Effiziente Energietechnik für Gebäudetechnik auf modernem Niveau: Wärmepumpen mit Gasantrieb nutzen Umweltwärme zum Heizen und Kühlen. Wir informieren über Funktionsweise, Typen und Einsatzgebiete von Gaswärmepumpen.
Wärmepumpen binden kostenlose Umweltwärme in die Gebäudeheizung ein. Durch den intelligenten Einsatz eines Kältemittelkreislaufs ermöglichen sie, energetisch mehr Wärme oder Kälte dem Gebäude zur Verfügung zu stellen, als vorher für den Antrieb hineingesteckt wurde.
Neben der Quellwärme sind die verschiedenen Antriebstypen das wesentliche Merkmal einer Wärmepumpe. Neben elektrisch angetriebenen Geräten gibt es auch solche, die sich die Leistung von Gasmotoren oder physikalische Effekte beim Trennen und Mischen von Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen zunutze machen.
Wärmepumpen nutzen eine Wärmequelle, indem sie ein tiefgekühltes Kältemittel zur Erwärmung durch Luft, Wasser oder Erdreich führen. Danach wird das Kältemittel durch Verdichtung auf die im Heizungsvorlauf erforderliche Temperatur gebracht.
Durch eine anschließende Entspannung kühlt sich das Kältemittel wieder unter die Temperatur der Quellwärme ab und kann erneut Wärme aufnehmen. Dabei sind die Qualität und die Verfügbarkeit von Quellwärme sowie die erforderliche Temperaturreduzierung des verdampften Kältemittels die größten Einflussfaktoren für die Effizienz von Wärmepumpen.
Wärmepumpen sind grundsätzlich in der Lage, je nach Auslegung zu heizen und/oder zu kühlen. Sie können theoretisch Heizwassertemperaturen über 90 °C sowie Kühlstellentemperaturen bis zu -20 °C erreichen. Die meisten Anwendungen befinden sich in Gebäudeheizung, Kühl- und Klimaanlagen sowie Warmwasserbereitung.
Gaswärmepumpen sind effiziente Alternativen zur elektrischen Wärmepumpe. Anstelle von Strom wird bei ihr Gas als Treibstoff eingesetzt, um die verfügbare Umweltwärme aus Grundwasser, Erdreich oder Luft nutzbar zu machen. Neben dem langfristig auslaufenden Energieträger Erdgas kann ohne jeden technischen Umbau auch Biomethan eingesetzt und jede Gaswärmepumpe so vollständig klimaneutral betrieben werden; auch Entwicklungen auf Basis von Wasserstoff und fester Biomasse stehen kurz vor der Markteinführung.
Prinzipbedingt bringen Gaswärmepumpen etwa 40 Prozent Erneuerbare Energie in das Energiesystem eines Gebäudes ein (EE-Anteil). Die 65 %-Regel des Gebäudeenergiegesetzes ist damit schon zu einem großen Anteil erfüllt. In Kombination mit z. B. Solarthermie-, Photovoltaik- oder Lüftungsanlagen werden effiziente, integrierte und dadurch sparsame Energiesysteme möglich. Dabei kann in Gaswärmepumpen zusätzlich die höhere Temperatur des Abgases genutzt werden, was höhere Vorlauftemperaturen als bei elektrischen Wärmepumpen ermöglicht.
In GMWP erfolgt der Antrieb des Kompressors durch optimierte Gas-Otto-Motoren. Diese wurden in Zündsystem und Kolbengeometrie an die besonderen Eigenschaften von Gas angepasst. Die regelbaren GMWP-Antriebe werden im Unterschied zu den im KFZ-Bereich üblichen Motoren meist in passenderen Drehzahlbereichen gefahren, wodurch sie sehr laufruhig sind und dabei deutlich reduzierte Verbrauchswerte vorweisen.
In der Gebäudeanwendung sind die GMWP mit wirkungsvollen Wärmeübertragern im Kühlkreislauf sowie im Abgas ausgestattet. Damit wird die Abhängigkeit von möglicherweise volatiler Umweltwärme reduziert und es können parallel funktionierende Heiz- und Kühlkreisläufe installiert werden. Die Wärmeübertrager können bei gleicher thermischer Leistung zudem kleiner als bei elektrischen Wärmepumpen ausgeführt werden, was Installationsfläche und Gewicht einspart.
In GSWP werden nach dem Verdampfen durch Umweltwärme zusätzlich physikalische Effekte beim Mischen, Kondensieren und Verdampfen ausgenutzt. So wird bei der Absorption von z. B. gasförmigen Ammoniak in Wasser Wärme frei, die sogenannte Kondensationsenthalpie. In Adsorptionsanlagen wird die Kondensationswärme dagegen durch Anlagerung von z. B. Wasser an einen Feststoff gewonnen. Sowohl Ab- als auch Adsorptionswärmepumpen nutzen als dritte Wärmequelle einen thermischen Verdichter, der z. B. mit Gas oder der Abwärme aus KWK-Anlagen oder aus sonstigen Prozessen betrieben wird.
Ihren optimalen Einsatzfall haben Gaswärmepumpen dort, wo ganzjährig Heiz- und Kühlanforderungen gleichzeitig bestehen. Des Weiteren können auch Standorte mit auf suboptimalem Niveau vorliegender Quellwärme profitieren. So kann beispielswiese eine erschließbare Grundwasserquelle fehlen oder deren Nutzung durch die zuständige Behörde untersagt sein. Ebenso können lokale Beschränkungen in der Nutzung des Stromnetzes für den Einsatz einer Gaswärmepumpe sprechen.
Der laufende Betrieb von Gaswärmepumpen verursacht durch den sparsamen Einsatz von Erdgas als Primärtreibstoff geringere spezifische CO2-Emissionen, als der Betrieb von Elektrowärmepumpen mit Strom aus dem öffentlichen Stromnetz. Der Wechsel auf Biomethan spart darüber hinaus zusätzliche Emissionen fossilen CO2s ein.
Die Marktverfügbarkeit von Gaswärmepumpen ist Stand 2024 eingeschränkt. Mit dem auf ihrem mehrheitlich auf Erdgas basierendem Einsatz begründeten Förderausschluss aus der BEG zum 01. Juli 2021 haben sich beinahe alle Hersteller vom deutschen Markt zurückgezogen. Die ASUE setzt sich wegen der prinzipbedingten Einbindung erneuerbarer Wärme für eine Überprüfung dieses Förderausschluss ein.
