Wärme, Temperatur und Wärmeenergie
Umgangssprachlich werden die Begriffe „Wärme“ und „Temperatur“ häufig synonym verwendet. Für ein genaueres Verständnis der Wärme und ihrer Bereitstellung ist es jedoch hilfreich, zwischen Wärme, Temperatur und Wärmeenergie zu unterscheiden.
- Die Wärme ist der Übergang einer bestimmten Menge Wärmeenergie von einem physikalischen System* mit höherer Temperatur auf eines mit niedrigerer Temperatur.
- Die Temperatur ist das Maß der Wärmeenergie. Je mehr Wärmeenergie ein System enthält, umso höher ist seine Temperatur.
- Die Wärmeenergie ist die Energie, die in der ungerichteten Bewegung von Teilchen steckt. Je heftiger sich die Teilchen eines Systems bewegen, desto höher ist die in diesem System enthaltene Wärmeenergie.
* Ein physikalisches System ist alles, was sich von seiner Umgebung abgrenzen lässt, z. B. ein Atom, ein Glas Wasser, ein Haus, der Planet Erde, etc.
Konventionelle und regenerative Wärmeerzeugung
Genutzt wird Wärme auf vielfältige Weise, zum einen natürlich zum Heizen und zur Bereitung von Warmwasser. In der Industrie ist Prozesswärme eine Voraussetzung für zahlreiche Anwendungen. Und auch bei der Stromerzeugung wird Wärme benötigt: Wärmekraftwerke wie z. B. Kohle-, Gas- oder auch Kernkraftwerke produzieren in einem ersten Schritt Wärme, z. B. durch das Verbrennen eines fossilen Energieträgers oder durch Kernspaltung. Mit dieser Wärme wird Wasser verdampft. Der Wasserdampf treibt anschließend Turbine und Generator an, wodurch Strom erzeugt wird.
Auch die Wärme zum Heizen und zur Warmwasserbereitung lässt sich durch das Verbrennen eines Energieträgers produzieren, was entweder in einem Heizwerk, Heizkraftwerk oder auch direkt im Heizkessel des zu versorgenden Gebäudes geschehen kann.
Alternativ dazu kann die benötigte Wärmeenergie auch direkt einer Wärmequelle in der Umgebung entnommen werden. Dies kann z. B. die Erdwärme, das Grundwasser oder die Außenluft sein. In diesem Fall kommt eine Wärmepumpe zum Einsatz, die der Wärmequelle einen Teil ihrer Wärmeenergie entzieht, um damit ein Arbeitsmedium zu verdampfen. Der entstehende Dampf wird von der Wärmepumpe unter Einsatz von elektrischem Strom verdichtet, wobei sich seine Temperatur erhöht – der Vorgang fügt der aus der Wärmequelle bezogenen Energie also zusätzliche Energie hinzu. Obwohl die genutzten Quellen oft nur Temperaturen von bis zu 20 °C aufweisen, lässt sich auf diese Weise genügend Wärme erzeugen, um damit Räume zu beheizen und Wasser zu erwärmen.
Nachhaltige Wärmeversorgung dank Abwasserwärmenutzung
Die Wärmeversorgung verbraucht in Deutschland mehr als die Hälfte der jährlich eingesetzten Endenergie. In Handel, Gewerbe, Dienstleistungen und der Industrie macht der Wärmebedarf rund 60 Prozent des Endenergieverbrauchs aus, in privaten Haushalten sind es sogar bis zu 90 Prozent. Einer nachhaltigen Bereitstellung von Wärme kommt daher eine besondere Bedeutung beim Klimaschutz zu. Und auch die Kosten für die Wärme lassen sich so deutlich reduzieren.
Vor allem die bereits erwähnten Wärmepumpen können einen bedeutenden Beitrag zur Lösung des Problems leisten. Greifen sie auf eine günstig gelegene Wärmequelle mit ausreichend hoher Temperatur zu, dann können sie mit geringem Stromeinsatz sehr viel Wärme z. B. zur Versorgung eines Wärmenetzes abgeben. Sehr attraktiv ist dabei die Nutzung einer noch eher ungewöhnlichen Wärmequelle: des Abwassers. Dieses weist das ganze Jahr über Temperaturen zwischen etwa 10 und 20 °C auf – eine vergleichsweise hohe Temperatur, wodurch Abwasserwärmepumpen sehr effizient betrieben werden können. Zudem fällt Abwasser überall dort in großen Mengen an, wo Menschen leben und arbeiten und wo demnach auch Wärme benötigt wird. Ein mit Abwasserwärme versorgtes Wärmenetz weist besonders kurze Transportwege und somit geringe Energieverluste auf, was zusätzlich die Energieeffizienz des gesamten Systems steigert.
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