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Gas-Wärmepumpe

Gas-Wärmepumpen sind Wärmepumpen, die mit Hilfe eines brennbaren Gases (meist von Erdgas, manchmal Biogas bzw. Biomethan) angetrieben werden. Dies ist mit ganz unterschiedlichen Funktionsprinzipien möglich, die im Folgenden beschrieben werden. In jedem Falle ist der Zweck des Betriebs die Erzeugung von Niedertemperatur-Wärme, z. B. im Rahmen der Wärmepumpenheizung.

Gasmotor-Wärmepumpe

Bei einer Gasmotor-Wärmepumpe verwendet man zunächst z. B. Erdgas in einem Gasmotor, der wiederum eine Kompressionswärmepumpe antreibt. Die nutzbare Wärme entsteht zum einen Teil in der Wärmepumpe und zum anderen aus der Abwärme des Gasmotors, die über Wärmeübertrager aus Kühlwasser und Abgas gewonnen wird. Die Wärme des Motors kann auch auf einem höheren Temperaturniveau gewonnen werden, als es für Wärmepumpen günstig ist.

Die erreichte Leistungszahl des Gesamtsystems hängt stark von den jeweiligen Umständen ab. Wenn der Gasmotor z. B. 30 % Antriebsleistung und 60 % Wärmeleistung bringt (bezogen auf den Heizwert des Gases, mit 10 % Abgasverlust) und die Kompressionswärmepumpe eine Leistungszahl von 4 erreicht, so ist die erzeugte Wärmemenge um den Faktor 0,30 · 4 + 0,60 = 1,8 höher als die eines idealen Heizkessels (aber ohne Brennwertnutzung), bzw. knapp doppelt so hoch wie die eines realen Heizkessels. Wenn einer größerer Gasmotor eingesetzt wird, der effizienter sein kann, kann das genannte Verhältnis auch z. B. auf 0,40 · 4 + 0,50 = 2,1 erhöht werden.

Gegenüber dem Einsatz einer Elektrowärmepumpe, die z. B. mit elektrischer Energie aus Gaskraftwerken angetrieben wird, besteht der Vorteil der Gasmotor-Wärmepumpe in der einfachen Nutzung der Abwärme. Andererseits ist der mechanische Wirkungsgrad eines Gasmotors meist deutlich geringer als der eines modernen Gas-und-Dampf-Kombikraftwerks. Der oben genannte Faktor kann z. B. mit 55 % Wirkungsgrad der Stromerzeugung inkl. Stromtransport bei 0,55 · 4 = 2,2 liegen, also selbst ohne Abwärmenutzung im Kraftwerk zu einer höheren Energieeffizienz führen, als sie mit einer Gasmotor-Wärmepumpe erreichbar ist. Allerdings kann in der Praxis ein Teil des Stroms aus einfacheren, aber weniger effizienten Gasturbinen-Kraftwerken stammen, oder gar aus Kohlekraftwerken, was zu einer wesentlich größeren Umweltbelastung z. B. durch klimaschädliche CO₂-Emissionen führt. Andererseits erlaubt die Elektrowärmepumpe aber auch den Einsatz von Ökostrom, was zu einer massiv verbesserten ökologischen Bilanz führt.

Bei kleinen Anlagen schlägt der höhere Installations- und Wartungsaufwand von Gasmotoren stark zu Buche, so dass Elektrowärmepumpen hier viel häufiger eingesetzt werden. Bei hohen Leistungen dagegen werden Gasmotor-Anlagen interessant, insbesondere wo die Stromtarife wegen diverser Abgaben relativ hoch liegen. Sie lassen sich auch verbinden mit der Möglichkeit der Stromerzeugung (→ Kraft-Wärme-Kopplung). Eine gute Ergänzung zur fluktuierenden Stromproduktion mit erneuerbaren Energien wären flexible Anlagen, die je nach der momentanen Situation auf dem Strommarkt anders arbeiten:

• als Gas-Wärmepumpe, wenn Strom gerade knapp und teuer ist
• in solchen Zeiten u. U. auch für Stromerzeugung mit Einspeisung in das Stromnetz (mit völliger und teilweiser Nutzung der Antriebsleistung des Gasmotors in einem Generator)
• als Elektrowärmepumpe, wenn Strom gerade gut und billig verfügbar ist

Direkt gasbetriebene Wärmepumpen

Es gibt auch Wärmepumpen, die direkt mit Wärme aus Gas (und nicht mit mechanischer Energie) angetrieben werden. Dies sind Absorptionswärmepumpen und Adsorptionswärmepumpen. Im Vergleich zu Gasmotor-Wärmepumpen erreichen sie deutlich niedrigere Leistungszahlen, sind also weniger energieeffizient. Dafür liegen sowohl die Installationskosten als auch die Wartungskosten erheblich niedriger. Deswegen kommen solche Gas-Wärmepumpen für kleine Anlagen eher in Frage. Seit relativ kurzer Zeit stehen sie selbst für die Beheizung und Warmwasserversorgung von Einfamilienhäusern zur Verfügung und sind immerhin wesentlich effizienter als die sonst verwendeten Heizkessel. Als Wärmequelle können sie z. B. Sonnenkollektoren (Solarthermie) verwenden.

Siehe auch: Wärmepumpe, Absorptionswärmepumpe, Adsorptionswärmepumpe, Gasmotor, Kompressionswärmepumpe, Wärmepumpenheizung, Elektrowärmepumpe