Im Wärmesektor – insbesondere der Heiztechnik – gibt es zwei Hauptzwänge, die die Zukunft bestimmen. Zum einen gehen die fossilen Energieträger als klassische Energieträger zur Neige, zum anderen verbrauchen die bei der Verbrennung entstehenden Produkte die Natur. Diese beiden Hauptbeschränkungen manifestieren sich konkret als Beschränkungen der Energiekosten und der CO2-Emissionen. Die Entwicklung und Ausrichtung des Wärmesektors wird auch von Energiekosten und CO2-Begrenzung bestimmt.
Es ist möglich, bestehende und neu entstehende Technologien hauptsächlich in Technologien, die fossile Brennstoffe verbrauchen, und Technologien für erneuerbare Energien zu klassifizieren. Die Hauptorientierung bei Technologien zur Verbrennung fossiler Brennstoffe ist die Steigerung der Effizienz. Die effektivste verfügbare Technologie ist die Brennwerttechnik. In naher Zukunft wird in diesem Bereich die KWK-Technologie im kleinen Maßstab auf den Markt kommen. Eine weitere Technologiegruppe, die sich tendenziell verbreitet, sind teilweise erneuerbare Technologien. Unter diesen nehmen Wärmepumpen einen wichtigen Platz ein. Eine weitere wichtige und intensiv untersuchte Technologie in dieser Gruppe sind Brennstoffzellen. Mittelfristig werden Brennstoffzellen einen signifikanten Anteil in der Wärme- und zusammen mit der Stromerzeugung haben. Solarenergie hat als erneuerbare Technologie im Wärmesektor einen hohen Stellenwert. Solarenergie kann zur Brauchwasser- und Gebäudeheizung sowie zur Stromerzeugung in Gebäuden über Photovoltaik genutzt werden.
Heute ergibt sich bei den Kraftstoffpreisen und den anfänglichen Investitionskosten ein markantes Bild. Dementsprechend beträgt der Brennstoffverbrauch der Gebäude für eine Saison das 2- bis 10-fache der Kosten des Kessels. Hier stehen heute hocheffiziente Systeme zur Verfügung, die früher als teuer galten. Dies hat zur Entwicklung hocheffizienter Systeme geführt, die weniger oder keinen Kraftstoff verbrauchen. Heizsysteme, die zuvor theoretisch untersucht wurden, können nun als kommerzielle Produkte verwendet werden. Der andere Hauptfaktor ist, dass die bei der Verbrennung entstehenden Produkte die Natur verbrauchen. Während bei der Verbrennung entstehende giftige Produkte die menschliche Gesundheit und Natur bedrohen und zerstören, stört der CO2-Ausstoß mit seinem Treibhauseffekt den Wärmehaushalt der Welt. Aus diesem Grund werden Schadstoffemissionen wie SO2, CO, NO und CO2-Emissionen begrenzt. Insbesondere die CO2-Begrenzung wird die Zukunft des Wärmesektors stark beeinflussen. Denn egal wie gut es verbrannt wird, CO2 entsteht bei der Verbrennung fossiler Brennstoffe. Unterschiedliche Brennstoffe haben unterschiedliche CO2-Emissionen für Blockheizenergie. Diese Emissionen sind in Abbildung 1 dargestellt. Dementsprechend ist Erdgas der Kraftstoff mit den geringsten Emissionen. Der Brennstoff ohne CO2-Emissionen ist Wasserstoffgas. Allerdings ist Wasserstoffgas heute nicht kommerziell üblich. Aufgrund dieser Eigenschaft wird jedoch intensiv daran geforscht, ein kommerzieller Kraftstoff zu werden und für verschiedene Zwecke verwendet zu werden, und Wasserstoff gilt als der Kraftstoff der Zukunft.

Nutzung der Naturquellen für innovative Heiztechnik

Eine Möglichkeit zur Vermeidung von CO2-Emissionen besteht darin, erneuerbare Energiequellen wie Sonne, Wind und Geothermie ohne Verbrennung zu nutzen. Obwohl diese Systeme höhere Investitionskosten erfordern als konventionelle Systeme, nimmt der Einsatz nachwachsender Rohstoffe aufgrund der oben genannten Schwierigkeiten zu. Zusammenfassend wird die Entwicklung und Ausrichtung des Wärmesektors in naher Zukunft von Energiekosten und CO2-Begrenzung bestimmt. Die Entwicklung bei den Heizsystemen der Zukunft geht in zwei Richtungen. Entwicklungen in die erste Richtung zielen auf die Steigerung der Systemeffizienz. In der jüngsten Vergangenheit und heute war die Hauptentwicklung bei Heizsystemen die Steigerung der Kesseleffizienz. Entwicklungen in diese Richtung haben mit dem Aufkommen von Erdgas-Brennwertkesseln ihren Höhepunkt erreicht. Erdgas-Brennwertkessel haben sich heute als die effizientesten Geräte im Heizungsbereich durchgesetzt. Obwohl die Wärmepumpentechnologie seit vielen Jahren bekannt ist, ist ihre kommerzielle Nutzung erst in den letzten Jahren möglich. Wärmepumpen können Luft-, Wasser- oder Erdwärmepumpen sein. Aus diesen drei Quellen lassen sich zahlreiche alternative Lösungen herstellen. Hier werden drei Typen diskutiert: Luft-Wasser, Wasser-Wasser und Boden-Wasser. Luft ist eine weit verbreitete universelle Wärmequelle in Wärmepumpen in Wohngebäuden und kleinen gewerblichen Anwendungen. Lufttemperatur —18 bis 24 °C ist akzeptabel. Der Betriebsbereich des Geräts beträgt -8 bis 35 °C. Im Heizbetrieb ist die Kältemitteltemperatur 6-11°C kühler als die Außentemperatur. Außenlufttemperatur und Eisbildung sind die beiden wichtigsten Auslegungsparameter von Luft/Wasser-Wärmepumpen. Wenn die Lufttemperatur sinkt, sinken der Wirkungsgrad und die Leistung der Pumpe beim Heizen. Während das Gerät im Winter die Heizlast bis zu einem gewissen Grad decken kann, sollte es im Sommer im Kühlbetrieb nicht zu groß sein.