetauscher einer mit dem Wärmespeicher verbundenen Solarthermie-Anlage auf dem Dach des Ein- oder Mehrfamilienhauses. Die noch verbleibenden Zwischenräume zwischen den Kunstoff-Rohren werden in der Praxis mit Kies oder vergleichbaren Materialien verfüllt, um eine noch effektivere Wärmespeicherung zu ermöglichen.