Wärmeenergie für Heizung und Klima

Als Resultat der derzeitig angewandten Feuertechnologie finden so gut wie alle nicht elektromagnetischen Energie­transformationsprozesse mittels Wärme bzw. Hitze statt, meist noch in Verbindung mit hohen Drücken. Man schätzt, daß über die Hälfte des weltweiten Energiebedarfs auf die Erhitzung von Wasser für die verschiedensten Zwecke fällt. Wärmeenergie ist daher sowohl Ausgangs- als auch Zielenergie, ihre Wertigkeit wird im Vergleich zu anderen Primär- oder Sekundärenergien meist als gering erachtet.

Zu den üblichen Heizzwecken (Wohnraum, Kochen, Waschen...) sind nur selten hohe Temperaturen erforderlich, meist reichen 50° – 100°C aus. Aus diesem Grund finden wir unter der Oberbegriff Wärmeenergie auch die Wärrme-Kraft-Kopplung, Wärmepumpen, Wärmerückgewinnungssysteme u.ä.m. aufgeführt, die allesamt mit nur geringen Temperaturdifferenzen arbeiten. Außerdem wurde in diesen Teil auch den Begriff der besseren Energieausnutzung (oder des Energiesparen auf dem Wärmesektor) integriert, da sich unter diesem Begriff eine meist festgefügte Vorstellung von Gebäudeisolation, Dämmplatten, Doppelfenstern usw. gebildet hat und dabei nur selten an das Energiesparen auch in anderen Bereichen, beispielsweise im Industriesektor gedacht wird (mehrfache Verpackungen usw.). Auf letzteres gehen wir unter Energiesparen ausführlicher ein.

Bessere Wärmeausnutzung

Zwar behauptet der Zentralverband der elektrotechnischen Industrie (ZVEI), daß eine Einsparung auf dem Energiesektor von insgesamt 10 %  ‚sehr optimistisch’ sei, und daß höhere Werte zwischen 30 % und 40 % völlig unhalt­bar sind und auch sachlich unbegründbar. Es ist daher verständlich, wenn die ZVEI darin einen Grund dafür sieht, sofortige Genehmigungen zum Bau weiterer Kohle- und Kernkraftwerke zu fordern...

In der Realität sieht es jedoch so aus, daß von der aufgewendeten bzw. verbrauchten Primärenergie (beim Elektrizitätsverbrauch liegt die Industrie mit 36 % etwas hinter dem Haushaltsverbrauch von 40 %) immer noch mehr als die Hälfte ungenutzt verloren geht, sei es nun beim Transport oder beim Endverbraucher. Im Wärmebereich sieht es ähnlich aus – auch im Industriesektor.

Durch die ständigen Verteuerung der Energiepreise, sei es für Heizöl, Gas oder Strom, hat sich in breiten Schichten der Bevölkerung allerdings die Erkenntnis durchgesetzt, daß das Energiesparen mit einer besseren Energieausnutzung gekoppelt ist – und dieses besonders auf dem Sektor Wärmeenergie. Hier gehen nun Sanierungsmaßnahmen (Altbau-Isolation usw.) Hand in Hand mit dem individuellen Sparen (tiefere durchschnittliche Raumtemperatur u.ä.m.), hinzu kommen von seitens des Gesetzgebers neue Regelungen wie z.B. Dämm- und Isolationsvorschriften. Einen Teil dieser Maßnahmen und Vorschläge wird unter Sonnenenergie im Kapitel ‚Solare Architektur/Sonnenhäuser’ behandelt.

In diesem Bereich wird Energie ja nicht ‚erzeugt’, man kann also auch nicht von Separationssystemen sprechen, eher dient die Anleitung zu verantwortlicher Handhabung von Energie (und hier besonders von Wärmeenergie) dazu, künftige Verbrauchssteigerungen frühzeitig abzufangen und den ständigen Forderungen seitens der Industrie nach neuen und größeren Kraftwerken einen Riegel der Vernunft vorzuschieben. Immerhin soll in der Energieeinsparung das größte vorhandene Potential liegen, so daß schon der damalige Bundeskanz­ler Schmidt gerade diesem Bereich die oberste Priorität zuge­ordnet hat.

Der § 82a regelt so z.B. den Wärmeschutz aller bis zum 01.01.1957 errichteten nichtgewerblichen Bauten – eine weitere neue Verordnung beinhaltet den bis 1984 befristeten allgemeinen Einbau von Heizkosten-Verteilsystemen in Wohnungen und gewerblichen Räumen, ähnlich der Regelung von 1979 für Sozialwohnungen. Der Gesetzgeber hoffte, mit dieser Methode den Heizenergieverbrauch um 30 % senken zu können. Es ist allerdings auch bekannt, daß die Heizkostenverteiler geschützt liegende Wohnungen bevorzugt berechnen und außerdem auch manipulierbar sind. Eine bekanntgegebene Studie des Bundeswirtschaftsministeriums umfaßte so die folgenden Manipulationsmöglichkeiten, die allerdings immer zu höheren Anzeigen führten (!):

Die Stiftung Warentest verzichtete ihrerseits auf die Bekanntgabe der von ihr ermittelten Manipulationsmöglich­keiten, da „solche Eingriffe betrügerisch sind“. Ihrer Darstellung nach soll es viele Methoden geben, welche die Anzeige zugunsten des Verbrauchers verändern können. Bekannt gewordenen Untersuchungen des Rheinisch-Westfälischen Kohlensyndikats zufolge ergab sich beim Anblasen mit Luft durch einen Ventilator mit 0,6 m/s aus 2 m Entfernung ein Absinken der Verbrauchsanzeige um 32 %.

An dieser Stelle sei angemerkt, daß es auch relativ schwer zu manipulierende Systeme gibt (z.B. Wärmezähler), die über Temperatur und Durchflußmenge bei Zentralheizungen den Energiegehalt messen und die verbrauchte Wärmemenge anzeigen. Da diese Systeme allerdings nur ein einmaliges Einbauen erfordern – und nicht wie bei Heizkostenverteilern der Fall, ein mehrmaliges mehr oder minder regelmäßiges Ersetzen –, sind derartige Systeme bislang kaum auf den Markt gebracht worden.

Doch kehren wir zum Thema Energiesparen auf dem Wärmesektor zurück, denn das Sparfieber grassiert: In Hallenbädern wird auf Warmbadetage (28°C – 30°C) verzichtet, Freibäder schütten kleine Kunststoffkugeln auf die Wasseroberflächen, welche die wärmebedingte Verdunstungsrate bis zu 90 % senken (aber äußerst unangenehm sind), und einige Bundesländer schlugen zur Senkung der Heizkosten sogar vor, die Schul- und besonders die Winterferien zu verlängern. Doch die Spargrenzen zeigen sich schnell. Wo teuer wärmeisoliert wurde (Fenster, Türen), da muß mehr gelüftet werden – denn isolieren heißt ja ‚dichtmachen, abdichten’, und der Mensch braucht nun mal eine bestimmte Menge Sauerstoff zum Überleben. Außerdem verursacht die ebenfalls innerhalb der Räume verbleibende Luftfeuchtigkeit oftmals eine sehr ungesunde Schimmelbildung. Das Resultat des ‚Sparwahns’: Beim notwendigen Lüften geht noch mehr Wärme verloren als zuvor. Besonders, wenn nicht öfter kurz und kräftig, sondern – wie häufig festzustellen – das Fenster über lange Zeit einen Spalt breit offen bleibt! Natürlich besteht auch die Möglichkeit, den Wärmeinhalt der verbrauchten Raumluft wiederum als zusätzliche Energiequelle zu nutzen – doch dieses Wärmerecycling erfordert wiederum neue und teure Installationen und wäre für kleine Quadratmeterzahlen unwirtschaftlich.

In Amerika, das in den Bereichen Ökologie und Energie von sich immer behauptet, weit vorn zu sein, kommen langsam aber sicher sogenannte Huggler in Mode, eine Kombination von Schlafsack und Schlafrock – für ein energiesparendes zu Hause sitzen. Doch wer schon einmal seine Füße unter einen persischen Korsi gesteckt hatte weiß, daß Hugglers oder dickere Steppjacken ein Zeichen westlicher Rückständigkeit sind und in anderen Ländern schon seit Jahrhunderten – wenn nicht gar Jahrtausenden – weit übertroffen wurden, selbst wenn die Korsis erst ab 1981 auch elektrisch beheizt wurden. Zur Erklärung: Der Korsi ist eine Art überdachte Feuerstelle mitten im Raum, die von einer riesigen runden Wolldecke so umgeben ist, daß man die Füße und ggf. auch den ganzen Körper (zum Schlafen) darunter verstecken kann, während der Kopf oder – bei den langen Teeabenden – auch der ganze Oberkörper frisch und draußen bleibt. Um die Anwesenden zu wärmen braucht daher nur sehr wenig Energie aufgewendet zu werden.

Trotz alledem – Energiesparen wird ernst genommen. Die Bundesrepublik reservierte bis 1982 etwa 4,35 Mrd. DM als Beihilfen für energiesparende Baumaßnahmen, abzurechnen entweder als Zuschüsse (ca. 25 % der Investitionskosten), oder als Steuervergünstigungen. Die diesbezüglichen Informationen verteilt der Deutsche Mieterbund in Köln als kostenloses Sonderheft der Stiftung Warentest in Berlin, und das Heft heißt selbstredend ‚Energiesparen’.

Auch das Presse- und Informationsamt der Bundesregierung gab in der Reihe ‚Bürger-Service’ ein entsprechendes Heft heraus: ‚Energiesparbuch für das Eigen­heim’ (Nummer 17). Ein weiteres Heft ist speziell für die Interessenten an Fördergeldern für das Heizenergiesparen gedacht (Nummer 6). Einen ähnlichen Zweck hat auch die Wanderausstellung des Berliner Senats, die seit 1980 wiederholt in verschiedenen Bezirken der Stadt zu sehen ist.

Doch die Beschäftigung mit dem Energiesparen betrifft inzwischen auch die Industrie. Zwar sollen Wärmeisolationen mittels konventioneller Baustoffe schon Ersparnisse bis 30 % oder gar 40 % erbringen, trotzdem forscht man nach neuen und noch effektiveren Baumaterialien – wie beispielsweise die 20 cm dicke Mehrschichtwand, die beim amerika­nischen Massachusetts Institute of Technology (MIT) entwickelt wurde, durchsichtig wie Thermopene-Fenster ist und in ihrer Isolationsfähigkeit 5 cm hochwertigem Dämmmaterial entspricht. 1994 förderte die Bundesstiftung Umwelt die Firma Georg Rimmle im baden-württembergischen Ehingen bei der Entwicklung eines neuartigen Ziegelsteins, der seine stark wärmedämmenden Eigenschaften einem wabenförmigen Lochmuster und besonders schmalen Stegen von maximal 3,5 mm Breite verdankt. Die geringe Wärmeleitfähigkeit ist aber auch das Resultat einer keramischen Grundmasse aus natürlichen Tonen, Magerungsmitteln und geringen Mengen Kalk unter Zugabe von Sägemehl, Polystrol, kurzfaserigen und chlorfreien Papierschlämmen, Holzstäuben oder Lignin aus der Zellstoffproduktion. Im Rahmen eines Verbundprojektes des Bundesministerium für Wirtschaft und Arbeit arbeiten ab 2004 verschiedene Unternehmen und Forschungseinrichtungen an einer Vakuum-Isolation für vorgefertigte Fassadenelemente, bei denen Platten aus mikroporöser Kieselsäure unter Vakuum in eine gas- und wasserdampfdichte Folie gepackt und zu Paneelen verarbeitet werden, die eine 5 bis 10 Mal besser Dämmwirkung haben als konventionelle Dämmsysteme.

Durch neue Methoden sind auch die Negativwirkungen von Innendämmungen (Tauwasserbildung und Schimmelbildung) nicht mehr relevant. Inzwischen lassen sich die Wärmeverluste außenliegender Wände durch den Einsatz feuchteadaptiver Dampfbremsen oder einer kapillaraktiven Innendämmung um 50 % bis 70 % reduzieren. Zwar wird durch die innen liegende Dämmung auf die Außenwand als Wärmespeichermasse verzichtet, aber mit den Innenwänden, Innendecken und dem Mobiliar bleiben ca. 80 % der Wärmespeichermasse erhalten.

Weit verbreitet sind inzwischen die modernen Energiesparfenster. Die mit Edelmetallen beschichteten Gläser filtern allerdings bis zu 85 % des für Pflanzen notwendigen kurzwelligen blauen und des langwelligen roten Lichts aus. Eine Lösung hierfür könnte die Entwicklung elektrochromer Gläser sein, die ab 1998 von der Firma Flabeg aus Fürth (seit 2000 in Nürnbeg) angeboten wurden. Die Fenster, die aus einer äußeren und einer inneren Scheibe bestehen, deren Zwischenraum mit Edelgas gefüllt ist (im Grunde also wie bei den üblichen modernen Doppelglasfenstern), besitzen jedoch einen elektrisch regelbaren Lichtdurchlaß. Die äußere Scheibe besteht aus einer 9 mm starken Sandwich-Konstrutktion aus zwei beschichteten Gläsern, die über eine hauchdünne Polymerfolie miteinander verbunden sind: Der innere Teil ist mit einer transparenten, leitfähigen Wolframoxydschicht versehen, während der äußere Teil eine ebenfalls transparente und leitfähige Zinkoxydschicht trägt. Die Polymerfolie, die über die elektrische Steuereinheit mit einer Betriebsstromquelle (etwa 5 V) verbunden ist, lenkt den Ionenstrom: Wandern die Ionen in Richtung der Wolframoxydschicht, so färbt sich das Glas dunkel – wandern die Ionen dagegen zur Zinkoxydschicht, die als Ionenspeicher dienst, hellt sich das Glas auf. Dadurch läßt sich außerdem eine unerwünschte Aufheizung der Räume im Sommer verhindern und der Energieaufwand für die Klimatisierung reduzieren.

Nicht zuletzt wird durch neue architektonische Maßnahmen versucht, effiziente Baustoffe mit alten Baumethoden zu koppeln, womit sich bis zu 60 % der üblichen Heizkosten sparen lassen. Ein gutes Beispiel für eine derartige Architektur bildet die Stratiform-Kuppelkonstruktion des Architekten William Milburn in Colorado, welcher für die Außenwandherstellung ein neues Sandwichverfahren entwickelte und auch erfolgreich anwendete.

Die neue energiesparende Architektur (s.a. Sonnenhäuser) empfiehlt ferner, schon während der Grundrißplanung den Zoneneffekt zu nutzen, d.h. Zimmer zu konzipieren, die als isolierende thermische Pufferzonen wirken, außerdem wird die Südseitenbepflanzung durch Wintergärten, die Fassadenbegrünung und überhaupt ein stärkeres Zusammenleben mit Pflanzen vorgeschlagen. So hat ein Tübinger Innenarchitekt versuchsweise über vier Jahre in einem Gewächshaus gelebt – neben seinem gesundheitlichen Wohlbefinden hatte der Versuch auch eine erhebliche Energieeinsparung zufolge.

Bereits 1987 ergab eine Untersuchung des Instituts für Ökologie der TU-Berlin, daß der Isolationseffekt begrünter Hausfassaden zu bis zu 4°C kühleren Wänden im Hochsommer und 3°C wärmeren Wänden im Winter führt.

Auch das partielle Eingraben von Häusern taucht in der entsprechenden Literatur auf – doch die Zielsetzung bilden sogenannte autarke oder autonome Häuser (auch Null-Energie-Häuser genannt), die unter Ausnutzung von Sonnenenergie, Wind und Wärmerückgewinnungssystemen mit Hilfe von Wärmepumpen usw. ihren Wärme- und Energie­bedarf selbst decken können. Zitat PROKOL (Berlin): "Nur autonome Häuser können eine weitere Verdicht­ung und Entstehung von städtischen Ballungsräumen verhindern" – und die Energiekrise entschärfen.

An dieser Stelle möchte ich noch kurz (und kritisch) auf den energiesparenden Vorschlag des amerikanischen Physikers Robert V. Pound eingehen, der eine Beheizung mittels Mikrowellen empfiehlt. Da bei einem derartigen Heizsystem die Wassermoleküle in lebenden Zellen in Bewegung gesetzt werden, womit tief im Gewebe (Reibungs-) Wärme erzeugt wird, bleiben Stühle und Betten kalt und klamm, außerdem bleiben die potentiellen Gefährdungen wie Verbrennungen im Leibesinnern oder im Auge blieben umstritten, ebenso wie Krebserkrankungen, genetische Veränderungen, Sexualstörungen u.ä.m.

Eine wesentlich bessere Alternative bilden hier Dunkelstrahler (Infrarotstrahler), die bis zu 50 % gegenüber herkömmlichen Heizsystemen einsparen können. Bei diesen System erfolgt die Verbrennung eines Sauerstoff-Gas-Gemischs in geschlossenen Brennern mit Stahlrohren. Durch die mit Erd- oder Flüssiggas erzeugten Heißgase wird die Oberfläche der Stahlrohre erhitzt und strahlen Infrarotstrahlen im Wellenlängenbereich von 0,8 bis 800 µm ab. Ein weiterer Vorteil ist, daß keine Zugerscheinungen und Staubaufwirbelungen entstehen, wie es bei Warmluftheizungen der Fall ist.

Alles in allem kann über die bessere Wärmeausnutung nur gesagt werden, daß sie zwar im volkswirtschaftlichen Rahmen ihre berechtigten Verteidiger hat – doch sie kuriert nur an den Symptomen herum und berücksichtigt das Thema der Energieerzeugung an sich nur mangelhaft. Trotz allem findet unter den Wärmeenergie-Systemen auch etliches, das einer ausführlicheren Betrachtung Wert ist, einige Beispiele dafür möchte ich nachfolgend aufführen.