Den meisten Hausbesitzern ist nicht bewusst, dass Heizung und Kühlung mehr als die Hälfte ihres Energiebudgets verschlingen. Das Energieministerium beziffert die Zahl auf 56 Prozent. Das ist ein riesiges Leck in Ihrem Geldbeutel. Grüne Technologie soll dieses Loch schließen. Es geht nicht nur um die Rettung der Eisbären. Es geht darum, zu verhindern, dass Ihre Stromrechnungen in die Höhe schießen.
Nehmen Sie die Santa Clara University im kalifornischen Silicon Valley. Im April 2011 installierten sie 60 Solarkollektoren auf dem Dach. Das Ziel war einfach. Heizen und kühlen Sie das Studentenzentrum effizient. Die Ingenieure bauten die Anlage so, dass sie sowohl für Warmwasser als auch für die Klimatisierung geeignet ist. Es funktioniert, indem es Sonnenlicht einfängt und die Energie konzentriert. Das Wasser im Inneren wird heiß. Wirklich heiß. Wir sprechen von 200 Grad Fahrenheit.
Die Ergebnisse waren unmittelbar und drastisch. Das System senkte den Erdgasverbrauch jährlich um 70 Prozent. Außerdem wurden 34 Tonnen Kohlendioxid aus der Atmosphäre ferngehalten. Die Universität mietete die Anlage für zehn Jahre zu einem Festpreis. Sie erhielten außerdem staatliche Rückerstattungen in Höhe von über 86.000 US-Dollar.
Das ist kein Einzelfall. Universitäten, Unternehmen und einzelne Hausbesitzer springen auf. Der Wandel ist wichtig, weil er Treibhausgase reduziert. Es spart auch Geld. Aber seien wir klar. Diese Systeme sind nicht billig.
Berücksichtigen Sie die Vorabkosten. Die Installation einiger Solarkollektoren kostet zwischen 30 und 80 US-Dollar pro Quadratfuß. Sie brauchen Kapital. Oder Hebelwirkung. Die Regierung bietet Anreizprogramme an, um Bauherren und Hausbesitzern dabei zu helfen, diese Kosten zu tragen. Allein im Jahr 2008 haben die Amerikaner mit diesen Methoden über 19 Milliarden US-Dollar gespart. Der Trend ist steigend. Die Wirkung ist real.
Um zu verstehen, worauf Sie sich einlassen, müssen Sie den Unterschied zwischen den beiden Hauptkategorien kennen. Passive und aktive Systeme.
Passive Solardesign-Strategien
Passive Systeme nutzen keine Maschinen. Sie sind nicht auf Öfen oder Klimaanlagen angewiesen. Sie maximieren die Fähigkeit der Natur, die Temperatur zu regulieren. Es ist architektonische Geometrie.
Ein klassisches Beispiel ist das Dach. Weiße oder helle Dächer reflektieren das Sonnenlicht. Sie absorbieren es nicht. Das Ergebnis ist ein kühleres Gebäude. Im Sommer wird weniger Energie benötigt, um das Haus zu kühlen. Auch Windows spielt eine Rolle. Hochleistungsfenster halten die Wärme draußen und kühle Luft drinnen. Sie bekämpfen die Physik mit Design.
Aktive grüne Energiesysteme
Aktive Designs sind unterschiedlich. Sie nutzen mechanische Systeme. Diese Systeme werden mit grünen Energiequellen betrieben. Am häufigsten kommt Solarenergie zum Einsatz. Geothermie ist ein weiterer wichtiger Akteur. Biomasseenergie aus organischen Materialien ist eine dritte Option.
Auch Warmwasserheizungen fallen hierher. Sie zirkulieren heißes Wasser oder Flüssigkeiten zum Erhitzen. Eisbetriebene Klimaanlagen nutzen gefrorenes Wasser, um den Spitzenstromverbrauch am Tag zu reduzieren. Diese sind komplex. Sie erfordern Fachwissen.
Option 10: Geothermisches Heizen und Kühlen
Die Liste der Optionen beginnt mit Geothermieanlagen. Sie haben den Namen bereits in den Imbissbuden gesehen. Doch was bedeutet das eigentlich für Ihr Zuhause?
Die Geothermie-Technologie nutzt die stabile Untergrundtemperatur der Erde. Der Boden bleibt im Sommer kühl und im Winter warm, unabhängig von der Luft darüber. Eine Erdwärmepumpe nutzt diese Stabilität. Es überträgt Wärme zum oder vom Boden.
Im Winter entzieht das System der Erde Wärme und transportiert sie nach innen. Im Sommer ist es umgekehrt. Es entzieht Ihrem Zuhause Wärme und leitet sie an die kühlere Erde ab. Die Effizienz ist im Vergleich zu Luftwärmepumpen atemberaubend. Sie kämpfen nicht gegen die Lufttemperatur. Sie nutzen die konstante thermische Masse des Bodens.
Die Installation ist invasiv. Sie brauchen Schleifen, die in Ihrem Garten vergraben sind. Horizontale Schleifen erfordern einen großen Hof. Vertikale Schleifen dringen tief in Bohrlöcher ein. Hier steigen die Kosten in die Höhe. Bohren ist teuer. Die Ausrüstung ist teuer.
Aber die Betriebskosten sind gering. Sobald es installiert ist, ist der Energieaufwand im Vergleich zur Wärmeabgabe winzig. Es ist ein Langzeitspiel. Sie zahlen für die Installation, um in den nächsten zwei Jahrzehnten jede Rechnung zu sparen.
Ist es das Richtige für Sie? Es hängt von Ihrem Grundstück und Ihrem Budget ab. Sie benötigen Platz für horizontale Schlaufen oder das Kapital für vertikale Bohrungen. Sie benötigen einen Auftragnehmer, der sich mit Erdschleifensystemen auskennt. Dies ist kein DIY-Wochenendprojekt.
Der Übergang zu umweltfreundlichem Heizen und Kühlen vollzieht sich nur langsam. Es ist teuer. Aber die Einsparungen erhöhen sich. Und die Auswirkungen auf die Umwelt sind messbar. Die Santa Clara University hat es bewiesen. Sie können das Prinzip in kleinerem Maßstab nachbilden.
„Im Vergleich zu herkömmlichen Heiz- und Kühlsystemen ist die Umstellung auf den Umweltschutz besser für die Umwelt, da dadurch Treibhausgase vermieden werden. Darüber hinaus ermöglicht die Effizienz dieser umweltfreundlichen Systeme den Menschen, Geld bei ihren Energierechnungen zu sparen.“
Die Technologie ist vorhanden. Die Anreize sind da. Die Mathematik funktioniert. Die Frage ist, ob Sie bereit sind, das Vorabkapital zu investieren, um den Energieverlust zu stoppen. Die meisten Leute sagen Nein, bis ihre Rechnung zu hoch wird. Dann handeln sie. Seien Sie nicht wie die meisten Menschen.
Schauen Sie sich zunächst Ihr aktuelles System an. Wie alt ist es? Wie hoch ist die Effizienzbewertung? Dann schauen Sie sich den Umschlag Ihres Hauses an. Passive Strategien sind günstiger als aktive. Dichten Sie die Lecks ab. Isolierung hinzufügen. Tönen Sie die Fenster. Reparieren Sie die einfachen Dinge, bevor Sie einen Geothermie-Vertragspartner anrufen.
Die nächsten Optionen auf der Liste betreffen Biomasse- und Wasserkraftsysteme. Sie bieten unterschiedliche Wege zum gleichen Ziel. Reduzierte Energieabhängigkeit. Niedrigere Rechnungen. Ein kleinerer CO2-Fußabdruck. Aber sie bringen ihre eigenen Kompromisse mit sich. Speicheranforderungen. Wartungspläne. Kraftstoffbeschaffung.
Sie haben das erste Puzzleteil
Sie brauchen keinen Doktortitel in Geologie, um die endlosen Energievorräte des Planeten zu nutzen. Die Erde ist voller Hitze. Tief im Inneren brodelt es. Aber bei der Hausrenovierung muss man nicht so tief graben. Nur wenige Meter unter der Oberfläche bleibt die Bodentemperatur konstant. Die Temperatur liegt das ganze Jahr über zwischen 42 und 80 Grad Fahrenheit. Diese Konsistenz ist der Schlüssel. Ein Geoaustauschsystem nutzt diese stabile Bodentemperatur, um nahezu jeden Gebäudetyp zu heizen und zu kühlen.
Beachten Sie, dass diese Systeme nicht den geschmolzenen Kern anzapfen. Sie nutzen Wärmepumpen. Die Pumpe zirkuliert eine Flüssigkeit – Wasser oder Kältemittel – durch unterirdische Brunnen. Im Winter nimmt diese Flüssigkeit die Erdwärme auf und bringt sie ins Haus. Im Sommer dreht sich der Prozess um. Es entzieht Ihrem Haus Wärme und gibt sie wieder im Boden ab.
9: Passives Solardesign
Die Sonne liefert kostenlose, erneuerbare Energie. Um davon zu profitieren, brauchen Sie keine hässlichen Solarmodule. Passives Solardesign nutzt die natürliche Wärmeübertragung. Keine beweglichen Teile. Minimaler Unterhalt. Es ist auf die Struktur des Gebäudes – Wände, Böden, Fenster – angewiesen, um Sonnenenergie zu sammeln, zu speichern und abzugeben.
Es handelt sich nicht um eine vollständige Standalone-Lösung. Sie benötigen weiterhin eine mechanische Sicherung. Ein Umluftsystem oder eine Fußbodenheizung übernimmt die schwere Arbeit für die Kühlung im Sommer und die Erwärmung im Winter. Aber die passiven Elemente reduzieren die Belastung.
Die einfachste DIY-freundliche Version ist „Direct Gain“. Sonnenlicht strömt durch Fenster. Das Glas wandelt Licht in Wärmeenergie um. Dunkle Wände und Böden absorbieren diese Wärme. Sie speichern es. Solange die Luft im Inneren warm bleibt, behält das Haus diese Energie. Nachts, wenn die Temperatur sinkt, strahlen die Wände die Wärme zurück in den Wohnraum.
Für einen etwas technischeren Ansatz können Bauherren Wasserrohre aus Metall oder Kunststoff in Wänden installieren. Sonnenlicht fällt nach außen. Das Wasser im Inneren erwärmt sich. Sie pumpen das warme Wasser durch das Haus. Es fungiert als Wärmequelle. Es ist einfache Physik. Es funktioniert.
8: Aktive Sonnensysteme
Manchen Hausbesitzern macht die Dachimmobilie nichts aus. Active Solar nutzt Photovoltaikzellen (PV). Diese Materialien wandeln Sonnenlicht direkt in Elektrizität um. Dieser Strom kann Ihr HLK-System, Ihre Beleuchtung und Ihre Geräte betreiben. PV-Technologie gibt es schon seit Jahrzehnten. Es treibt Satelliten und Taschenrechner an.
Es gibt einen Haken. Effizienz. Moderne Zellen wandeln nur etwa 10 Prozent des Sonnenlichts in nutzbare Energie um. Der größte Teil dieses Solarpotenzials geht als Wärme verloren.
Dann sind da noch die Kosten. Die Installation einer PV-Anlage kostet zwischen 27.000 und 36.000 US-Dollar. Sie sehen eine Amortisationszeit der Energierechnungen von 12 bis 15 Jahren. Steuerrückerstattungen und Bundesanreize tragen dazu bei, die anfänglichen Auswirkungen auszugleichen. Aber es ist eine bedeutende Investition.
Es gibt günstigere aktive Alternativen. Diese Systeme verwenden Luft oder Wasser. Ein Kollektor absorbiert Sonnenenergie. Die Luft bzw. das Wasser erwärmt sich. Diese Wärme wird direkt zu Ihnen nach Hause oder in einen Speichertank übertragen. Von dort verteilen Ventilatoren oder Pumpen die Wärme. Dabei geht es weniger um die Stromerzeugung als vielmehr um die direkte Wärmegewinnung.
Wie Solarzellen funktionieren
Auf mikroskopischer Ebene fangen Solarzellen Photonen ein. Sie lösen Elektronen aus. Diese sich schnell bewegenden Elektronen erzeugen einen elektrischen Strom. Verbinden Sie die Drähte mit ihnen. Du bekommst Macht. Genug, um eine Glühbirne anzuzünden oder einen Motor anzutreiben. Aber denken Sie daran, dass eine Effizienzrate von 10 Prozent wichtig ist. Sie benötigen viel Dachfläche, um Ihre Stromrechnung zu senken.
7: Biomasseenergie
Biomasseenergie entsteht aus organischem Material. Holz, Ernteabfälle und sogar Siedlungsabfälle. Du verbrennst es. Oder brechen Sie es auf. Das Ergebnis ist Wärme oder Kraftstoff. Es ist erneuerbar, weil Sie mehr Pflanzen anbauen können. Aber es ist nicht emissionsfrei. Beim Verbrennen von Holz wird Kohlendioxid freigesetzt. Der Kreislauf funktioniert nur, wenn das neue Wachstum dieses CO2 absorbiert.
Für den Heimwerker bedeutet Biomasse in der Regel einen Holzofen oder einen Pelletkessel. Es erfordert Lagerraum für den Kraftstoff. Zur Entfernung von Asche und Ruß ist eine regelmäßige Wartung erforderlich. Es ist kein „Einstellen und Vergessen“ wie bei einer Wärmepumpe. Wenn Sie jedoch Zugang zu billigem oder kostenlosem Holz haben, können die Betriebskosten sehr niedrig sein. Es ist eine greifbare Energiequelle. Sie können den Kraftstoff sehen. Sie können die Verbrennung in den Griff bekommen.
Die Ökonomie der Biomasseheizung
Ein Holzfeuer strahlt eine ursprüngliche Behaglichkeit aus. Es ist nicht nur Nostalgie. Es ist Physik.
Biomasse ist Energie, die aus lebender Materie gewonnen wird. Bäume. Pflanzen. Die Sonne. Wenn Sie Holz verbrennen, nutzen Sie die gespeicherte Sonnenenergie. Es ist erneuerbar. Es ist natürlich. Und für Hausbesitzer, die ihre Stromrechnungen senken möchten, ist es oft günstiger als Propan, Erdgas oder Heizöl.
Moderne Systeme sind sauberer, als Sie vielleicht erwarten. So stößt eine Hackschnitzelanlage deutlich weniger Schadstoffe aus als ein herkömmlicher Holzofen. Und der CO2-Fußabdruck? Minimal. Fossile Brennstoffe setzen Kohlenstoff frei, der seit Millionen von Jahren im Untergrund eingeschlossen ist. Bei der Verbrennung von Biomasse wird nur der Kohlenstoff freigesetzt, den die Pflanze im Laufe ihres Lebens aufgenommen hat. Es ist ein geschlossener Kreislauf.
Die Rechnung funktioniert zu Ihren Gunsten. Schauen Sie sich Wisconsin an. Im Jahr 2008 gab der Staat bekannt, dass die Umstellung der Schulen von Erdgas auf Holzbiomasse die Heizkosten um 29 bis 57 Prozent senken würde. Das sind Einsparungen von 53.000 bis 75.000 US-Dollar pro Schule und Jahr. Stellen Sie sich eine solche Einsparung bei der Heizkostenrechnung Ihres Hauses vor.
### Wasserheizung: Der stille Arbeiter
Erinnern Sie sich an die klirrenden Heizkörper im Haus Ihrer Großmutter? Das sind Hydroniksysteme. Aber die heutigen Versionen sind anspruchsvoll. Sie erhitzen nicht nur Luft. Sie erhitzen Wasser.
Kessel in diesen Systemen nutzen Sonnen- oder Geothermieenergie, um eine Flüssigkeit zu erhitzen. Normalerweise ist es Wasser. Manchmal ist es eine Frostschutzlösung. Diese Flüssigkeit wird durch einen Kunststoffschlauch gepumpt. Der Schlauch könnte unter Dielen verlaufen. Es könnte entlang der Fußleisten sitzen. Oder es könnte in klassische Heizkörper eingespeist werden.
Wie bewegt sich die Wärme? Drei Möglichkeiten.
Leitung. Wärme bewegt sich von Objekt zu Objekt. Stellen Sie sich einen Löffel in einem Topf mit heißer Suppe vor. Der Griff wird warm. Strahlung. Energie breitet sich durch elektromagnetische Wellen aus. Sie spüren die Wärme einer Wärmelampe, ohne sie zu berühren. Konvektion. Warmes Wasser steigt auf. Kühles Wasser sinkt. Kochendes Wasser ist ein perfektes Beispiel.
Hier gibt es einen sekundären Vorteil. Hydroniksysteme können heißes Wasser durch Rohre in Ihrem Dach pumpen. Dies verhindert Eisdämme. Es sammelt sich kein Schnee. Ihre Dachrinnen bleiben intakt.
### Absorptionswärmepumpen
Die meisten Wärmepumpen werden mit Strom betrieben. Bei Absorptionswärmepumpen ist dies nicht der Fall. Sie laufen mit Hitze. Normalerweise Erdgas, aber auch Solar- und Geothermie funktionieren.
Es gibt zwei wesentliche Unterschiede zwischen Absorptionspumpen und herkömmlichen elektrischen Pumpen. Erstens der Fahrer. Eine Absorptionspumpe verwendet einen Erdgasbrenner. Zweitens das Arbeitsmedium. Elektrische Pumpen verwenden Kältemittel. Absorptionspumpen verwenden eine Wasser-Ammoniak-Lösung.
Im Winter nimmt diese Lösung Wärme aus der Erde auf. Die Pumpe befördert die erhitzte Flüssigkeit in Ihr Haus. Die Luft erwärmt sich. Im Sommer kehrt sich der Prozess um. Der Wärmeaustausch funktioniert rückwärts.
Einige große Einrichtungen gehen noch einen Schritt weiter. Die Mall of America recycelt die Körperwärme ihrer Kunden, um die Temperatur zu regulieren. Es ist nicht für Ihr Vorstadthaus skalierbar. Aber es beweist das Konzept: Abwärme ist wertvolle Wärme.
### Biodiesel und BioHeat
Früher wurde Biodiesel für Lastkraftwagen und Traktoren verwendet. Jetzt ist es für Ihren Ofen.
Hausbesitzer haben es jahrelang ignoriert. Öl war billig. Aber die Ölpreise steigen. Biodiesel holt auf. Die „BioHeat“-Mischungen enthalten 5, 10 oder 20 Prozent Biokraftstoff gemischt mit handelsüblichem Heizöl. Sie können diese Mischungen in einem herkömmlichen Ölofen verbrennen. Keine Konvertierung erforderlich.
Der Nutzen für die Umwelt liegt auf der Hand. Weniger Schadstoffe. Weniger Kohlendioxid. Diese Kraftstoffe stammen aus Energiepflanzen. Weizen. Mais. Sojabohnen. Zuckerrohr. Sie sind nachhaltig.
Aber es gibt einen Engpass. Liefern. Es gibt nicht genügend Händler. In den Vereinigten Staaten liefern nur etwa 19 Unternehmen BioHeat-Mischungen an Privatkunden. Wenn Sie weit entfernt von einem Händler wohnen, haben Sie Pech. Überprüfen Sie Ihre lokale Verfügbarkeit, bevor Sie sich verpflichten.
### Eisbetriebene Klimaanlagen
Eis eignet sich hervorragend für Cocktails. Als primäre Kühlquelle für ein modernes Bürogebäude oder ein vorstädtisches Split-Level-Gebäude ist es weniger offensichtlich. Doch Ice Energy hat bewiesen, dass gefrorenes Wasser die Klimaanlage antreiben kann. Ihr System ersetzt Ihre Klimaanlage nicht vollständig. Es funktioniert daneben. Das Ziel ist einfach: Die schwere Arbeit in die Nebenzeiten verlagern.
Während der Hitze des Tages sind die Netze überlastet. Haushalte und Unternehmen schalten die Geräte ein. Dadurch steigt der Stromverbrauch. Eisbetriebene Systeme verändern das Spiel, indem sie nachts Wasser gefrieren. Sie lagern dieses Eis. Tagsüber kühlt das Eis dann das Kältemittel. Der Kompressor steht still. Dadurch wird der Gesamtenergieverbrauch um etwa 30 Prozent gesenkt.
Wie Eisenergiesysteme die Kühlkosten senken
Der Mechanismus ist unkompliziert. Um es zu verstehen, braucht man keinen Abschluss in Physik. Nachts zirkuliert das Gerät Kältemittel durch Kupferschlangen. Diese Spulen befinden sich in einem Tank, der 450 Gallonen Wasser fasst. Das Kältemittel entzieht der Wärme. Das Wasser gefriert.
Lagerung ist der Schlüssel. Das Eis sitzt im Tank. Wenn tagsüber Hitze eintrifft, läuft die vorhandene Klimaanlage nicht mit voller Leistung. Stattdessen kühlt das Eis das heiße Kältemittel. Das Gebäude bleibt komfortabel. Das Gitter bleibt stabil. Sie sparen Geld bei der Stromrechnung. Dieses Eisenergie-Kühlsystem ist besonders effektiv in Regionen mit hohen Tagestemperaturen und niedrigeren Nachttemperaturen.
Das Konzept der grünen Kohle: Umweltverschmutzung in Strom verwandeln
„Grüne Kohle“ klingt wie ein Oxymoron. Kohle ist bekanntermaßen schmutzig. Es enthält 25 bis 90 Prozent Kohlenstoff. Bei der Verbrennung werden Kohlendioxid, Schwefel und Stickoxide freigesetzt. Diese Gase treiben die globale Erwärmung voran. Die Wissenschaft bietet jedoch eine Wendung.
Wissenschaftler nutzen einen Prozess namens Vergasung. Es entzieht dem Wasser Sauerstoff, indem es den Kohlenstoff in der Kohle nutzt. Das Ergebnis ist sauber brennendes Wasserstoffgas. Dieses Gas kann eine Turbine antreiben. Die Turbine produziert Strom. Die Emissionen werden nicht einfach abgelassen. Sie werden unter die Erde gepumpt. Andere Schadstoffe werden in Feststoffe umgewandelt. Diese Feststoffe können verbrannt werden. Es ist ein komplexer Prozess. Aber es verändert unsere Sicht auf fossile Brennstoffe.
DIY Windwassererwärmung: Eine nachhaltige Option
Wir wissen, dass Wind Strom erzeugt. Was ist mit Hitze? Sie brauchen keine riesige Windmühle in Ihrem Garten. Studenten der Oregon State University haben dies im Jahr 2006 bewiesen. Sie bauten einen kleinen Windturbinen-Warmwasserbereiter.
Dieses System ist absolut nachhaltig. Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizgeräten mit elektrischen Elementen oder Gasflammen ist dieses Heizgerät auf Wind angewiesen. Es wird an ein Dach geschraubt. Die wichtigste Voraussetzung? Genug Wind, um die Turbine anzutreiben.
Die Mechanik ist elegant. Die Turbine dreht Magnete, die an einer Metallplatte befestigt sind. Diese Magnete drehen sich in der Nähe einer Kupferplatte. Der magnetische Widerstand erwärmt das Kupfer. Wasser, das durch Kupferrohre auf der Rückseite der Platte gepumpt wird, absorbiert diese Wärme. Das Ergebnis ist heißes Wasser. Theoretisch kann dieses Warmwasser durch das Haus zirkulieren. Es wird zur Wärmequelle. Es ist eine praktische Lösung für windige Standorte.
Häufig gestellte Fragen
Wie hoch sind die anfänglichen Kosten für die Installation von Geothermiesystemen?
Geothermiesysteme sind aufgrund der Bohr- und Ausrüstungskosten zunächst teuer und liegen oft zwischen 10.000 und 20.000 US-Dollar. Sie können jedoch Ihre langfristigen Energiekosten erheblich senken.
Gibt es staatliche Anreize für die Installation von Solarheiz- und -kühlsystemen?
Ja, viele Regierungen bieten Steueranreize, Rabatte und Zuschüsse an, um die Kosten für die Installation von Solarheiz- und -kühlsystemen auszugleichen und so deren Einführung zu fördern.
Viele weitere Informationen
