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Kühlschrank, aber umgekehrt?  Die faszinierende Wissenschaft der Wärmepumpen – Visualisieren |  Energie

Kühlschrank, aber umgekehrt? Die faszinierende Wissenschaft der Wärmepumpen – Visualisieren | Energie

Nur 1 % der britischen Haushalte verfügen über eine Wärmepumpe, aber um die Klimaziele der Regierung zu erreichen, ist sie ein Muss Schätzungsweise 80 % der Häuser Es muss in den nächsten 25 Jahren einmal beheizt werden.

Während Gaskessel Gas verbrennen, um Wärme zu erzeugen, ist die Aufgabe bei Wärmepumpen komplizierter. Manchmal wird es als „Inverter-Kühlschrank“ bezeichnet und nutzt eine Kombination aus Verdunstung und Kondensation, um Wärme von außen in das Gebäudeinnere zu übertragen. Im kalten Winter kann es schwierig sein, die Funktionsweise dieser Geräte zu verstehen.

Aber sie tun es – und hier können wir anhand einer genauen Betrachtung einer Luftwärmepumpe sehen, wie das geht:

„Das Wichtigste, woran man sich erinnern sollte, ist die grundlegende Physik von Flüssigkeiten, Feststoffen und Gasen“, sagt Robert Sansom, Mitglied des Energieausschusses am UK Institute of Engineering and Technology.

Wie ein Kühlschrank enthält eine Wärmepumpe einen Kreislauf aus Rohren, die eine Substanz namens Kältemittel enthalten. Mithilfe von Druck zwingt die Pumpe das Kältemittel dazu, seinen Zustand zu ändern: von flüssig in gasförmig und wieder zurück. Dadurch kann das Kühlmittel Wärmeenergie von einem Ort zum anderen übertragen. „Wenn ein Kältemittel von einer Flüssigkeit in ein Gas übergeht, muss es Energie von irgendwoher absorbieren; wenn es von einem Gas in eine Flüssigkeit übergeht, muss es diese Energie abgeben.

Obwohl es möglicherweise schwieriger zu verstehen ist als die Verbrennung, die einen Gaskessel antreibt, handelt es sich um einen leistungsstarken und effizienten Prozess.

Effizienter als Gaskessel

Viele Menschen sind überrascht, dass Wärmepumpen effizienter sind als Gaskessel. A Eine staatlich geförderte Studie der Forschungsgruppe Energy Systems Catapult. Von den Hunderten von Luftwärmepumpen, die in britischen Haushalten installiert sind, habe ich herausgefunden, dass Wärmepumpen selbst an den kältesten Tagen des Jahres fast dreimal effizienter sind als Gaskessel.

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Mark Brown von Energy Systems Catapult sagte: „Wir können endlich mit der Vorstellung aufräumen, dass Wärmepumpen bei kaltem Wetter nicht funktionieren und ineffizient im Betrieb sind. Wir haben genau das Gegenteil gesehen. Sie sind dreimal effizienter als Gas.“ Heizkessel und Betrieb bei kaltem Wetter.“ Innovation „Ein Game-Changer im Heizungssektor.“

Wärmepumpen benötigen zum Betrieb Strom – und die Hauptbetriebskosten der Pumpe sind der Strom, der den Kompressor antreibt. Aber was Wärmepumpen so effizient macht, ist der Prozess, den wir oben gesehen haben.

Da Wärmepumpen Wärme von außen übertragen, anstatt Strom einfach in Wärme umzuwandeln, können sie mehr Energie erzeugen, als der in sie eingespeiste Strom übersteigt.

Sansom nennt es die „Magie“ von Wärmepumpen und erklärt, wie Wärmepumpen „kostenlose“ Energie von außen nutzen, um eine Energieeffizienz von mehr als 100 % zu erreichen.

„Das ist die Magie von Wärmepumpen: Sie entziehen der Umgebung diese Wärme. [It] Es kann eine Luftquelle sein, es kann eine Bodenquelle sein, es kann eine Wasserquelle sein, es kann aus dem Meer oder sogar aus Abwasser stammen.

Jedes Jahr „grüner“.

Wärmepumpen sind ein entscheidender Bestandteil der britischen Strategie zur Bewältigung der Klimakrise, da sie mit Strom betrieben werden – der von Jahr zu Jahr umweltfreundlicher wird.

Im Jahr 2022 machten kohlenstofffreie Stromquellen – wie erneuerbare Energien und Kernkraft – im Februar, Mai, Oktober, November und Dezember mehr als 50 % des Stroms aus. Insgesamt macht klimaneutraler Strom 48 % des britischen Stroms aus, verglichen mit 40 % aus Gas- und Kohlekraftwerken.

Die Kohlenstoffintensität des britischen Stromnetzes wird voraussichtlich weiter sinken, da mehr Wind- und Solarparks installiert werden und einen größeren Anteil der britischen Energie erzeugen. Bis 2035 will National Grid ein vollständig Netto-Null-Stromnetz betreiben – das bedeutet, dass Haushalte mit einer Wärmepumpe ihre Häuser heizen werden, ohne zu den Emissionen des Vereinigten Königreichs beizutragen.

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Erhöhung der staatlichen Zuschüsse

Das Interesse am boomenden britischen Wärmepumpenmarkt ist stark gestiegen, seit der Premierminister offiziellen Angaben zufolge versprochen hat, die staatlichen Zuschüsse für die Modernisierung von Heizkesseln ab November um 50 % auf 7.500 £ zu erhöhen.

Regierungsdaten zeigen, dass die Zahl der Familien, die einen neuen Zuschuss beantragt haben, im letzten Monat auf über 2.500 gestiegen ist, ein Rekordhoch und mehr als doppelt so viele Anträge wie im Vormonat.

Das in England und Wales verfügbare Programm hilft Haushalten, die anfänglichen Kosten für die Umstellung von Heizsystemen mit fossilen Brennstoffen auf eine sauberere Alternative zu Wärmepumpen zu decken.

Allerdings liegt die Zahl der Haushalte, die daran interessiert sind, ihre Gaskessel durch eine Wärmepumpe zu ersetzen, immer noch etwa 20-mal unter dem Ziel der Regierung, jedes Jahr 600.000 Wärmepumpen zu installieren.

Die Beheizung von Häusern macht im Vereinigten Königreich fast 40 % des gesamten Gasverbrauchs aus. Damit ist das Wärmepumpenziel der Regierung ein wichtiger Teil ihres rechtsverbindlichen Ziels, die Emissionen in der gesamten Wirtschaft bis 2040 auf Netto-Null zu senken.

Geeignet für die meisten britischen Häuser

Einige Familien befürchten, dass die Wärmepumpe in ihrem Zuhause möglicherweise nicht richtig funktionieren könnte. Im Gegensatz zu Häusern in den nordischen Ländern, wo Wärmepumpen üblich sind – bis zu 60 % der norwegischen Häuser werden mit Wärmepumpen beheizt – sind britische Häuser oft schlecht isoliert. Eine geringe Isolierung kann dazu führen, dass das Wärmepumpenmodell, bei dem die Heizung dauerhaft, aber auf einer niedrigen Temperatur gehalten wird, weniger effektiv ist.

Experten haben die Regierung aufgefordert, den Haushalten im Rahmen einer kohärenten Heizstrategie neben der Einführung von Wärmepumpen auch die Finanzierung von Energieeffizienzverbesserungen zu erleichtern.

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Die gute Nachricht ist, dass Wärmepumpen Laut Energy Systems Catapult können sie in einer Vielzahl von Häusern im Vereinigten Königreich installiert werden. Die erste große Umfrage unter Haushalten, die ihren Gaskessel durch eine Wärmepumpe ersetzten, ergab, dass mehr als 80 % mit der Änderung zufrieden waren, und die Zufriedenheitswerte waren bei den Teilnehmern, die eine Wärmepumpe in einem neu gebauten Haus oder auf älteren Immobilien installiert hatten, ähnlich Es bestehen weiterhin Bedenken, dass Thermalpumpen nur in modernen Gebäuden wirksam sind.