Wärmeenergie

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, Wärme mit Hilfe von erneuerbaren Energien zu erzeugen. Dabei ist die Erstellung eines Konzept unter Berücksichtigung der individuellen Gegebenheiten sehr wichtig, um eine ideale Wärmeversorgung und Ressourcennutzung zu gwährleisten.

Was ist eigentlich Wärme?

Wärme ist eine Form von Energie, die auch als thermische Energie bezeichnet wird. In der Thermodynamik (auch Wärmelehre) ist Wärme eine Prozessgröße; sie wird von einem thermodynamischen System bei bestimmten Prozessen mit der Umgebung ausgetauscht. Im Rahmen der Statistischen Mechanik wird Wärme als die Energie der ungeordneten Bewegung der atomaren oder molekularen Bestandteile der Materie interpretiert.

Wärme wird bei vielen physikalischen und chemischen Prozessen erzeugt, etwa

Umgekehrt kann Wärmeenergie zumindest teilweise in andere Energieformen umgewandelt werden, z. B. mit Hilfe von Wärmekraftmaschinen in mechanische Energie oder auch direkt in Wärmestrahlung und (bei hohen Temperaturen) in Licht (z. B. in Glühlampen).

Wenn Wärme einem Körper zugeführt wird, so führt dies meist zu einer Erhöhung seiner Temperatur, aber Wärmezufuhr kann ebenfalls für Phasenumwandlungen genutzt werden, etwa für das Schmelzen von Eis oder das Verdampfen von Wasser (→ latente Wärme). Ebenfalls kann Wärmezufuhr den Druck eines Gases erhöhen, etwa in einem Verbrennungsmotor.

Was haben Temperatur und Wärme miteinander zu tun?

Wichtig ist die klare Unterscheidung von Wärme und Temperatur. Beispielsweise ist die Temperatur des Glühdrahts einer Glühlampe im Betrieb sehr hoch (meist über 2000 °C), aber die darin gespeicherte Wärmemenge ist sehr gering. Umgekehrt speichert ein Warmwasserspeicher trotz seiner viel niedrigeren Temperatur von z. B. 60 °C viel mehr Wärme. Wie viel Wärme einem Gegenstand zugeführt werden muss, um eine bestimmte Temperaturerhöhung zu erzielen, wird durch seine Wärmekapazität bestimmt.

In der Technik (insbesondere der Energietechnik) spielt Wärme eine sehr wichtige Rolle:

  • In Wärmekraftmaschinen wird Wärmeenergie teilweise in mechanische Energie umgewandelt und weiter in elektrische Energie
  • Wärmepumpen nutzen einen entgegengesetzten Vorgang: Wärme wird von einem niedrigeren auf ein höheres Temperaturniveau “gepumpt” mit Hilfe von Exergie, die dabei ebenfalls zu Wärme wird.
  • Wärme wird für viele Zwecke benötigt, etwa für das Schmelzen und Bearbeiten von Rohstoffen, für chemische Prozesse oder für die Beheizung von Wohnräumen.
  • Bei vielen Prozessen entsteht Abwärme, die häufig schwer nutzbar ist und deren Abfuhr einen zusätzlichen Aufwand bedingen kann. Beispielsweise brauchen Verbrennungsmotoren und große Transformatoren hierfür meist Kühlsysteme.

In Deutschland wird über die Hälfte des Endenergieverbrauchs durch Wärmeanwendungen verursacht.