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Is Geothermal Heating and Cooling Worth the Cost? Heat Pumps Explained - YouTube
Channel: Undecided with Matt Ferrell
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[2]
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in der Beschreibung unten.
[4]
Beim Bau eines Hauses
[4]
haben Hausbesitzer mehrere Möglichkeiten,
[5]
ihre Heiz- und Kühlsysteme
mit Energie zu versorgen,
[7]
wie etwa Öl, Erdgas oder Strom,
[10]
aber es gibt noch eine weitere Option,
[11]
die sich direkt unter
unseren Füßen befindet.
[12]
Sie können geothermisches Heizen
[14]
und Kühlen in Ihrem Haus installieren,
[15]
aber ist es die Kosten
wert und wie hält es sich?
[18]
Ich bin Matt Ferrell.
[19]
Willkommen bei Undecided.
[27]
Heiz- und Kühlsysteme sind
ein wesentlicher Bestandteil
[29]
unserer Häuser, aber
sie haben ihren Preis.
[31]
Laut dem Annual Energy
Outlook 2021 der EIA
[35]
macht die Raumheizung 1 %
des gesamten Haushaltsstroms
[37]
hier in den USA aus,
[39]
während die Raumkühlung 16% ausmacht,
[41]
so dass sie zusammen etwa 31%
[43]
des gesamten Stromverbrauchs
im Land ausmachen.
[45]
Aber das ist von Region
zu Region unterschiedlich.
[48]
Neben Strom sind Erdgas
[49]
und Öl die wichtigsten Heizbrennstoffe.
[51]
Nun ist der Ölverbrauch in
den gesamten USA zwar gering,
[54]
aber hier im Nordosten, wo ich lebe,
[56]
ist er leider immer noch weit verbreitet.
[58]
Und wir sprechen hier von 81%
des gesamten Heizölverbrauchs
[61]
in dieser Region.
[62]
Aber zum Glück gibt ist eine Alternative,
[64]
die langsam in Schwung kommt,
die Nutzung von Erdwärme
[66]
direkt aus dem Boden zum
Heizen und Kühlen Ihres Hauses.
[69]
Wenn Sie sich dafür interessieren,
[69]
wie geothermische Energie zur
Stromerzeugung genutzt wird,
[71]
habe ich auch ein Video zu diesem Thema.
[73]
Geothermische Systeme gibt
es bereits seit den 1940ern,
[76]
zunächst zur Warmwasserbereitung.
[78]
Aber mit der Weiterentwicklung
der Technologie
[79]
wurden diese Systeme für
verschiedene Zwecke eingesetzt,
[81]
wie etwa für die
Stromerzeugung und für Heiz-
[84]
und Kühlsysteme, auch
bekannt als Erdwärmepumpen
[87]
oder GSHP, die die stabile Temperatur
[89]
des Bodens zum Heizen und Kühlen nutzen.
[92]
Grundsätzlich besteht ein
geothermisches Heizsystem
[94]
aus flüssigkeitsgefüllten Rohrschleifen
[96]
zum Wärmeaustausch mit dem Erdreich
[97]
und einer Wärmepumpe,
[98]
die dieser Flüssigkeit die Wärme entzieht,
[100]
sie konzentriert und
dann über Rohrleitungen
[102]
an das Gebäude weitergibt.
[103]
Dieser Teil sieht ziemlich vertraut aus
[105]
mit jedem anderen Warmluftheizungssystem,
[106]
das Sie wahrscheinlich
schon gesehen haben.
[108]
Das Herzstück einer
Erdwärmepumpe besteht aus
[109]
einem Wärmetauscher, einem Kompressor und
[111]
einem Steuerungssystem,
das den Prozess regelt.
[113]
Die verwendete Flüssigkeit
kann von Grundwasser
[116]
bis zu einer Mischung von
Wasser mit Frostschutzmittel
[118]
oder einem anderen geeigneten
Kältemittel reichen,
[119]
das in den Erdschleifen zirkuliert.
[121]
Um diesen Erwärmungs- und
Abkühlungsprozess zu verstehen,
[123]
ist es wichtig zu wissen, dass Wärme immer
[125]
von einer Flüssigkeit oder einem Körper
[126]
mit höherer Temperatur
[127]
zu einer mit niedrigeren
Temperatur fließt.
[129]
Wenn Sie zum Beispiel einen Eiswürfel
[130]
in ein Glas Wasser geben,
schmilzt er, richtig?
[133]
Das liegt daran, dass das
Wasser eine höhere Temperatur
[134]
und mehr Wärme als der Eiswürfel hat,
[136]
so dass die Wärme in den
Würfel übertragen wird,
[138]
was dazu führt, dass sich
das Eis erhitzt und schmilzt.
[141]
Überträgt man das auf die
Wärmepumpe, im Winter ist
[143]
die Temperatur im Boden
höher als an der Oberfläche.
[146]
Die kühle Flüssigkeit, die vom Haus
[148]
nach unten in die Schleifen
fließt, nimmt die Wärme aus
[150]
dem Erdreich auf und bringt
sie wieder nach oben ins Haus.
[152]
Und die Wärmepumpe
komprimiert die Flüssigkeit,
[154]
wodurch sich die Temperatur
der Flüssigkeit erhöht,
[156]
wodurch die Luft erwärmt wird
und die erwärmte Luft wird
[159]
im Haus umgewälzt und mit der
kühleren Luft ausgetauscht.
[161]
Die abgekühlte Flüssigkeit
aus diesem Prozess wird zurück
[163]
in das Erdreich gepumpt, um
den Kreislauf fortzusetzen
[164]
und einen geschlossenen
Kreislauf zu bilden.
[166]
Im Sommer kehrt sich dieser Prozess um.
[169]
Das Kältemittel mit der
niedrigeren Temperatur nimmt Wärme
[170]
aus dem Haus auf, das nun
eine höhere Temperatur
[172]
als das Erdreich hat, es ist
also genau das gleiche Prinzip.
[176]
Die erwärmte Flüssigkeit
überträgt die Wärme aus dem Haus
[178]
in das Erdreich und kehrt abgekühlt wieder
[179]
nach oben ins Haus zurück.
[181]
Nun können geothermische Systeme
[182]
in mehrere Unterkategorien
aufgeteilt werden,
[184]
von denen die einfachste
[184]
die Offener-Kreislauf-Geothermie-Systeme
sind.
[187]
Sie verwenden ein offenes Rohr,
um Grundwasser hochzupumpen,
[189]
das in seiner Temperatur
[190]
dem umgebenden Erdreich viel näher ist.
[192]
Das Wasser durchläuft die Wärmetauscher
[193]
innerhalb der Wärmepumpe
[194]
und wird dann wieder in
das Erdreich geleitet,
[195]
diesmal jedoch in einem
Abstand von der Ansaugstelle.
[198]
Diese Art von System
erfordert viel Sorgfalt,
[200]
da Sie darauf achten müssen,
[201]
dass das angesaugte Wasser die Pumpe
[203]
oder den Wärmetauscher nicht
beschädigt oder verstopft.
[205]
Darüber hinaus gibt es
an einigen Standorten
[207]
Umweltvorschriften, die vorschreiben,
[208]
dass das austretende Wasser
aufbereitet werden muss,
[210]
bevor es wieder in den
Boden eingeleitet wird.
[213]
Sedimente und Verunreinigungen
aus dem Grundwasser
[215]
können das System
verstopfen und verschleißen,
[216]
was in einem geschlossenen
Kreislaufsystem nicht passiert,
[218]
da das Kältemittel durch
den Kreislauf fließt,
[220]
ohne mit dem Grundwasser
in Berührung zu kommen.
[223]
All dies macht diese
Systeme teurer im Unterhalt,
[226]
sie haben eine kürzere Lebensdauer,
[227]
aber sie haben niedrigere
Anschaffungskosten
[229]
und eine ausgezeichnete Effizienz.
[231]
Geschlossene Kreislaufsysteme hingegen
[232]
sind die häufigste Art von
geothermischen Systemen
[234]
zum Heizen und Kühlen.
[235]
Und obwohl sie nicht
immer so effizient sind
[237]
wie Systeme mit offenem Kreislauf,
[238]
machen sie einige der
Nachteile wieder wett.
[240]
Sie können in vier
Typen unterteilt werden,
[242]
je nach Ausrichtung der
Wärmetauscherschleifen im Erdreich.
[245]
Bei vertikalen Kreisläufen,
wie der Name schon sagt,
[247]
sind sie vertikal ausgerichtet,
und es müssen mehrere Löcher
[249]
direkt in den Boden gebohrt werden.
[251]
Die Anzahl der Löcher, ihre Tiefe,
[253]
der Abstand zwischen ihnen
[254]
und das Flüssigkeitsvolumen in den Rohren
[256]
hängt vom Boden, den
Temperaturschwankungen
[258]
und dem Heiz- und
Kühlbedarf des Hauses ab.
[260]
Ein großer Vorteil von
vertikalen Systemen ist,
[262]
dass sie auf einer sehr kleinen Fläche
[263]
installiert werden können.
[264]
Horizontalkreisläufe bestehen,
wie der Name schon sagt,
[267]
auch hier aus Rohren, die horizontal
[269]
im Boden verlegt werden.
[270]
Dabei werden die Rohre etwa ein
[272]
bis drei Meter unter der Erde verlegt,
[273]
die Länge kann jedoch bis
zu 120 Meter betragen.
[276]
Sie nehmen viel Platz in Anspruch.
[278]
Wenn die Kreisläufe zu
flach installiert sind,
[280]
können sie in den
Wintermonaten zu kühl laufen.
[282]
Horizontale Kreislaufsysteme
werden in der Regel
[284]
an Orten installiert, an
denen größere Mengen an Boden
[285]
zum Graben zur Verfügung stehen,
[286]
wie etwa auf Bauernhöfen
oder in Landhäusern.
[289]
Wie ich schon sagte,
brauchen Sie viel Platz.
[292]
Es gibt auch Slinky-Spulenkreisläufe,
[294]
aber nicht diese Art von Slinky.
[296]
Das sind den horizontalen
Anordnungen sehr ähnlich,
[298]
aber sie wickeln die Schläuche so auf,
[299]
dass sie sich überlappen,
um Platz zu sparen.
[301]
Diese Schleifen bieten also
die gleiche Rohrleitungslänge
[304]
bei geringerer Fläche, allerdings
benötigen diese Systeme
[307]
mehr Wicklungen pro Kilowatt Leistung.
[309]
Und schließlich Pond Kreisläufe,
[310]
das sind Unterwassersysteme,
[312]
die in Gewässern in der Nähe
des Hauses installiert werden.
[314]
Diese Systeme erfordern keine
Bohrungen oder Grabungen,
[316]
was die Kosten senken kann,
[318]
aber das Wasser muss tief genug sein,
[319]
damit die Schleifen nicht
[320]
den Oberflächentemperaturen
ausgesetzt sind.
[322]
Erdwärmepumpen werden in Tonnen bemessen,
[324]
eine Tonne entspricht 12.000 BTUs
[326]
und einer Wärmepumpe mit
3,5 Kilowatt Leistung.
[330]
Als Faustregel für den
Wärmeverlust benötigen Sie
[333]
durchschnittlich 16 bis
23 BTUs pro Quadratfuß
[335]
und Stunde.
[336]
In einem neuen amerikanischen
Haus, das ab 2020
[339]
im Durchschnitt etwa 214
Quadratmeter groß ist,
[341]
werden also etwa 36.000
BTUs pro Stunde benötigt,
[344]
was uns zu einer Drei-Tonnen-Wärmepumpe
[347]
mit etwa 11 Kilowatt bringt.
[349]
Geothermische Systeme
haben einige Vorteile,
[350]
die das Interesse von Hausbesitzern
[352]
auf der ganzen Welt geweckt haben.
[353]
Diese Systeme können
erhebliche Einsparungen
[355]
beim Heizen und Kühlen bringen.
[356]
Sie können in fast allen
Klimazonen gut arbeiten.
[358]
Sie sind umweltfreundlich,
[360]
halten länger als herkömmliche
Heiz- und Kühlsysteme,
[362]
manchmal dramatisch länger,
[364]
und sind wartungsarm.
[366]
Einem marktgroßen Bericht zufolge
[368]
wurde der Markt für geothermische
Wärmepumpen weltweit
[370]
auf 9,5 Mrd. US-Dollar geschätzt und soll
[373]
von 2020 bis 2027 mit
einer durchschnittlichen
[376]
jährlichen Wachstumsrate von 7,2% wachsen.
[379]
Der Wohnbereich hat das
stark vorangetrieben
[382]
und machte 2019 49,7% des Marktes
[384]
für geothermische Wärmepumpen aus,
[387]
wobei horizontale Kreislaufsysteme
[388]
am weitesten verbreitet sind.
[389]
Aber wie jede Technologie
[391]
hat auch die Erdwärmepumpe
einige Nachteile
[392]
und Herausforderungen, die
überwunden werden müssen,
[394]
damit diese Heiz- und
Kühlsysteme alltäglicher werden.
[397]
Ein großer Stolperstein sind die hohen,
[399]
im Voraus zu zahlenden
Installationskosten,
[401]
die laut EnergySage zwischen 10.000
[403]
und 30.000 Dollar liegen.
[404]
Und je größer das System ist,
[406]
desto höher sind die Anschaffungskosten.
[408]
Wenn Sie genauere Angaben
zu den Preisen wollen,
[409]
ist das schwierig, da
diese je nach Wohnort
[412]
und Art des Systems, das Sie
installieren lassen, variieren.
[414]
Aber die Kosten für ein
durchschnittliches System
[416]
mit offenem Kreislauf
[417]
liegen zwischen 9.000
und 15.000 US-Dollar.
[420]
Und für Systeme mit
geschlossenem Kreislauf
[421]
müssen Sie mit 12.000 bis
30.000 US-Dollar rechnen.
[424]
Und innerhalb der
geschlossenen Kreislaufsysteme
[426]
haben Sie die Wahl zwischen horizontalen
[428]
und vertikalen Kreisläufen,
[429]
wobei die horizontalen zwischen
12.000 und 25.000 US-Dollar
[432]
und die vertikalen Kreisläufe
[433]
zwischen 15.000 und
30.000 US-Dollar liegen.
[436]
Der geringe Wartungsaufwand
[437]
und die niedrigeren Anschaffungskosten
[438]
eines horizontalen Systems
mit geschlossenem Kreislauf
[440]
sind der Grund, warum sie am
häufigsten verkauft werden.
[442]
Und diese Kosten sind
ziemlich vergleichbar
[443]
mit anderen Bereichen der
Welt, soweit ich sagen kann.
[446]
Ich habe einige GB-Preise gefunden,
[447]
die ziemlich genau mit
diesen übereinstimmen.
[449]
Um diese Preise in die
richtige Perspektive zu rücken,
[451]
liegen die durchschnittlichen
Installationskosten
[452]
für ein herkömmliches
HLK-System hier in den USA
[455]
zwischen 6.800 und 12.000 US-Dollar,
[458]
einschließlich der neuen Rohrleitungen,
[460]
der neuen zentralen Klimaanlage
und eines neuen Gasofens.
[462]
Der Austausch eines HLK-Systems
ohne neue Rohrleitungen
[465]
kostet zwischen 4.800 und 9.300 US-Dollar,
[468]
je nach Größe des Hauses
und der verwendeten Geräte.
[471]
Obwohl die Anschaffungskosten
[472]
eines geothermischen Systems höher sind
[474]
als die eines konventionellen HLK-Systems,
[476]
sind Erdwärmepumpen viel effizienter
[478]
als herkömmliche Heiz- und Kühlsysteme.
[480]
Sie können eine Leistungszahl oder COP
[483]
von drei bis fünf erreichen, was bedeutet,
[486]
dass das System für jede Energieeinheit,
[487]
die es selbst verbraucht,
[490]
drei bis fünf Einheiten
Wärme für das Haus erzeugt.
[493]
Darüber hinaus sind
geothermische Wärmepumpen
[495]
von Energy Star zertifiziert
und heizen und kühlen
[498]
45% effizienter als ein
herkömmliches System.
[501]
In Kanada können Sie
[502]
zwischen 600 und 1.440
Dollar pro Jahr sparen.
[505]
Und je nach Ihrer aktuellen Wärmequelle
[507]
können Sie hier in den USA
ähnliche Einsparungen erzielen.
[509]
Die typische Amortisationszeit
und die Einsparungen
[510]
beim System liegen in der Regel
[511]
bei acht bis zehn Jahren,
aber bedenken Sie,
[514]
dass diese Systeme eine
durchschnittliche Lebenserwartung
[516]
von über 20 Jahren für die
Wärmepumpe und etwa 50 Jahren
[519]
für die unterirdische Infrastruktur haben.
[521]
In vielen Fällen kann
davon ausgegangen werden,
[523]
dass die geschlossenen
Kreislaufsysteme zwischen 50
[525]
und 100 Jahren mit sehr
wenig Wartung halten.
[528]
Um diese Vorlaufkosten zu reduzieren,
[529]
wurden staatliche Maßnahmen und Anreize
[531]
wie Steuergutschriften
und Zuschüsse eingesetzt,
[533]
um die Amortisationszeit zu verkürzen.
[535]
Hier in den USA zum Beispiel
[536]
bietet der Federal Residential
Renewable Energy Tax Credit,
[539]
der einem leicht von den Lippen geht,
[541]
Hausbesitzern eine
Steuergutschrift in Höhe von 30%
[543]
der gesamten Installationskosten
[545]
des mit dem Energy Star
ausgezeichneten Systems.
[547]
Ein 20.000 US-Dollar System würde Sie also
[549]
nach der Steuergutschrift
14.000 US-Dollar kosten.
[551]
Darüber hinaus bieten einige
Bundesstaaten Zuschüsse
[553]
für Hausbesitzer an, die
geothermische Systeme installieren,
[556]
wie Maryland, das einen Zuschuss
[557]
von 3.000 US-Dollar anbietet.
[559]
Hetzt sprechen wir über ein
11.000 US-Dollar System.
[561]
Und die Firma Dandelion, hier in den USA,
[564]
bietet einen wirklich einfachen,
im Voraus festgelegten
[566]
Prozess an, um Geothermie in
Ihrem Haus zu installieren.
[568]
Sie bewerten, ob Ihr Haus
ein guter Kandidat ist,
[570]
helfen Ihnen, Anreize zu nutzen
[572]
und bieten Ihnen ein
Darlehen ohne Anzahlung,
[574]
so dass Sie vom ersten Tag
[575]
an finanzielle Einsparungen sehen können.
[577]
Ihr Servicegebiet konzentriert sich
[578]
im Moment auf den Nordosten der USA,
[580]
wird sich aber hoffentlich
weiter ausdehnen.
[582]
Es gibt noch ein paar andere Innovationen,
[583]
die dazu beigetragen haben,
die Effizienz zu steigern,
[584]
die Kosten zu senken
[585]
und die Geothermie zugänglicher zu machen,
[587]
aber bevor ich dazu komme,
[589]
möchte ich dem wahrscheinlich
besten Sponsor danken,
[591]
den ich für dieses Video
hätte haben können.
[592]
Im Ernst, eine bessere Verbindung
[594]
zu einem Sponsor bekommt man nicht.
[595]
Wenn es um Thermodynamik geht
[597]
und darum zu lernen, wie
Wärme übertragen wird
[599]
und funktioniert, kann der
Brilliant Science Essentials Kurs
[601]
Sie wirklich auf den
richtigen Weg bringen.
[603]
Es hat mir wirklich geholfen.
[605]
Am Ende des Kurses werden
Sie nicht nur die Wärme,
[607]
sondern auch Materie
[608]
und Energie ziemlich gut im Griff haben.
[610]
Aber wenn das Ihre Temperatur
nicht in die Höhe treibt,
[612]
müssen Sie dort nicht aufhören,
[613]
denn Brilliant hat über 60 Kurse zu Themen
[615]
wie Logik, Mathematik und Informatik.
[618]
Und ja, ich habe einen wirklich
[619]
schlechten Hitze-Witz gemacht.
[621]
Sie lehren alle Konzepte
[622]
durch Spaß und interaktive
Herausforderungen,
[624]
die Ihnen helfen, das Warum
von etwas zu verstehen,
[626]
nicht nur das Wie.
[627]
Es hilft, Ihre Intuition zu entwickeln,
[628]
was mein Lieblingsteil an Brilliant ist
[630]
und die Art und Weise
anspricht, wie ich lerne.
[632]
Gehen Sie auf brilliant.org/Undecided,
[634]
um sich kostenlos zu registrieren.
[635]
Die ersten 200 Personen
erhalten 20% Rabatt
[637]
auf ihre jährliche Premium-Mitgliedschaft.
[639]
Danke an Brilliant und an Sie alle
[641]
für die Unterstützung des Kanals.
[642]
Es gibt also noch ein
paar andere Innovationen,
[643]
die dazu beitragen, die
Effizienz zu verbessern,
[645]
die Kosten zu senken und
es zugänglicher zu machen,
[647]
wie zum Beispiel Wärmepumpen
mit zwei Quellen.
[650]
In einigen Gebieten der Welt
ist es zu heiß oder zu kalt,
[652]
als dass eine Wärmepumpe
[653]
die Temperatur eines
Hauses regulieren könnte.
[654]
Wärmepumpen mit zwei
Quellen können nicht nur
[656]
aus dem Erdreich, sondern
auch aus der Luft heizen.
[659]
Sie schalten auf die Quelle um,
[661]
die in diesem Moment am effektivsten ist,
[662]
und erreichen so eine höhere Effizienz
[664]
als eine herkömmliche Wärmepumpe.
[665]
Sie sind etwa 2 bis 7%
effizienter als Luftheizungen
[668]
und etwa 4 bis 8% effizienter
als reine Erdheizungen.
[672]
Außerdem wurden intelligente
Steuerungen implementiert,
[673]
um das Netz zu entlasten
[675]
und die Betriebskosten zu senken.
[677]
Bei richtiger Synchronisierung würde
[678]
die intelligente Steuerung
von Millionen von Geräten,
[680]
wie etwa Erdwärmepumpen
[681]
und Elektrofahrzeugen,
dem Netz ermöglichen,
[683]
Angebot und Nachfrage auszugleichen.
[684]
Intelligente Steuerungen
ermöglichen es Hausbesitzern auch,
[686]
die dynamischen Tarife
oder Nutzungszeittarife
[688]
der Anbieter zu nutzen und
einfach dann zu laufen,
[690]
wenn die Strompreise am niedrigsten sind.
[692]
Wärmepumpen des britischen
Unternehmens Kensa beispielsweise
[694]
können mit intelligenten
Steuerungen integriert werden,
[696]
um die Heizpläne auf Zeiten mit niedrigem
[698]
Kohlendioxidausstoß und
kostengünstigem Strom auszurichten.
[700]
Tarife, wie etwa Agile Octopus,
[703]
veröffentlichen die
halbstündlichen Strompreise
[705]
einen Tag im Voraus,
[706]
daher werden die intelligenten Steuerungen
[707]
diese Preise variieren
[708]
und mit der üblichen Routine
des Haushalts synchronisieren,
[711]
was dem Hausbesitzer niedrigere
Betriebskosten beschert.
[713]
Geothermische Wärmepumpen sind vielleicht
[714]
nicht die erste Wahl
[715]
für den durchschnittlichen Hausbesitzer,
[717]
der nicht langfristig an die
Vorteile für die Umwelt denkt,
[719]
aber mit weiteren Verfeinerungen
[721]
und Anreizmaßnahmen werden
geothermische Systeme immer mehr
[723]
zu einer überzeugenden
Wahl für die Massen werden.
[726]
Was meinen Sie dazu?
[727]
Wollen Sie ein geothermisches System?
[729]
Ich weiß, dass ich das tue.
[730]
Schreiben Sie mir in die Kommentare
[731]
und lassen Sie es mich wissen.
[731]
Wenn Ihnen dieses Video gefällt,
sollten Sie sich unbedingt
[733]
eines der Videos ansehen,
die ich hier verlinkt habe.
[734]
Achten Sie darauf, zu abonnieren und
[735]
drücken Sie die Benachrichtigungsglocke,
[736]
wenn Sie denken, dass ich es
verdient habe, und, wie immer,
[738]
danke an alle meine Patreons
und an Sie alle fürs Zuschauen.
[741]
Wir sehen uns beim nächsten Mal.
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