Klimaprobleme gezielt und Umweltvorteile

Heizen und Kühlen machen etwa die Hälfte des Endenergieverbrauchs der EU aus und sind nach Transport und Strom das größte Segment für den Endenergieverbrauch.

 

Die Versorgung mit Wärme und Kälte für städtische Gebiete ist von Land zu Land und von Stadt zu Stadt sehr unterschiedlich. Gründe für diese Variation sind klimatische Bedingungen, lokal verfügbare Energieressourcen und strategische Energieentscheidungen in der Vergangenheit.

 

Die Technologien, die hauptsächlich zu Heizzwecken eingesetzt werden, sind Öl- und Erdgaskessel. Wie aus der Abbildung „Europäischer Endenergieverbrauch nach für die Produktion verwendeten Technologien“ hervorgeht, werden rund 70% des Wärmeverbrauchs (3500 TWh / Jahr) durch Kessel gedeckt: Kleine Kessel für Wohn- und Tertiärgebäude decken 40% des Wärmebedarfs ab Die restlichen 30% werden über große Gaskessel in Industrie- und Fernwärmenetzen versorgt. Elektrische Raumheizgeräte und elektrische Warmwasserbereiter machen mit rund 13% (rund 650 TWh / Jahr) der erzeugten Wärmeenergie einen bedeutenden, wenn auch geringen Marktanteil aus. Große mit fossilen Brennstoffen betriebene KWK-Anlagen erzeugen in Fernwärmesystemen eine ähnliche Wärmemenge.

 

Die direkte Erzeugung von Wärme aus thermisch erneuerbaren Energiequellen beträgt etwa 10%, wobei der größte Anteil (8,1%, 370 TWh / Jahr) aus festen Biomassepflanzen stammt. Berücksichtigt man auch den Beitrag der erneuerbaren Energien, beträgt der Anteil der erneuerbaren Energien beim Heizen und Kühlen nur 15%.

 

Dies hat nicht nur massive negative Auswirkungen auf:

 

• Verbrauch natürlicher Ressourcen, deren Verfügbarkeit begrenzt ist
• Anstieg der globalen Durchschnittstemperatur mit sich daraus ergebenden Klimaveränderungen
• Europäische Energieabhängigkeit von Importen
• Ein Großteil des Einkommens der Verbraucher steckt in Heiz- und Kühlsystemen mit niedrigem Wirkungsgrad und wird verschwendet die hohe Prioritäten auf der EG-Agenda haben, aber auch zu folgenden Ergebnissen führen:
• Hohe Luftverschmutzung in dicht besiedelten Stadt- und Industriegebieten städtische Wärmeinseln, die auf lokaler Ebene hergestellt werden und sowohl die Gesundheit als auch die Natur der Bürger schädigen.

 

Betrachtet man einzelne Gebäude-Gaskessel, so beträgt der Primärenergieverbrauch (einschließlich Gastransport) ca. 1,4 MWh pro MWh der dem Gebäude zur Verfügung gestellten Energie (durchschnittlicher thermischer Wirkungsgrad 80% und Gasprimärenergiefaktor 1,1, durchschnittlicher europäischer Wert von EUROSTAT werden in diesem Dokument berücksichtigt) und das Äquivalent des erzeugten CO2 beträgt 320 kgCO2 / MWh (äquivalenter CO2-Emissionsfaktor für Gas 257 kgCO2 / MWh).

 

Die meisten DH-Netze in Europa werden mit fossilen Heizkesseln und KWK-Anlagen betrieben. Unter der Annahme, dass die besten großen Brenngas-Brennwertkessel mit einem thermischen Wirkungsgrad von 1 und einem Gesamtnetzwirkungsgrad von 80 bis 85% installiert sind, wird für jede MWh Energie, die dem Netz zur Verfügung gestellt wird (entsprechend 260 kg CO2 / MWh), PE von etwa 1,2 MWh verbraucht.

 

Große gasbetriebene KWK-Anlagen, die rund 85% der verbrauchten Endenergie in nutzbare Wärmeenergie umwandeln (zuzüglich der oben genannten Netzeffizienz), verbrauchen etwa 1,4 MWh PE pro MWh Energie, die dem Netz zur Verfügung gestellt wird (entsprechend 310 kg CO2 / MWh).

 

Man kann dann in etwa von einem PE-Verbrauch von 1,3 MWh und 300 kg CO2-Äquivalenten pro MWh Nutzenergie ausgehen.

 

Für die Wärmeerzeugung aus Strom wird ein Primärenergiefaktor von 2,26 und Gl. Es wird ein CO2-Emissionsfaktor von 377 kg / MWh angenommen.

 

Wenn wir die Umweltparameter mit den oben genannten Energieverbräuchen kreuzen, können wir einen enormen PE-Verbrauch im Bereich von 6000 TWh und 1,3 Milliarden Tonnen CO2-Äquivalenten pro Jahr berechnen.

 

Die meisten Luftverschmutzungen werden vom Menschen verursacht und stammen aus der Verbrennung fossiler oder Biomasse-Brennstoffe (z. B. Abgase von Autos und fossilen oder Holzkesseln). In diesem Sinne ist nachhaltiges Wachstum und geerntete Biomasse zwar eine erneuerbare Energiequelle, sie kann jedoch nicht als langfristige, nachhaltige Energiequelle für städtische Gebiete angesehen werden.

 

In Bezug auf die lokalen Schadstoffemissionen können für einzelne Gaskessel folgende Parameter (Durchschnittseuropäer) angenommen werden:

 

• Ox: 0.187 kg/MWh (nutzbare Energie für den Benutzer)
• SOx: 1.35 x 10-3 kg/MWh
• PM10: 8.92 x 10-4 kg/MWh
• PM2.5: 8.92 x 10-4 kg/MWh
   

Einmal mehr können diese mit dem Verbrauch fossiler Brennstoffe gekreuzt werden, was zu jährlichen Schadstoffemissionen von insgesamt etwa:
 

• NOx: 655.000 Tonnen
• SOx: 4.700 Tonnen
• PM10: 3,100 Tonnen
• PM2,5: 3,100 Tonnen
   

Die Berechnung ist konservativ, da die Emissionen von Ölkesseln weitaus höher sind.

 

Luftverschmutzung ist die häufigste Todesursache in der Umwelt in der EU und für mehr als 400.000 vorzeitige Todesfälle pro Jahr verantwortlich (EUA, 2016). Laut WHO-Studien kann die Exposition gegenüber Partikeln Herz-Kreislauf- und Lungenerkrankungen, Herzinfarkte und Herzrhythmusstörungen verursachen oder verschlimmern, das Zentralnervensystem und das Fortpflanzungssystem beeinträchtigen und Krebs verursachen.

 

Die Einwirkung von Stickstoffdioxid verstärkt die Symptome einer Bronchitis bei asthmatischen Kindern und verringert das Wachstum der Lungenfunktion.

Die gesundheitsbezogenen externen Kosten liegen je nach Bewertungsmethode zwischen 330 und 940 Milliarden Euro pro Jahr (Europa, 2013). Ein wesentlicher Eckpfeiler der EU-Umweltpläne im Bereich der Luftqualität ist die Luftqualitätsrichtlinie (2008). Diese Richtlinie legt eine Reihe von Luftqualitätsnormen fest, die bis zu einem bestimmten Jahr nicht überschritten werden dürfen. In der Mitteilung zum „Programm für saubere Luft für Europa“ (2013) wird das kurzfristige Ziel festgelegt, die geltenden Rechtsvorschriften bis spätestens 2020 vollständig einzuhalten, sowie das langfristige Ziel, keine Überschreitungen der WHO-Leitlinien festzustellen für die menschliche Gesundheit.

 

Eine städtische Wärmeinsel ist ein Stadtgebiet, das aufgrund menschlicher Aktivitäten deutlich wärmer ist als die umliegenden ländlichen Gebiete. Städtische Wärmeinseln sind hauptsächlich auf die Substitution von Forst- und Landwirtschaft durch Baumaterialien zurückzuführen, die die einfallende Sonnenenergie absorbieren und reflektieren. Die erhöhte Temperatur in Bezug auf die Landschaft wirkt sich negativ auf Tiere und Pflanzen aus und beeinträchtigt die Qualität der Flüsse und des Grundwassers, da das Regenwasser durch Regen- und Aufbereitungskanäle zusätzliche Wärme gewinnt.

 

Abgesehen von der Auswirkung auf die Temperatur können Wärmeinseln sekundäre Auswirkungen auf die lokale Meteorologie haben, einschließlich der Änderung der lokalen Windmuster und der Niederschlagsraten. Die zusätzliche Wärme führt zu einer größeren Aufwärtsbewegung, die im Sommer zusätzliche Gewitteraktivität auslösen kann, die für lokale plötzliche Überschwemmungen verantwortlich ist.

 

Während der sommerlichen Hitzewellen, deren Intensität und Dauer in den südlichen Ländern im Laufe der Jahre zunimmt, hat die Forschung auch gezeigt, wie hohe Temperaturen im Extremfall zu Hitzeschlägen, Hitzeerschöpfungen und Todesfällen führen.

 

Infolgedessen sind Wärmeinseln indirekt auch für den unnötigen Einsatz von Klimaanlagen und damit für den unnötigen Stromverbrauch verantwortlich (US-Umweltschutzbehörde. 2008. Reduzierung der städtischen Wärmeinseln: Kompendium der Strategien).

 

Dies zeigt, dass der Heizungs- und Kühlungssektor eine Schlüsselrolle für den Erfolg des Übergangs der EU zu einer energieeffizienten und kohlenstoffarmen Wirtschaft spielt, was wiederum die Eindämmung des Klimawandels und die Nutzung von Energiequellen ermöglicht und die Entwicklung widerstandsfähiger Energiesysteme auf europäischer Ebene fördert auf nationaler und vor allem auf lokaler Ebene, um langfristige Energieversorgungssicherheit, Zugänglichkeit und Gesundheit zu erreichen.

In diesem Zusammenhang bildet die Umstellung von Wärme und Kälte auf erneuerbare und andere nachhaltige Ressourcen vor Ort (z. B. niedrige Temperaturen, Restwärmequellen) den Kern der europäischen Energiewende, die durch die Mitteilung der Energieunion COM (2015) 80 (A Framework Strategy for a Resilient Energy Union with a Forward-Looking Climate Change Policy) und durch die im November 2016 (in Überarbeitung) in das Paket „Saubere Energie für alle Europäer“ eingeführten Richtlinien.

 

Laut dieser Dokumentation ist es wichtig, Instrumente zu entwickeln, mit denen die Planung von Heizung und Kühlung zu einer gängigen Praxis für Behörden und Wirtschaftsakteure wird. Trotz der Existenz technisch erprobter kostengünstiger Lösungen müssen glaubwürdige Geschäftsmodelle für die Energieversorgung entwickelt werden, die eine breitere Markteinführung im Interesse der Energieversorger und der Endverbraucher unterstützen (siehe Schwerpunkt in der Energieeffizienzrichtlinie). Entwurf 2016).

 

Life4HeatRecovery konzentriert sich auf die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Abwärme aus städtischen Einrichtungen, die in DH-Netzen bei niedrigen Temperaturen (unter 40 ° C) verfügbar sind.

 

Die größte Menge an Abwärme, die in der städtischen Umgebung verfügbar ist, wird von Klimaanlagen, Kühlsystemen in industriellen Prozessen und Tertiärgebäuden (d. H. Trockenkühlern und Nasskühltürmen), Kältemaschinen von Kühlsystemen und Serviceeinrichtungen, z. Abflussrohre. In den Kühlschränken von Rechenzentren und Supermärkten wird eine enorme Menge an Wärmeenergie freigesetzt: Der Kühlprozess in einem Supermarkt mit durchschnittlicher Größe macht 50% seines Energieverbrauchs aus und kann den Heizbedarf von 200 Wohnungen decken.

 

Die Wärmerückgewinnung aus Trockenkühlern industrieller Prozesse, d. H. Am Ende der Kühlkette, erfordert nur kostengünstige Rohrleitungen, die die industrielle Produktion nicht beeinträchtigen und die Akzeptanz der Lösung erleichtern.

 

Es ist klar, dass die Rückgewinnung von Niedertemperaturwärme, die nicht anderweitig genutzt werden kann, und ihre Wiederverwendung als Ersatz für Heizkessel mit fossilen Brennstoffen, die in Wohn- und Tertiärgebäuden installiert sind, einen dreifachen positiven Effekt hat:

 

• Der Primärenergieverbrauch und die Treibhausgasemissionen (THG) werden weitgehend reduziert
• Die Schadstoffe, die durch den Austausch einzelner (gas- oder ölbetriebener) Kessel freigesetzt werden, werden vermieden
• Der Wärmeinseleffekt wird verringert, da die durch menschliche Aktivitäten in der Umwelt abgegebene Wärme recycelt und in Gebäuden gespeichert wird.

European Final Energy Consumption by technology used for production, 2014 data, Eurac Research from various sources, the legend refers to the outer ring.