Wärmepumpen -
Brennstoffkosten: null

Die Zeit drängt: Die Berichte des Weltklimarats IPCC in den vergangenen vier Jahren offenbaren, dass auf der Erde enorme Anstrengungen unternommen werden müssen, um das 1,5-Grad-Ziel zu erreichen – diese angestrebte Begrenzung des vom Menschen verursachten Temperaturanstiegs zwischen Beginn des Industriezeitalters und dem Jahr 2100. Der weltweite CO₂-Ausstoß muss dazu bis zum Jahr 2050 auf Null heruntergefahren werden. Klimaneutrales Heizen – wie es der Einbau von Wärmepunpen ermöglicht – spielt dabei eine große Rolle. Doch was ist eigentlich eine Wärmepumpe? Wie funktioniert sie? Wo ist sie einsetzbar?

Mit elektrischen Wärmepumpen lassen sich CO₂-Emissionen, wie sie durch herkömmliche Brennwertheizungen verursacht werden, um bis zu 57 Prozent reduzieren, ergab ein Forschungsprojekt des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE). Die Frage ist, ob dieses leistungsstarke System der Wärmeerzeugung auch für die von Mietern typischerweise bewohnten Mehrfamilienhäuser eine solche Entlastung schafft.

Alle Systeme zum Betrieb von Wärmepumpen haben gemein, dass durch den Verzicht auf fossile Brennstoffe die Frage nach einer wirtschaftlichen Stromversorgung im Mittelpunkt steht, denn Wärmepumpen benötigen Strom. Dieser sollte dabei im Idealfall durch den Einsatz erneuerbarer Energien wie Fotovoltaik, Windkraft und Geothermie erzeugt werden.

Prinzip Kühlschrank umgekehrt

Wärmepumpen gewinnen mehr als zwei Drittel der für den Betrieb benötigten Energie aus der im Umfeld vorhandener Wärme. Diese wird von einem in der Wärmepumpe vorhandenen Trägerstoff (beispielsweise Propen) aufgenommen und dann in einem Wärmetauscher an das Wasser in den Heizungsleitungen übertragen. Die Funktionsweise einer Wärmepumpe folgt dabei dem Prinzip des Kühlschranks – nur in umgekehrter Richtung. Während der Kühlschrank seinem Innenraum Wärme entzieht und diese nach außen abgibt, entzieht die Wärmepumpe dem Außenbereich die Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Haus ab. 

Für die „Wärmebeschaffung“ sorgen zum Beispiel Grundwasserpumpen, die Grundwasser ansaugen und dabei den Umstand nutzen, dass dieses ein wenig wärmer ist als der Wärmeüberträgerstoff in der Wärmepumpe. Oder es werden Erdwärmepumpen genutzt, die eine kalte Flüssigkeit durch im Erdreich verlegte Rohrleitungen leiten, die wiederum von der wärmeren Umgebung erwärmt werden. Gleichfalls zum Einsatz kommen Luftwärmepumpen, die die Außenluft zur Wärmeerzeugung nutzen. 

Herkömmliche Wärmepumpen arbeiten immer unter voller Belastung, bis die voreingestellte Wärme erreicht ist. Das führt zu abrupten Änderungen der Leistungsaufnahme und folglich zu einem hohen Stromverbrauch. Hinzu kommt, dass Wärmepumpen durch einen derartigen Dauerbetrieb rasant verschleißen und schnell an Effizienz verlieren. Dem steuert man mit Systemen entgegen, welche die überschüssig erzeugte Energie speichern können oder die Leistung der Wärmepumpen regulierbar machen. Deshalb kommen Pufferspeicher (Wärmespeicher) oder Inverter-Wärmepumpen (mit einem Steuerelement) zum Einsatz. Pufferspeicher dienen dazu, überschüssige Wärme aufzunehmen und diese bei Bedarf an das Heizungssystem abzugeben. Neben zusätzlichen Kosten in der Anschaffung und Energieversorgung des Speichers hat die Wärmepumpe mit Pufferspeicher aber höhere Wärmeverluste, die trotz Dämmung eintreten. 

Die stufenlose Leistungsregelung je nach Heizwärmebedarf ermöglicht die Inverterwärmepumpe. Dafür liefert der Kompressor-Motor nur so viel Wärme wie nötig. Der Einsatz von Wärmepumpen mit Inverter macht einen Pufferspeicher unnötig, denn es gibt keine zu speichernde Wärme. Ihr Einsatz ist vor allem auch in Bestandsbauten sinnvoll, da dort der Bedarf je nach Jahreszeit unterschiedlich groß ist. Im Sommer ist nur für sehr kurze Zeit die Gesamtleistung zur Warmwassererwärmung, bei Minusgraden hingegen die volle Wärmepumpen-Leistung erforderlich. Im Sommer kann die Wärmepumpe auch zum Kühlen verwendet werden. 

Bereits im Jahr 2019 wurde in Deutschland jeder zweite Neubau mit einer Wärmepumpe zur Wärmeerzeugung ausgestattet. Aber auch der Einbau in Bestandsgebäuden ist funktional, spart Energie und wird zunehmend attraktiver, wie das ISE festgestellt hat. Während lange Zeit das Baualter eines Gebäudes zum Maßstab für den erfolgreichen Betrieb einer Wärmepumpe genommen wurde, hat das ISE in einem 2020 durchgeführten Feldtest festgestellt, dass dies nicht so relevant ist wie dessen energetischer Standard. Ebenso legt die Studie des ISE dar, dass ein Umstieg von alten Heizkörpern auf Flächenheizsysteme nicht, wie bis dahin angenommen, zwangsläufig erforderlich ist. Auch Gliederheizkörper mit geringeren Vorlauftemperaturen von 30 bis 35 Grad Celsius können effizient genutzt werden. 

Die Lösung für den Altbau: die Hochdruckwärmepumpe

Selbst den erforderlichen hohen Vorlauftemperaturen von alten Heizkörpern kann die Hochtemperatur-Wärmepumpentechnik gerecht werden. Das sind – vereinfacht beschrieben – zwei hintereinander geschaltete Wärmepumpen. Dabei nutzt die zweite die bereits durch die erste Wärmepumpe erzeugte Temperatur (von zum Beispiel 44 bis 45 Grad Celsius) und pumpt das erreichte Temperaturniveau bis zu 90 Grad Celsius auf. Der Einsatz von Hochtemperatur-Wärmepumpen mit Inverter wäre also im Berliner Altbaubestand auch ohne Austausch der Heizkörper machbar und effizient. 

Dass der Betrieb einer Wärmepumpe CO₂-Emissionen verringert und Ressourcen schont, liegt auf der Hand. Aber wie verhält es sich mit den Kosten? Der Stromverbrauch ist hoch, gerade bei der Hochtemperatur-Wärmepumpe. Auch die Investitionskosten sind vergleichsweise hoch. Während sich die Kosten für eine Gasheizung auf circa 6000 bis 8000 Euro belaufen, fallen für eine Wärmepumpe durchschnittlich 12.000 bis 16.000 Euro an, eine Hochtemperatur-Wärmepumpe ist noch etwas teurer. Da der für den Wärmepumpenbetrieb nötige Strom meist über eine Fotovoltaikanlage gewonnen wird, sind auch deren Kosten in die Rechnung einzukalkulieren. Doch diese Kosten haben auch ihren Nutzen: Der Preis für den Brennstoff beträgt null Euro. 

Ansehnliche Förderung

Bei der Finanzierung helfen Förderprogramme wie zum Beispiel vom Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA). Dieses übernimmt 35 Prozent der anfallenden förderfähigen Kosten beim Einbau einer Wärmepumpe. Ersetzt die neue Heizung eine alte Ölheizung, erhöht sich der Zuschuss auf 45 Prozent. Für die Mieterinnen und Mieter würden sich bei gleichbleibenden Strompreisen keine wesentlichen Änderungen bei den Verbrauchskosten ergeben, weiß Katja Weinhold von Bundesverband Wärmepumpe (BWP). Aber dem 1,5-Grad-Ziel sind sie ein kleines Stück entgegen gekommen. Und wer weiß, wie sehr die Kosten anderer Energieträger und Heizsysteme noch steigen werden.

Elke Augustin

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Nachteil: Lärm

Wärmepumpen arbeiten mit Umweltwärme: Sie beziehen ihre Wärme aus dem Wasser, der Luft oder der Erde. Grundwasser- und Erdwärmepumpen arbeiten effizient mit hoher Vorlauftemperatur und verbrauchen weniger Strom als Luftwärmepumpen. Sie benötigen jedoch viel Platz, um mit Erdsonden ins Erdreich vorzudringen oder Brunnenanlagen zu nutzen. Bevorzugt werden Luftwärmepumpen verwendet, denn sie sind in der Anschaffung preiswerter, dazu platzsparend und eignen sich für Neu- und Bestandsbauten. Nachteilig sind jedoch die Geräusche der für den Betrieb notwendigen Ventilatoren, deren Dimension und Anzahl gerade bei der Versorgung von Mehrfamilienhäusern nicht unerheblich ist. Abhilfe kann dabei eine schallgedämmte Einhausung der Geräte schaffen, wofür der Platz wiederum vorhanden sein muss. 

ea

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Energiegipfel 2022: Zahl der Wärmepumpen deutlich erhöhen

Der Energiegipfel im Juni 2022 hatte auch einen forcierten Einsatz von Wärmepumpen zum Thema. So sollen dem Einbau von 150.000 Wärmepumpen im Jahr 2021 schon 2024 rund 500.000 Wärmepumpen folgen. Bei den Kosten hofft Bundesbauministerin Klara Geywitz auf Effekte einer Preissenkung am Markt durch eine hohe Nachfrage. Daneben sollen auch bereits bestehende Förderkulissen wie KfW-Förderprogramme und Mittel zur gebäudeübergreifenden Quartierssanierung finanzielle Anreize geben. 

ea

Hartmut Lindenberg
02.10.2022