Wärmepumpen für typische Anwendungsfälle: 

Ein- und Mehrfamilienhäuser

Bestand und Neubau

Manche sehen Wärmepumpen als Zwangsmaßnahme, andere als Chance für mehr Unabhängigkeit. Diese Internetseite befasst sich mit den Möglichkeiten und Grenzen von Wärmepumpen zur Heizung und Warmwasserbereitung.

Warum weg von Öl und Gas?

Öl und Gas sind knappe Ressourcen, ihre Quellen sind stark unterschiedlich verteilt. Einige Kriege der Vergangenheit wurden um Öl und Gas geführt, zukünftig wird es wahrscheinlich mehr Konflikte darum geben. Öl und Gas haben ein hohes Kostenrisiko, niedrige Preise sind unwahrscheinlich. Öl und Gas stammen aus unsicheren, oft politisch kritischen Ländern. Der Import von Öl und Gas kostet hier zu Lande über 100 Mrd. EUR (2022).

Die Alternativen

Biomasse wie z.B. Holzpelletheizungen sind im Potenzial begrenzt und mit relativ hohen Wartungs- und Instandhaltungskosten verbunden.
Fernwärme ist selten verfügbar, oft mit hohen Kosten sowie Abhängigkeit verbunden.
Stromdirektheizungen wie z.B. Infrarotheizungen verursachen hohe Energiekosten und schöpfen die Arbeitsfähigkeit von Strom bei weitem nicht aus.
Heizkessel mit Wasserstoff als Energieträger haben eine noch schlechtere Energiebilanz als Stromdirektheizungen und sind als Flächenlösung unrealistisch. 

Wärmepumpen produzieren aus einer Kilowattstunde (kWh) Strom ein Mehrfaches an Wärme, je nach Rahmenbedingungen und Qualität sind es 2 bis 6 kWh Wärme.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Der Wärmepumpenprozess ist das umgekehrte Kühlschrankprinzip. Einem Medium wird Wärme entzogen, auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und einem anderem Medium übertragen. Beim Kühlschrank ist Kälte der Nutzen, bei der Wärmepumpe ist es Wärme für Heizung und Warmwasser.
Wärmequellen von Wärmepumpen können Außenluft, Abluft, Erdreich und Grundwasser sein. Schwerpunkt dieser Internetseite ist Außenluft, da universell und genehmigungsfrei verfügbar und meistens die wirtschaftlichste Lösung. Inzwischen nutzen rund 90% aller neuen Wärmepumpen diese Wärmequelle. Antriebsenergie ist fast immer Strom.

Typischerweise wird eine Wärmepumpe mit einem Pufferspeicher kombiniert. Damit werden eine hydraulische Entkopplung erreicht, die Laufzeiten verlängert und eventuelle Sperrzeiten überbrückt (siehe Sondertarif bei DETAILS).

Klimaschutz

Heizungen verursachen die Freisetzung von klimaschädlichen Emissionen.  Das geschieht sowohl örtlich als durch vorgelagerte Prozesse. Zum Vergleich von Heizsystemen werden Emissionsfaktoren verwendet, meistens in Form von CO2-Äquivalenten.
Bezogen auf eine Kilowattstunde durch den Verbraucher eingesetzte Energie (sog. Endenergie) sehen diese Faktoren in Deutschland so aus: Heizöl 0,3 kg je kWh, Erdgas 0,25 bis 0,3 kg je kWh (bei LNG erhöht), Strom 0,5 kg je kWh.

Werden Heizsysteme auf dieser Basis miteinander verglichen, lässt sich feststellen, dass Wärmepumpenheizungen im Mittel halb so viel CO2 freisetzen wie Öl- oder Gasheizungen.

Außenluft-Wärmepumpen

Es besteht eine große Vielfalt: Außenaufstellung auf Fundamenten oder Wandkonsolen, Geräte in Tischform sowie Innenaufstellung mit Luftleitungen in und aus dem Gebäude.
Kleine Wärmepumpen haben Heizleistungen von ca. 6 kW, ausreichend für neue Einfamilienhäuser. Für den Wohnbereich geeignete Modelle gibt es bis ca. 40 kW (kaskadierbar),  für gewerbliche Anwendungen auch größere Leistungen.

Für enge Bebauung oder bei Vandalismusgefahr kommen Geräte in Frage, die im Gebäude aufgestellt werden („Innenaufstellung“). Die Wärmequelle Außenluft wird hierbei über zwei Luftleitungen zur Wärmepumpe bzw. wieder ins Freie geführt. Die Heizleistungen liegen im Bereich von 5 bis 12 kW, die Luftleitungen haben Durchmesser von 30 bis 60 cm. Die Effizienz dieser Lösung erreicht keine Spitzenwerte und es werden veraltete Kältemittel verwendet.

Geräuschentwicklung

Bei Außenluft-Wärmepumpen ist die Geräuschentwicklung ein häufiger Kritikpunkt, insbesondere bei älteren Baureihen. Moderne Geräte haben einen maximalen Schallleistungspegel von ca. 55 dB(A), ab 3 m Abstand ist es dann „flüsterleise“.

Aber es sind noch viele laute Geräte auf dem Markt. Der SchalIrechner des Bundesverbandes Wärmpumpe (www.waermepumpe.de/schallrechner) gibt hierzu Informationen.

Kältemittel

Kältemittel mit FKW (Fluor-Kohlen-Wasserstoff) waren lange Zeit der Standard bei Wärmepumpen, z.B. R410a oder R407c. Diese Kältemittel sind mit einem hohen Erderwärmungs-Potential (Global Warming Potential, GWP) von ca. 2000 verbunden und beinhalten problematische Substanzen (PFAS).
Seit etwa 2021 setzen sich fortschrittliche und natürliche Kältemittel durch. Fortschrittliche Kältemittel haben ein GWP unter 700, z.B. R32 oder R454. Natürliche Kältemittel erhalten einen Fördermittelbonus, dadurch sind viele Geräte mit R290 (GWP=3) auf den Markt gekommen.

R290 ist ein brennbares Kältemittel (Flüssiggas), daher sind Abstände von 1 m zu Gebäudeöffnungen nötig. Dabei gilt eine „Bagatellgrenze“ von 150 Gramm, weshalb es Entwicklungen gibt, mit solch einer kleinen Menge Wärmepumpen bis etwa 10 kW Heizleistung zu bauen.

Energiebilanz

Wärmepumpen machen aus einer Kilowattstunde (kWh) Strom 2 bis 6 kWh Wärme, das Verhältnis wird Arbeitszahl oder COP genannt. Sinnvoll ist die Betrachtung des Mittelwertes eines Jahres, das ist die Jahresarbeitszahl oder SCOP. Die Bandbreite der Jahresarbeitszahlen ist groß. Bescheidene Anlagen liegen unter 2,5, sehr gute Anlagen über 4,5.
Entscheidender Faktor sind neben der Qualität des Produktes die Betriebstemperaturen.
In Kombination mit Flächenheizungen (meistens Fußbodenheizung) werden die höchsten Arbeitszahlen erreicht: über 4. In Verbindung mit Niedertemperatur-Heizkörpern sind es deutlich weniger, etwa 3. Diese Werte sind Erfahrungswerte auf Basis von Messungen; Herstellerangaben sind – ähnlich der Verbrauchsangaben von PKW – meistens günstiger als die Praxiswerte.
Strom wird verlustreich hergestellt, Der Wirkungsgrad von Wärmekraftwerken liegt im Mittel bei 40%. Das bedeutet erst ab einer Jahresarbeitszahl von 2,5 besteht ein energetischer Vorteil der Wärmepumpen. Dies ist in den allermeisten Fällen gegeben.

Bedingung: Niedertemperatur-Heizflächen

Fußbodenheizung ist aufgrund der niedrigen Betriebstemperaturen immer für Wärmepumpen geeignet. Heizkörper sind es bedingt, nämlich wenn die Vorlauftemperatur im Auslegungszustand nicht über 55°C liegt. Auslegungszustand in Deutschland ist je nach Region -8 bis -14°C.

Warmwasserbereitung

Die zentrale Warmwasserbereitung mit Wärmepumpen entspricht der von Heizkesseln. Wenn der Warmwasserspeicher Bedarf meldet, wird von Heizbetrieb auf Warmwasserbereitung umgeschaltet. Wärmepumpen sollten eine Vorlauftemperatur von mindestens 65° erreichen können, um eine hygienisch einwandfreie Warmwassertemperatur zu realisieren (Legionellengefahr).

Alternativen zur zentralen Warmwasserbereitung sind unter DETAILS zu finden.

Informationsquellen

Informationen über die Eigenschaften konkreter Modelle sind im Internet zu finden.
Hilfreich ist die BAFA-Liste der förderfähigen Wärmepumpen (bafa.de), die regelmäßig aktualisiert wird.
Für Flächenheizsysteme ist die Spalte „ETAs 35“ wichtig, ein Wert von mindestens 200% sollte bevorzugt werden (Spitzenwerte liegen bei 240%).Beie Heizkörpersystemen sollte auf die Spalte „ETAs 55“ geachtet und ein Wert von mindestens 150% angestrebt werden (Spitzenwerte liegen bei 170%). Auch im Falle von zentraler Warmwasserbereitung mittels Wärmepumpe ist ein hoher „ETAs 55“ ratsam.
Hilfreich sind auch die Produktwerte gemäß Schallrechner vom Bundesverband Wärmepumpe (waermepumpe.de), sortiert nach Hersteller und Gerätetyp. Der „maximale Schallleistungspegel im Tagbetrieb“ sollte nicht höher als 60 dB(A) sein, möglichst unter 55 dB(A). 

Prüfresultate des SCOP veröffentlicht regelmäßig das Wärmepumpen-Testzentrum der Schweiz.

Situation im Wohnungsneubau

Hier setzen sich Wärmepumpen aus verschiedenen Gründen durch: Heizlast durch hohen Dämmstandard niedrig, moderate Investitionen, Entfall eines zusätzlichen Energieträger, Abgasabführung nicht nötig, Heizflächen können passend gewählt werden.

Situation im Wohnungsbestand

Etwa die Hälfte der bestehenden Gebäude ist ohne besondere Maßnahmen wärmepumpentauglich. Die entscheidende Voraussetzung ist das Temperaturniveau der Heizflächen (s.o.), die nötige Vorlauftemperatur im Auslegungszustand sollte maximal 55 Grad betragen. Wie diese festzustellen ist und welche Optimierungsmaßnahmen es gibt ist unter DETAILS zu finden.

Wärmekosten (Energieanteil)

Die aktuellen Wärmekosten (Energieanteil) verschiedener Heizsysteme unter Berücksichtigung der Umwandlungsverluste sind: Heizkessel mit Erdgas oder Heizöl 10 bis 13 ct/kWh, Holzpelletkessel 7 bis 10 ct/kWh, Fernwärme 10 bis 20 ct/kWh, Stromdirektheizung ca. 32 ct/kWh, Wärmepumpe mit Fußbodenheizung 6 bis 8 ct/kWh, Wärmepumpe mit Heizkörpern (55°C): 8 bis 11 ct/kWh.

Hybridheizungen

In Gebäuden mit erhöhter Heizlast und hohen nötigen Vorlauftemperaturen kommen Hybridheizungen in Frage.
Hierbei wird eine Wärmepumpe mit einem Heizkessel kombiniert. Die Wärmepumpe deckt die Grundlast, darüber hinaus gehender Bedarf der Heizkessel.
Der Deckungsanteil der Wärmepumpe beträgt bei Hybridheizungen 50 bis 80% der jährlichen Wärmearbeit. Durch das Vermeiden ungünstiger Betriebszustände (diese deckt der Kessel ab) wird eine hohe Effizienz erreicht.

Hybridheizungen erfordern hohe Investitionen, insbesondere wenn beide Wärmeerzeuger gleichzeitig installiert werden. Aus wirtschaftlicher Sicht passen sie gut zu größeren Gebäuden (Mehrfamilienhäuser, öffentliche Gebäude, Gewerbeobjekte etc).

Förderung

Im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) werden Wärmepumpen als Einzelmaßnahme gefördert. Die Antragstellung kann durch den Bauherrn erfolgen.

Bei selbstgenutzem Wohneigentum ist ein Zuschuss von 30 bis über 50% möglich.  In anderen Bereich sind es bis zu 35%. Auch Beratungsleistungen sind förderfähig.

Literatur:

"Prüfresultate Wärmepumpen-Testzentrum Schweiz (Download), WPZ 2024

"Ratgeber Wärmepumpe" (Buch), Verbraucherzentrale 2023

„Wärmepumpen für Heizung und Warmwasser“ (Buch), Stiftung Warentest 2022

„Wärmepumpen in Bestandsgebäuden“ (Buch, Download), Wüstenrot-Stiftung 2022

„Heizen mit Wärmepumpen“ (Download), Deutsche Umwelthilfe 2020

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