Was genau zählt alles zur Umgebungswärme und wie lässt sie sich nutzen?
Natürliche Wärmeenergie wird auf unserem Planeten auf zwei verschiedene Arten bereitgestellt. Zum einen und größtenteils über die Sonneneinstrahlung, zum anderen über die Hitze des Erdkerns, die durch den massiven Druck des Planeten auf sein Inneres sowie verschiedene radioaktive Zerfallsprozesse entsteht. Erstere Energieform wird als Solarenergie bezeichnet, letztere als Geothermie. Die Strahlung unseres Sterns und damit die Solarenergie ist auf verschiedene Weise nutzbar, etwa über Photovoltaik-Anlagen, die mittels elektrochemischer Prozesse Strom erzeugen, oder aber über Solarthermie, bei der Kollektoren das Sonnenlicht bündeln und Wärme für Heiz- und andere Zwecke konzentrieren. Geothermie hingegen wird über tiefe Bohrungen in den Boden oder in Grundwasserschichten erschlossen und so die vom Erdkern in die -kruste abstrahlende Wärme über Sonden aufgefangen.
Umgebungswärme – auch Umweltwärme genannt – bezeichnet die thermische Energie, die in den bodennahen Luftschichten sowie in den obersten Metern des Erdbodens vorhanden ist. Selbst letztere entsteht dabei (hauptsächlich) nicht durch Geothermie, sondern durch die Speicherung der Wärmeenergie der Sonneneinstrahlung. Ebenso kann Umgebungswärme durch technisch erzeugte Wärme entstehen bzw. gespeist werden, etwa durch die Abluft aus industriellen Prozessen oder aber durch in Haushalten und Wirtschaft entstehendes und abgeleitetes Abwasser. Bei der Erwärmung über die Sonneneinstrahlung ist Umweltwärme eine natürliche und (aus menschlicher Sicht) unerschöpfliche Energiequelle, die thermische Energie von Abwärme oder Abwasser ist hingegen an vorangegangene menschliche Energienutzung gebunden. Sie erneuert sich jedoch ebenfalls ständig.
Zur Nutzung von Umgebungswärme kommen in der Regel Wärmepumpensysteme zum Einsatz. Dabei entziehen Wärmetauscher über ein Wärmeträgermedium der Luft, dem oberflächennahen Erdboden, der Abwärme oder dem Abwasser einen Teil der thermischen Energie. Diese wird dann durch Kompression des Wärmeleitmediums aufbereitet und kann im Anschluss an einen Verbraucher abgegeben werden, etwa eine Heizung oder einen Warmwasserspeicher. Im letzten Schritt wird der Druck des Trägermediums wieder normalisiert und der Kreislauf beginnt erneut.
Welche Vorteile bietet die Nutzung von Umgebungswärme?
Zwar ist Umgebungswärme aufgrund des meist recht geringen Temperaturniveaus eine „niedere“ Energieform, denn sie greift auf Anergie zurück – also im Normalfall nicht mehr nutzbare Energie. Mittels Wärmepumpen und Kompression lässt sie sich dennoch aufbereiten und sinnvoll verwerten. Größter Vorteil bei der Nutzung ist, dass die gewonnene thermische Energie entweder regenerativ und ohne Schadstoffausstoß bereitgestellt wird, oder im Fall von Abwärme und Abwasser ohnehin vorhanden ist und ohne Nutzung nur sinnlos verloren geht. Hierbei handelt es sich also um eine Form des Energierecyclings. In beiden Fällen lässt sich die Erzeugung von Wärmeenergie über umweltschädlichere Methoden reduzieren. Ein weiterer Vorzug von Wärmepumpensystemen ist ihre hohe Effizienz. So lassen sich aus einer Kilowattstunde Strom mehrere Kilowattstunden Wärme produzieren – diese Wirkungsbilanz ist bei der Verfeuerung von fossilen oder natürlichen Brennstoffen nicht möglich.
Diese Vorteile haben jedoch alle Wärmepumpen gemein, auch solche, die auf Tiefengeothermie über Erd- oder Grundwasserbohrungen zurückgreifen. Die Nutzung von Umgebungswärme ist ebenfalls besonders praktisch, weil sich die Energiequelle sehr leicht erschließen lässt. So müssen Luft-Wasser-Wärmepumpen einfach nur auf einer Freifläche aufgestellt werden, um der Umgebungsluft die Energie zu entziehen. Doch auch Erdwärmepumpen, die statt tiefer Sonden oberflächennahe Flächenkollektoren nutzen, sind weitaus einfacher zu realisieren. Beim Energierecycling von Abwärme und Abwasser müssen die Wärmetauscher ebenfalls lediglich an bestehender Infrastruktur (Abluftsysteme, Kanalisation) angeschlossen werden, um im Anschluss zuverlässig Wärmeenergie bereitzustellen. Hinzu kommt bei letzteren Systemen, dass industrielle Abluft sowie das Siedlungsabwasser ganzjährig vergleichsweise warm sind, während die Umgebungsluft und oberflächennahe Bodenschichten über die Jahreszeiten stärkeren Temperaturschwankungen unterliegen. Auch Grubenwasser, ein „Abfallprodukt“ des Bergbaus, ließe sich auf diese Weise zur Wärmeerzeugung noch nutzen.
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