Die Idee

Der Klimawandel hat sich in den letzten Jahren sehr verdeutlicht. Fest steht, dass die im Pariser Klimaabkommen gesteckten Klimaziele 2020, 2030 und 2050 nur durch eine Energiewende, die auch den Wärmesektor einschließt, erreicht werden können. Bei der derzeitigen jährlichen Verminderung des CO2-Ausstosses um 0,4 % können die Ziele von 2020 erst im Jahr 2050 erreicht werden. Obwohl mit Abstand am häufigsten in der Öffentlichkeit diskutiert, macht unsere Stromnutzung aber lediglich rund 20 % des deutschen Energiebedarfs aus, hingegen fallen rund 40 % auf den Wärmesektor. Hier muss nachgebessert werden!
Inzwischen haben viele erkannt, dass die Verbrennung fossiler Brennstoffe, wie Kohle und Öl hinsichtlich Klima und Umwelt keine gute Lösung für die Erzeugung von Wärme ist, halten aber die Verbrennung von Erdgas für umweltfreundlich. Es ist dabei wohl nicht im Bewusstsein, dass auch bei der Verbrennung von 1 kWh Erdgas rund 0,2 kg CO2 in die Umwelt ausgestossen werden, also rund dreiviertel des CO2-Ausstosses wie bei Verbrennung von Heizöl. Zudem ist der derzeitige Verbrauch von fossilen Brennstoffen gegenüber unserer Nachwelt in vieler Hinsicht nicht nur wegen der Verschlechterung unseres Klimas unverantwortlich.

Im m a x l o i d l v e r f a h r e n wird zum Erzeugen von Wärme die nahezu unerschöpfliche gespeicherte Sonnenenergie genutzt, die im Wasser von Flüssen, Kanälen, Bächen, Seen und Meeren steckt und auch die ohne zusätzlichen energetischen Aufwand vorhandene eigene Strömung in fließenden Gewässern oder mit geringem energetischen Aufwand zu erzeugende Strömungen in Seen und Meeren. Es wurde die Idee umgesetzt, einen Wärmetauscher für ein geschlossenes Kreislaufsystem so zu verwenden, dass er auf Grund seiner Form und Art und durch den speziellen Ort seiner Anbringung die Nachteile bisheriger Systeme vermeidet.

Die Leistungsfähigkeit des m a x l o i d l v e r f a h r e n s soll an folgendem Beispiel verdeutlicht werden:

Ein kleiner Bach von 2 m Breite und 0,5 m Tiefe hat eine Querschnittsfläche von 1 Quadratmeter und diese wird bei Fließgeschwindigkeit von 1 m/s (etwa Schrittgeschwindigkeit) von 1.000 Liter Wasser je Sekunde durchflossen. Es entspricht den physikalischen Gesetzen, dass z. B. in Flüssen und Seen schon bei einem Wasserdurchlauf von 1.000 Liter je Sekunde bei Abkühlung bzw. Erwärmung um nur 1°C eine Wärmeleistung bzw. Kälteleistung von 4.000 kW gewonnen werden kann, mit der z. B. rund 400 Wohneinheiten beheizt werden können Für die gleiche Wärme- bzw. Kälteleistung würde man 1.000 Erdsonden mit jeweils rund 80 m Bohrtiefe benötigen. Große Flüsse haben einen Durchfluss von rund 1 Million Liter je Sekunde.

Da wegen der geringen Sonneneinstrahlung in den Wintermonaten Sonnenkollektoren bzw. Photovoltaikpanele zu geringe Erträge bringen, können sie zur Heizung und Warmwassererzeugung im Winter nur einen geringen Anteil liefern. Fließende Gewässer und Seen haben jedoch auch im Winter genügend Wärme gespeichert, um daraus mit Wärmepumpen Wärme zum Heizen und zur Warmwassererzeugung zu gewinnen. Mit dem patentierten m a x l o i d l v e r f a h r e n, einem Verfahren zur dezentralen Erzeugung von großen Wärme- oder Kältemengen aus natürlichen Gewässern ist es möglich, mit Hilfe von Großwärmepumpen Wohnanlagen, Einkaufszentren, Verwaltungszentren, Abfertigungszentren, Turnhallen, Stadthallen, Gewächshäuser, ganze Stadtviertel etc., über “Nahwärmenetze” zu beheizen oder über “Kalte Nahwärmenetze” mit jeweils gesonderten Wärmepumpen je Projekt zu beheizen aber auch zu kühlen, wenn ein Zugang zu einem Gewässer im näheren Umkreis möglich ist. Natürlich kann man auf diese Weise mit einer Wärmepumpe auch kleinere Objekte umweltfreundlich und preisgünstig “klimatisieren”.

Wird Strom nicht aus erneuerbaren Energien erzeugt, so benötigt man rund 2,5 kWh fossile Brennstoffe um daraus 1 kWh Strom zu erzeugen und da Erdgas unter den fossilen Brennstoffen den geringsten CO2-Ausstoss hat, kann auf Erdgas im Übergang bei der Energiewende auf dem Wärmesektor wohl nicht verzichtet werden. Denn mit 2,5 kWh Gas kann rund 1 kWh Strom erzeugt werden und mit dieser 1 kWh Strom können wiederum mit einer geeigneten Wämepumpe bei entsprechender Wärmequelle rund 5 kWh Wärme erzeugt werden, so dass aus 2,5 kWh Primärenergie rund 5 kWh Wärme erzeugt werden können, wofür man sonst 5 kWh Primärenergie benötigen würde. Somit kann beim Heizen mit einer Wärmepumpe der CO2-Ausstoß halbiert werden. Wird dazu der Strom auch noch dezentral durch Kraftwärmekopplung mit einem gasbetriebenen Blockheizkraftwerk erzeugt, so kann aus 2,5 kWh Gas neben 1 kWh Strom trotz Wärmeverluste zusätzlich auch noch rund 1 kWh Wärme erzeugt werden, sodass aus 2,5 kWh Gas dann rund 6 kWh Wärme erzeugt werden.

Sollen Wärmepumpen in Kombination mit einem Nahwärmenetz eingesetzt werden, so benötigt man eine sehr leistungsfähige Wärmequelle, die in der Lage ist, auch im vielfachen Megawatt-Bereich Wärme zu liefern. Wärmepumpen, die mit Wärmequelle Luft betrieben werden, erreichen vor allem im Winter bei einer Lufttemperatur unter 0°C nicht den für einen wirtschaftlichen Betrieb erforderlichen Wirkungsgrad. Wärmepumpen, die mit Wärmequelle Grundwasser betrieben werden, bei Wassertemperaturen von durchschnittlich 10°C, erreichen zwar eine sehr gute Jahresarbeitszahl (JAZ), aber das Grundwasservorkommen ist, abgesehen von den bekannten Problemen, im allgemeinen viel zu gering, um daraus eine entsprechend hohe Leistung der Wärmepumpe zu ermöglichen. Wärmepumpen, die mit Wärmequelle Erdreich betrieben werden, wobei das die Sonden im Boden umgebende Erdreich im Betrieb im allgemeinen auf eine Temperatur von 0°C absinkt, haben zwar eine relativ gute JAZ, aber man benötigt für eine Leistung von z. B. 5 kW eine Sonde von rund 100 m Länge und damit sehr viele Erdsonden um eine entsprechend hohe Leistung der Wärmepumpe zu erbringen, was zudem in wasserwirtschaftlich sensiblen Gebieten nicht unproblematisch ist. Erdkollektoren sind wegen des hohen Flächenbedarfs nicht geeignet, eine entsprechende Leistung zu ermöglichen.

Schon seit langer Zeit wurden Wärmepumpen vereinzelt mit der Wärmequelle Wasser aus fließenden oder stehenden Gewässern mit offenen und geschlossenen Kreislaufsystemen betrieben, wobei der große energetische Aufwand, Wasser aus einem Gewässer zu einer Wärmepumpe und wieder zurück zu pumpen und auch das Gefahrenpotential geschlossener Systeme, bei denen ein Wärmetauscher einfach in einen Fluss gesetzt wird, in Kauf genommen wurde.

Bisherige Verfahren mit offenem Kreislauf können im Winter bei Flusstemperaturen von meist unter 5°C nicht betrieben werden, da bei einer üblichen Spreizung von 5 K die Wärmepumpe sonst einfrieren würde. Unvermeidlich erfolgt zudem durch jegliche Entnahme von Wasser aus Flüssen und Seen auch eine schädliche Beeinflussung der Fauna. Die Verschlammung der Ansaugrohre und des Wärmetauschers verursacht zusätzliche Reinigungskosten und durch den offenen Kreislauf können auch schädliche Stoffe in den Fluss oder See gelangen. Um bei minimaler Abkühlung des Wassers die maximale thermische Leistung eines Flusses zu erhalten sind bisherige Verfahren mit offenem Kreislauf ebenfalls nicht geeignet, da in diesem Fall das gesamte Flusswasser aus dem Fluss gepumpt werden müsste. Bei bisherigen Verfahren mit geschlossenem Kreislauf, bei denen einfach Rohre im Fluss unter Wasser verlegt wurden, könnnen nur kleine thermische Leistungen erbracht werden, da fast das gesamte Flusswasser ungenutzt an den Rohren vorbeifließt und nicht am Wärmeaustausch beteiligt ist.

Das m a x l o i d l v e r f a h r e n  hingegen ermöglicht große Leistungen bei hohem Wirkungsgrad durch die spezielle Verwendung von Wärmetauschern in fließenden oder in stehenden Gewässern, da diese auch in der kalten Jahreszeit eine durchschnittliche Wassertemperatur haben, die erheblich über dem Gefrierpunkt liegt. Ohne zusätzlichen energetischen Aufwand werden dabei die vorhandenen eigenen Strömungen in fließenden Gewässern oder mit geringem energetischen Aufwand zu erzeugende Strömungen in Seen und Meeren genutzt, so dass die unter Wasser befindlichen Wärmetauscher stets von Wasser umströmt werden. Es wird dabei kein Wasser einem Gewässer entnommen und wieder zurückgepumpt.

Das m a x l o i d l v e r f a h r e n ist sowohl zur Einspeisung in “Kalte Nahwärmenetze”, als auch zur Einspeisung in Nahwärmenetze geeignet. Wird dazu der zum Betrieb von Wärmepumpenanlagen erforderliche Strom direkt von nahegelegenen Wasserkraftwerken, Photovoltaikanlagen, Windkraftwerken oder Blockheizkraftwerken geliefert, so kann das Elektrizitätsversorgungsnetz zudem entlastet werden, da dann durch den lokalen Stromverbrauch weniger aus dem Netz entnommen, bzw. eingespeist werden muss.

Durch das m a x l o i d l v e r f a h r e n wird eine nachhaltige, umweltfreundliche Versorgung mit Wärme oder auch Kälte ermöglicht. Weltweit könnten so Milliarden Tonnen CO2 vermieden und der Klimawandel zumindest verlangsamt werden.

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