In neuen Häusern sorgen Wärmepumpen effizient und damit ökologisch für Wärme. Ob Wärmepumpen auch im typisch deutschen Altbau genügend Wärme liefern und Kohlendioxid-Emissionen einsparen, dazu lagen lange keine systematisch ermittelten Erkenntnisse vor. Mit der Ungewissheit ist nun Schluss.
Wärmepumpen im Altbau erreichen JAZ von bis zu 4,7
Das Fraunhofer ISE konnte 41 Wärmepumpen mit gleichem Auswertzeitraum und einheitlicher Bilanzgrenze auswerten. Für den Zeitraum Juli 2018 bis Juni 2019 hat das Fraunhofer-Institut 29 Außenluft-Luft/Wasser-Wärmepumpen zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung analysiert. Die Anlagen erreichten Jahresarbeitszahlen (JAZ) von 2,5 bis 3,8. Der Mittelwert der Wärmepumpen-JAZ lag bei 3,1. Zwei Ausreißer mit besonders guten JAZ wurden bei der Berechnung nicht berücksichtigt.
Bei den zwölf untersuchten Erdwärmeheizungen ermittelten die Forscherinnen und Forscher JAZ zwischen 3,3 und 4,7 bei einem Mittelwert von 4,1. Bei den Erdwärmepumpen wurde ein negativer Ausreißer nicht berücksichtigt.
„Die Wärmepumpen in unserem Forschungsprojekt liefern die gewünschte Wärme zuverlässig, es gab kaum Betriebsstörungen“, sagt Dr. Marek Miara, Koordinator Wärmepumpen am Fraunhofer ISE. „Offensichtliche Fehler bei der Installation oder Parametrierung der Regler traten im Vergleich zu früheren Feldtests deutlich seltener auf. Dies ist auch auf den Zuwachs von Know-how bei Herstellern und Installateuren in den letzten zehn bis 15 Jahren zurückzuführen.“
Wärmepumpen im Altbau deutlich klimafreundlicher als fossile Heizungen
Die untersuchten Wärmepumpen funktionieren nicht nur einwandfrei im Altbau, sondern sind auch noch deutlich klimafreundlicher als fossile Heizungen. Im Jahr 2018 lagen die auf Basis der Messungen errechneten Kohlendioxid-Emissionen der vermessenen Außenluft-Wärmepumpen um 19 bis 47 Prozent niedriger als dies bei Wärmeversorgung der gleichen Gebäude mit Gas-Brennwertheizungen der Fall gewesen wäre. Bei den Erdreich-Wärmepumpen lagen die entsprechenden Werte sogar bei 39 bis 57 Prozent.
Und durch den weiteren Zubau von Windkraft und Photovoltaik werden sich die CO2-Kennwerte für den Strom weiter verbessern, so dass die CO2-Emissionen weiter sinken werden. Infolgedessen sind selbst bei einem pessimistischen Ökostromausbauszenario auch durch Wärmepumpen im Altbau mittelfristig Einsparungen von mehr als 50 Prozent zu erwarten, so die Forscher des Fraunhofer ISE.
Viele überschätzen die im Altbau nötigen Vorlauftemperaturen
Die maximal zur Raumheizung erforderlichen Vorlauftemperaturen lagen für die 27 Außenluft-Wärmepumpen im Mittel bei knapp 44 Grad Celsius, bei den elf Erdreich-Wärmepumpen waren es etwas über 45 Grad Celsius (jeweils ohne Ausreißer).
„Im Bestandsgebäudebereich werden oft die erforderlichen Heizkreistemperaturen im Normauslegungspunkt diskutiert, also die Heizkreistemperaturen bei sehr geringen Außentemperaturen um minus zwölf bis minus 16 Grad Celsius“, so Miara. So bitterkalte Tage treten jedoch nur äußerst selten auf.
„Ausschlaggebend für die Effizienz sind daher vor allem die erforderlichen Temperaturen, wenn am meisten geheizt wird, also bei Temperaturen knapp über null Grad Celsius“, erklärt der Wärmepumpen-Experte. „Die seltenen Extreme fallen daher in der Jahresbilanz kaum ins Gewicht.“
Stromverbrauch des Heizstabes ist im Altbau nicht relevant
Die Energieverbräuche der Elektroheizstäbe, die bei besonders kalten Temperaturen die Wärmepumpe unterstützen, spielen bei den vermessenen Anlagen eine untergeordnete Rolle. Bezogen auf alle mit Elektroheizstab ausgestatteten Außenluft-Wärmepumpen (24 von 29) betrug der Anteil der Heizstabsarbeit 1,9 Prozent.
Ein relevanter Heizstabbetrieb wurde lediglich infolge falscher Parametrierung, bei Defekten oder infolge von Legionellenvermeidung gemessen. Bei den Erdreich-Wärmepumpen nahmen nur zwei von zwölf Anlagen die Heizstäbe überhaupt in Betrieb.
Altbau-Wärmepumpen funktionieren auch mit Heizkörpern effizient
Nichtsdestotrotz: Die Nutzung von Wärmepumpen im Altbau ist kein Selbstläufer. „Ein erfolgreicher Betrieb hängt nicht nur von der Qualität und Effizienz der Wärmepumpe ab, sondern vor allem auch von äußeren Faktoren“, betont Miara. „Dazu gehört vor allem das energetische Niveau des Gebäudes und das installierte Wärmeübergabesystem.“
Das Alter des Gebäudes ist nach den im Projekt erhobenen Daten nicht relevant. Auch ein Umstieg auf Flächenheizsysteme ist nicht zwangsläufig erforderlich, da die Ergebnisse zeigen, dass auch Heizkörper mit Wärmepumpen mit vergleichsweise geringen Temperaturen betrieben werden können. Auf dem Markt werden inzwischen Niedertemperatur-Heizkörper angeboten, die bei gleichem Platzbedarf wesentlich geringere Heizkreistemperaturen benötigen.
„Der Gesamterfolg hängt von einer guten Planung und sorgfältigen Installation ab“, resümiert Miara. Heizungsinstallateuren und Planern komme daher eine zentrale Rolle zu, so der Forscher.
Die im Projekt untersuchten Altbauten waren zwischen 15 und 170 Jahre alt. Die vor der ersten Wärmeschutzverordnung 1979 errichteten Gebäude wurden in unterschiedlichem Ausmaß saniert, während die eher seltenen Sanierungsmaßnahmen bei den jüngeren Gebäuden kaum Einfluss auf die energetische Qualität der Gebäudehülle hatten. Der witterungsbereinigte spezifische Heizwärmeverbrauch aller Gebäude reicht von 50 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh/m2*a) bis 250 kWh/m2*a.
