Die Heizung der Zukunft: Umweltfreundlich heizen mit natürlichen Wärmequellen

29.04.2021, 11:00:00

Heizsysteme, die ganz oder teilweise ohne fossile Brennstoffe wie Erdgas oder Heizöl arbeiten, werden mitunter als Heizung der Zukunft bezeichnet. Sie nutzen natürliche Wärmequellen aus Luft, Erdreich und Grundwasser, Sonnenenergie und Biomasse. Das Heizen ohne fossile Brennstoffe ist mithilfe von Wärmepumpen, Solarthermie, Biomasseheizungen sowie – je nach Energieträger – mit Wärmenetzen und Hybridheizungen möglich. Wie sich diese alternativen Heizsysteme auf Klima und Umwelt auswirken, hängt von der Technik, der Energiequelle, dem benötigten Hilfsstrom sowie dem energetischen Zustand des Gebäudes ab.

Wärmepumpe: Energie aus Luft, Erdreich oder Grundwasser

Eine Wärmepumpe nutzt vorhandene Wärme aus der Umwelt und bringt sie mit elektrischem Strom auf ein Temperaturniveau, das zum Heizen geeignet ist. Typische natürliche Wärmequellen für diese Art der Heizung sind:

• Außenluft: Die Wärmequelle ist überall verfügbar, ihre Temperatur schwankt jedoch jahreszeitlich.
• Erdreich: Die Wärme wird über Erdwärmesonden in senkrechten Bohrungen oder über flächig verlegte Erdwärmekollektoren gewonnen. Die Installation ist aufwendiger, jedoch bleibt die Temperatur im Boden ganzjährig relativ konstant.
• Grundwasser: Bei dieser Methode wird über einen Förderbrunnen Grundwasser entnommen. Nachdem diesem die Wärme entzogen wurde, wird das abgekühlte Wasser über einen Schluckbrunnen wieder in den Boden geleitet. Voraussetzung für die Installation sind ausreichend Grundwasser in erreichbarer Tiefe sowie eine geeignete Wasserqualität.

Für die Installation von Erdsonden und Grundwasseranlagen wird – je nach Standort – eine wasserrechtliche Anzeige oder Erlaubnis benötigt.

Geothermie als natürliche Wärmequelle

Als Geothermie wird die im Erdinneren gespeicherte Wärme bezeichnet. Unterschieden werden zwei Formen der nutzbar gemachten Erdwärme:

1. Die oberflächennahe Geothermie nutzt Tiefen bis etwa 400 Meter. Für Ein- und Mehrfamilienhäuser wird sie fast immer mit einer Erdreich- oder Grundwasser-Wärmepumpe Erdwärmeanlagen arbeiten nicht zwangsläufig emissionsfrei, denn die Wärmepumpe benötigt für den Betrieb Strom.
2. Tiefe Geothermie beginnt bei etwa 400 Metern. Sie erschließt heißes Tiefenwasser und versorgt vor allem Wärmenetze, teils erzeugt sie auch Strom. Sie wird überwiegend von Stadtwerken und Energieversorgern betrieben: Privathaushalte nutzen sie in der Regel nur über einen Anschluss an ein Wärmenetz.

Solarthermie im Unterschied zu Photovoltaik

Solarthermie wandelt mithilfe von Kollektoren Sonnenstrahlung direkt in Wärme um, die von einer Wärmeträgerflüssigkeit an einen Speicher weitergegeben wird. Typisch ist die Nutzung zur Erzeugung von Warmwasser sowie zur Unterstützung der Heizung. Im Winter reicht der Solarertrag meist nicht für die gesamte Wärmeversorgung aus, weshalb Solarthermie häufig mit einem weiteren Wärmeerzeuger kombiniert wird.

Auch Photovoltaik< nutzt Sonnenlicht, wandelt die Strahlung jedoch über Halbleiterzellen in elektrischen Strom um. Dieser kann gespeichert, direkt verbraucht oder ins Netz eingespeist werden.

Biomasse: Holz- und Pelletheizungen

Biomasseheizungen erzeugen Wärme beispielsweise durch die Verbrennung von Scheitholz in Kaminöfen oder Holzpellets in Pelletöfen. Holz ist ein nachwachsender Rohstoff, gilt jedoch nicht automatisch als klimaneutral: Bei der Verbrennung wird CO₂ sofort freigesetzt, während die erneute Bindung durch nachwachsende Bäume Jahrzehnte dauert. Hinzu kommen Emissionen aus Ernte, Verarbeitung und Transport. Neben Kohlenstoffdioxid entstehen dabei auch Feinstaub sowie weitere Luftschadstoffe. Die gesetzlich erlaubten Grenzwerte sind in der 1. Bundes-Immissionsschutzverordnung (1. BImSchV) festgeschrieben.

Wasserführende Pelletöfen sowie wasserführende Kaminöfen geben einen Teil ihrer Wärme an den Heizkreislauf oder an einen Pufferspeicher ab. Sie können in ein zentrales Heizsystem eingebunden werden. Ein Pelletkessel bzw. eine Pelletheizung fungiert hingegen als Hauptheizung und deckt in der Regel den Wärmebedarf des gesamten Gebäudes.

Hybridheizung: Kombination mehrerer Wärmeerzeuger

Eine Hybridheizung kombiniert mindestens zwei Wärmeerzeuger, zum Beispiel eine Wärmepumpe mit einem Gas- oder Biomassekessel oder einen Holzvergaserkessel mit Solarthermie. Die Steuerung bestimmt den Wärmeerzeuger abhängig von der Einstellung automatisch – etwa nach Bedarf, Außentemperatur oder Energiepreis. Häufig verbindet ein Pufferspeicher die Systeme. Im Unterschied zu einem Heizsystem, das auf einem einzigen Wärmeerzeuger basiert, verteilt eine Hybridheizung die Wärmeerzeugung auf mehrere Energiequellen.

Heizung der Zukunft: Wärmenetze und kommunale Wärmeplanung

Ein Wärmenetz verteilt zentral erzeugte thermische Energie an mehrere Gebäude. Dafür können beispielsweise Großwärmepumpen, tiefe Geothermie, Biomasseanlagen, industrielle Abwärme oder Solarthermie genutzt werden. Nach dem Wärmeplanungsgesetz mussten Kommunen mit mehr als 100.000 Einwohnern bis zum 30. Juni 2026 einen Wärmeplan vorlegen. Für alle übrigen Kommunen gilt der 30. Juni 2028. Ziel der gesetzlich vorgeschriebenen Wärmeplanung auf kommunaler Ebene ist es, den vor Ort geeignetsten Weg für eine kosteneffiziente, zukunftssichere Wärmeversorgung zu finden.

Heizung der Zukunft – der gesetzliche Rahmen

Die Anforderungen an neu eingebaute Heizungen regelt in Deutschland das Gebäudemodernisierungsgesetz (GModG). Auch Gas-, Öl- und Flüssiggasheizungen dürfen weiterhin eingebaut werden. Für solche Anlagen, die nach dem 29. Juli 2026 in bestehende Gebäude eingebaut werden, gilt jedoch die sogenannte Biotreppe. Ab 2029 muss demnach ein stufenweise steigender Anteil der Wärme aus biogenen oder klimaneutralen Brennstoffen – wie etwa Biomethan, Bioöl, biogenem Flüssiggas oder Wasserstoff – stammen. Für Wohngebäude wird der Heizungstausch über die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) gefördert, für Privatpersonen über das KfW-Programm 458.

Quellen:

• Umgebungswärme und Wärmepumpen | Umweltbundesamt
• Heizen mit Holz | Umweltbundesamt
• Kommunale Wärmeplanung – BMWSB
• Gebäudemodernisierungsgesetz (GModG) – BMWSB
• Gesetz zur Änderung des Gebäudeenergiegesetzes – Bundesgesetzblatt
• Heizungsförderung für Privatpersonen (458) | KfW
• EEG-Förderung und -Fördersätze – Bundesnetzagentur
• Bundesverband Geothermie: Stadt. Land. Wärme.