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Wärmepumpenheizung

Definition: ein Heizsystem basierend auf einer oder mehreren Wärmepumpen

Englisch: heat pump heating system

Kategorien: Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 21.03.2010; letzte Änderung: 03.11.2018

Wärmepumpen sind besonders geeignet für die Beheizung von Gebäuden, vor allem wenn das benötigte Temperaturniveau der Heizwärme (die Vorlauftemperatur eines Zentralheizungssystems) relativ niedrig ist und ein geeignetes Wärmereservoir zur Verfügung steht. Ähnliches gilt für die Beheizung von Schwimmbädern.

Grundlegende Aspekte von Wärmepumpen wie das Funktionsprinzip, die Energie- und Exergiebilanz sowie der Vergleich mit anderen Methoden der Wärmeerzeugung werden im Artikel über Wärmepumpen behandeln. Der vorliegende Artikel konzentriert sich auf den Einsatz von Wärmepumpen speziell für Heizzwecke.

Mit Heizungswärmepumpen nutzbare Wärmequellen

Heizungswärmepumpen können unterschiedliche Quellen von Umweltwärme oder Abwärme nutzen:

Erdwärmesonden

Häufig werden Erdwärmesonden eingesetzt, die z. B. 100 m oder 200 m tief in das Erdreich eindringen. Eine frostgeschützte Flüssigkeit (ein Wasser-Glykol-Gemisch, oft ungenau als Sole bezeichnet) zirkuliert zwischen Erdwärmesonde und der Sole/Wasser-Wärmepumpe. Die Flüssigkeit (das Kältemittel) ist im Betrieb etwas kühler als das Erdreich, entzieht diesem also Wärme, die sie dann an den Verdampfer der Wärmepumpe abgibt. Typischerweise liegt die Temperatur der Sole auch im Winter bei z. B. 5 °C, was gute Leistungszahlen ermöglicht, oder zumindest nicht tiefer als 0 °C.

Die Länge und Anzahl der benötigten Erdwärmesonden richtet sich nach der benötigten maximalen Heizleistung und ein Stück weit auch nach der Bodenbeschaffenheit. (Feuchter, lehmiger Boden ist besser als trockener Sand.) Ein typischer Richtwert ist eine Länge von 15 m pro kW Heizleistung.

Sole-Erdwärmesonden sind im Sommer auch gut für die Kühlung (Klimatisierung) des Hauses nutzbar. Erdsonden werden im Sommer manchmal auch benutzt, um überschüssige Wärme einer Solaranlage in den Boden zu leiten.

Es gibt auch spezielle Erdwärmesonden, die mit Kohlendioxid (CO2) anstelle einer Sole als Wärmeträger arbeiten. Hier wird das Prinzip der Direktverdampfung realisiert: CO2 wird bei Wärmeaufnahme in der Sonde verdampft und oben in einem Wärmeübertrager wieder kondensiert; die Sonde arbeitet also als Wärmerohr (“heat pipe”). Die Energieeffizienz solcher Anlagen ist recht hoch. Allerdings ist die Installation auch eher teuer, und die Nutzung für die Kühlung im Sommer ist nicht möglich.

Eine weitere Variante von Erdwärmesonden sind Energiepfähle, die zusätzlich auch eine statische Funktion für das Gebäude haben. Auf solche Energiepfähle kann ein Baufundament abgestützt werden.

Erdregister und Erdwärmekörbe

Ebenfalls gebräuchlich sind in geringer Tiefe von z. B. 1,5 m flächig verlegte Erdregister, die z. B. unter einem Garten liegen können, und Erdwärmekörbe (auch Spiralkollektoren). Sie haben bezüglich Effizienz und Kosten ähnliche Eigenschaften wie Erdwärmesonden.

Die Verlegung von Erdregistern erfordert häufig größere Erdarbeiten und kommt deswegen eher bei Neubauten in Frage. Eine Voraussetzung ist eine ausreichende Grundstücksfläche; die nötige Fläche des Erdregisters beträgt ca. 30–60 m2 pro kW Heizleistung. Eine unerwünschte Nebenwirkung kann etwas verzögertes Pflanzenwachstum in einem Garten sein, welches die Abkühlung des Bodens verursacht.

Wärmequellen für Wärmepumpenheizungen
Abbildung 1: Wärmepumpenheizungen können verschiedene Wärmequellen nutzen: Erdwärme über Erdsonden, Erdregister oder Erdwärmekörbe, Wärme aus Grundwasser und Umgebungsluft.

Grundwasser

In manchen Fällen kann oberflächennahes Grundwasser genutzt werden, welches in einem Brunnen gewonnen, in einem Wärmeübertrager abgekühlt und dann wieder versickert wird (Reinfiltration). Wenn ein Fluss oder Bach in der Nähe verläuft, kann das Wasser auch dort eingeleitet werden.

Da das Grundwasser häufig eine höhere Temperatur von z. B. 12 °C aufweist, kann eine Grundwasser-Wärmepumpe im Prinzip deutlich effizienter arbeiten als eine Sole/Wasser-Wärmepumpe. In der Praxis ist jedoch oft das Gegenteil der Fall, weil der Wärmeübergang im Grundwasser-Wärmeübertrager durch Verschmutzung behindert werden kann und weil der Betrieb der Pumpe für die Grundwasserumwälzung erhebliche Mengen elektrischer Energie benötigen kann, insbesondere wenn die Anlage nicht sorgfältig ausgelegt ist. Pro Kilowatt Heizleistung müssen stündlich ca. 300 bis 400 Liter Wasser gefördert werden.

Der Einsatz von Grundwasser-Wärmepumpen ist wegen der Gefahr von Grundwasser-Verschmutzungen nicht überall erlaubt und mancherorts nur für etwas größere Anlagen (etwa zur Beheizung von großen Wohnblocks), um die Zahl der zu kontrollierenden Zapfstellen übersichtlicher zu gestalten.

Das Anlegen eines Grundwasserbrunnens ist häufig zu teuer für ein einzelnes Wohnhaus. Da die Kosten aber relativ wenig von den benötigten Wassermengen abhängen, ist die Wirtschaftlichkeit für größere Anlagen besser.

Flusswasser oder Seewasser

Einem Fluss oder einem See kann mit Hilfe von Wärmepumpen über geeignete Wärmeübertrager eine sehr hohe Wärmeleistung entnommen werden, ohne dass dies spürbare Auswirkungen hat. Die Wassertemperatur ist im Winter meist einige Grade niedriger als beim Grundwasser, kann aber immerhin 0 °C nicht unterschreiten. Somit dürfte die Energieeffizienz für das Heizen meist zwischen der von Grundwasser- und Erdsondenanlagen liegen. Die größte Begrenzung für den Einsatz von Fluss- oder Seewasser ist natürlich, dass nur wenige Standorte Zugang dazu haben.

Außenluft

Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen meist Außenluft. Diese ist immer und überall ohne großen Aufwand verfügbar, auch wo z. B. Erdwärmesonden nicht erlaubt sind. Der Nachteil ist jedoch, dass die Außenluft gerade dann besonders kalt ist, wenn für eine Heizung viel Wärme benötigt wird. Hinzu kommt, dass solche Geräte vor allem bei Außentemperaturen um 0 °C und nebligem (feucht-kaltem) Wetter zur Vereisung des Verdampfers neigen. Dies macht regelmäßige Abtauvorgänge notwendig und senkt die Leistungszahl weiter (typisch um ca. 10–15 %). Man beachte, dass bei von Herstellern genannten Leistungszahlen die Abtauvorgänge teils nicht berücksichtigt sind, z. B. indem mit sehr trockener Außenluft gemessen wird.

Aus den genannten Gründen arbeiten Luft/Wasser-Wärmepumpen meistens erheblich weniger effizient als z. B. Sole/Wasser-Wärmepumpen; die Jahresarbeitszahl liegt häufig deutlich unter 3. Dagegen ist ihre Installation kostengünstiger, da keine Erdwärmesonden o. ä. benötigt werden. Verglichen mit einem Erdgas-Brennwertkessel sind die durch Luft/Wasser-Wärmepumpen verursachten CO2-Emissionen häufig höher, was allerdings auch vom verwendeten Strommix abhängt.

Luft/Wasser-Wärmepumpen können im Keller oder auch im Freien aufgestellt werden. Bei manchen Geräten verursacht der Ventilator am Außenluft-Wärmeübertrager in der Umgebung eine störende Lärmbelastung. Viele neue Geräte sind jedoch recht leise.

Die Installationskosten für ein System mit Luft/Wasser-Wärmepumpen liegen wesentlich niedriger als z. B. bei solchen mit Erdwärmesonde, obwohl die Wärmepumpe selbst hier teurer ist. Es ist allerdings zu beachten, dass ein Erdsondensystem normalerweise sehr langlebig ist und der Austausch der Wärmepumpe (z. B. nach einer Betriebszeit von 15 bis 25 Jahren) bei solchen Systemen wesentlich kostengünstiger ist, als wenn eine Luft/Wasser-Wärmepumpe ausgetauscht werden muss. Hinzu kommt, dass die Lebensdauer einer Luft/Wasser-Wärmepumpe eher kürzer ist.

Abwärme

Ideale Verhältnisse liegen oft vor, wenn Abwärme von Anlagen oder Gebäuden zur Verfügung steht, z. B. in Form warmer (selbst nur lauwarmer) Abwässer oder warmer Abluft in ausreichender Menge.

Solare Wärme

Sonnenkollektoren können direkt (auch ohne eine Wärmepumpe) nutzbare Wärme für Heizung und Warmwasser liefern. Jedoch ist von ihnen im Sommer erzeugte überschüssige Wärme schwer in größeren Mengen speicherbar. Hier hilft das Konzept des Eisspeichers, bei dem die Wärme auf einem niedrigen Temperaturniveau (meist um 0 °C) gespeichert wird. Es ist dann eine Wärmepumpe nötig, um ein für die Nutzung ausreichendes Temperaturniveau zu erreichen. Der Artikel über Eisspeicher erklärt die Technik und diskutiert ihre Vor- und Nachteile im Vergleich zu rein solaren Anlagen wie auch zu anderen Wärmepumpensystemen.

Der Artikel über Solar-Wärmepumpen-Systeme gibt einen ausführlichen Überblick über Möglichkeiten, Wärmepumpen mit Solarthermie zu verbinden.

Andere Wärmequellen

Weniger gebräuchlich sind in Dachziegel integrierte Wärmeübertrager. Dasselbe gilt für sogenannte Energiezäune, bei denen eine Sole durch ein Geflecht von Schläuchen geleitet wird, welches einen Zaun (beispielsweise an einer Grundstücksgrenze) bildet.

Manche Passivhäuser besitzen eine Warmluftheizung, bei der eine Wärmepumpe bei Bedarf die Zuluft nachheizen kann, wobei z. B. die Abluft als (freilich nicht sehr ergiebige) Wärmequelle dient.

Bei manchen Tunnelbauten (beispielsweise in den Alpen) fällt lauwarmes Wasser an, welches mithilfe von Wärmepumpen beispielsweise für Heizungszwecke genutzt werden kann.

Eine weitere Möglichkeit bietet die Nutzung von Abwässern von Gewerbebetrieben oder auch Wohngebieten. Hier sollte die Abkühlung des Abwassers allerdings nicht so stark sein, dass dadurch die biologische Reinigung in der folgenden Kläranlage beeinträchtigt wird.

Hybridwärmepumpen

Der Begriff Hybridwärmepumpe wird mit völlig unterschiedlichen Bedeutungen verwendet, die im entsprechenden Lexikonartikel erläutert und diskutiert werden.

Typen von Wärmepumpen

Im Prinzip kommen für Heizungszwecke alle Arten von Wärmepumpen in Frage. Jedoch werden in der Praxis bisher zum größten Teil Kompressionswärmepumpen verwendet. Bei kleineren Anlagen ist der Elektroantrieb die einzig praktikable Option (→ Elektrowärmepumpe), während größere Wärmepumpen auch mit einem Gasmotor oder Dieselmotor angetrieben werden können (→ Gas-Wärmepumpe), wobei die Abwärme des Motors ebenfalls für die Heizung nutzbar ist und eine höhere Vorlauftemperatur erlaubt.

Absorptionswärmepumpen kommen bisher meist im hohen Leistungsbereich (hunderte von Kilowatt oder sogar viele Megawatt) zum Einsatz, z. B. zur Speisung von Fernwärmenetzen unter Verwendung von Abwärme eines Industriebetriebs auf einem relativ hohen Temperaturniveau. Es gibt aber auch kleinere gasbefeuerte Absorptionswärmepumpen für die Beheizung von Mehrfamilienhäusern. Die Energieeffizienz ist dann wesentlich höher als mit einem Heizkessel, wenn auch geringer als mit der Kombination von Gasmotor und Kompressionswärmepumpe. Dafür ist der technische Aufwand geringer, auch der Wartungsaufwand, und die Lebensdauer dürfte höher sein.

Da der Bedarf an Wärmeleistung im Heizbetrieb sehr stark schwankt (praktisch zwischen 0 und 100 % der vollen Leistung), erlaubt der Einsatz von modulierenden (stufenlos oder in Stufen leistungsgeregelten) Wärmepumpen in der Regel eine deutlich erhöhte Energieeffizienz. Leider arbeiten die meisten heute verkauften Elektrowärmepumpen jedoch immer noch im ineffizienten Taktbetrieb. Man beachte, dass die üblichen Angaben der Leistungszahl für den Volllastbetrieb gelten, so dass der wichtige Aspekt der Effizienz im Teillastbetrieb hieraus nicht erkennbar ist und deswegen häufig übersehen wird.

Monovalente und bivalente Wärmepumpen-Heizsysteme

Vielfach werden monovalente Wärmepumpen eingesetzt, die die gesamte Heizenergie liefern, abgesehen evtl. von dem kurzzeitigen Einsatz eines Notheizsystems (z. B. mit Elektroheizstab). Jedoch gibt es auch bivalente Systeme, bei denen die Wärmepumpe z. B. mit einem Heizkessel unterstützt oder von diesem ganz ersetzt wird, sobald die Außentemperaturen zu tief werden (den sogenannten Bivalenzpunkt unterschreiten). Falls Wärmepumpe und Heizkessel gleichzeitig betrieben werden, dient häufig die Wärmepumpe zu einer Vorwärmung des Heizwassers, und der Heizkessel hebt die Temperatur dann weiter an. Eher gebräuchlicher ist aber der bivalent-alternative Betrieb, bei der unterhalb einer bestimmten Außentemperatur nur der Heizkessel genutzt wird, darüber nur die Wärmepumpe.

Der monovalente Einsatz hat offenkundige Vorteile betreffend die Investitions- und Wartungskosten sowie den Platzbedarf. Es gibt jedoch auch Nachteile:

  • Wenn eine monovalente Luft/Wasser-Wärmepumpe (mit Außenluft als Wärmequelle) verwendet wird, kann bei tiefen Außentemperaturen die Effizienz der Anlage völlig einbrechen oder die Heizleistung (oder die erreichbare Vorlauftemperatur) nicht mehr ausreichen. Wenn das Notheizsystem dann häufig benötigt wird, liegt effektiv eine bivalente Heizung vor. In kalten Gegenden und/oder mit Radiatorenheizung kann eine solche Anlage also nicht wirklich monovalent betrieben werden.
  • Die Größe der Wärmepumpe muss so bemessen werden, dass die erreichte Heizleistung bei tiefen Außentemperaturen gerade ausreicht. Bei höheren Außentemperaturen steigt die Leistung deutlich an, obwohl gerade in diesem Fall erheblich niedrigere Leistungen benötigt werden. Es besteht dann also ein Missverhältnis, welches bei nicht modulierenden Wärmepumpen das häufige Takten (Ein- und Ausschalten des Antriebs) nötig macht. Dies kann die Effizienz und die Lebensdauer beeinträchtigen. Jedoch lassen sich diese Effekte durch verschiedene Methoden mildern, am besten durch Einsatz einer modulierenden Wärmepumpe, und meist weniger gut durch einen Pufferspeicher.
  • Bei elektrisch betriebenen monovalenten Heizungswärmepumpen entsteht ein Strombedarf, der sich stark auf die kalten Tage konzentriert. Dies ist energiewirtschaftlich nicht wünschenswert, da ein Bedarf mit dieser Charakteristik zusätzliche Mittellast und Spitzenlast nötig macht. Dieser Effekt lässt sich die Spitzenlast betreffend mildern, wenn das Stromversorgungsunternehmen die Wärmepumpe z. B. für maximal zwei Stunden pro Tag ferngesteuert abschalten darf (Sperrzeiten), was in gut wärmegedämmten Häusern kaum zu einer spürbaren Abkühlung führt.

Die Vorteile des bivalenten Betriebs:

  • Die Energieeffizienz der Wärmepumpe, ausgedrückt durch die Jahresarbeitszahl, kann im bivalenten Betrieb aus mehreren Gründen erheblich höher werden. Da die Wärmepumpe vorzugsweise bei höheren Außentemperaturen betrieben wird, ist die benötigte Vorlauftemperatur im Mittel tiefer, die Temperatur der Wärmequelle dagegen höher; beides erhöht die Leistungszahl. Hinzu kommt, dass die dann kleiner dimensionierte Wärmepumpe besser zu den Anforderungen bei höheren Außentemperaturen passt, was die Effizienz weiter erhöht. Natürlich sind in einer Gesamtbetrachtung auch die Eigenschaften des ergänzenden Heizsystems (z. B. eines Heizkessels) zu berücksichtigen.
  • Energiewirtschaftlich günstig ist der Effekt, dass bivalente Elektrowärmepumpen das Stromnetz an den kältesten Tagen häufig nicht belasten, den elektrischen Leistungsbedarf also zumindest innerhalb der Heizperiode vergleichmäßigen.

Tendenziell werden bei Einfamilienhäusern und kleineren Mehrfamilienhäusern eher monovalente Anlagen eingesetzt. Bivalenter Betrieb kommt eher für größere Anlagen in Frage.

Warmwasserbereitung

Viele Heizungswärmepumpen sind auch für die Bereitung von Warmwasser geeignet. Das Anlagengehäuse enthält dann häufig zusätzliche Komponenten wie Rohranschlüsse zur Verbindung mit dem Wärmeübertrager eines externen Warmwasserspeichers, Schaltventile und Ergänzungen der eingebauten elektronischen Regelung. Es gibt auch Kompaktgeräte, bei denen der Warmwasserspeicher im gleichen Gehäuse sitzt wie die Wärmepumpe, was tendenziell kostengünstiger ist und Bereitschaftsverluste reduziert.

Der Artikel über Brauchwasserwärmepumpen beschreibt Geräte, die nur für die Warmwasserbereitung (nicht für die Heizung) eingesetzt werden.

Energetisch und ökologisch am günstigsten dürften Systeme sein, bei denen soweit vorhanden Solarwärme verwendet wird und eine Wärmepumpe den Restbedarf deckt. Jedoch ist auch ein reines Wärmepumpensystem, wenn es gut ausgelegt ist, sehr effizient.

Es kommt leider vor, dass Wärmepumpenheizungen mit einem Elektroboiler ergänzt werden in der Meinung, dies sei energetisch sinnvoll, weil so die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe höher wird und Nachtstrom genutzt werden kann. Die einzig relevante Größe für die Energieeffizienz ist jedoch die Jahresarbeitszahl des Gesamtsystems (Heizung und Warmwasserbereitung), und diese ist deutlich höher, wenn die Warmwasserbereitung über die Wärmepumpe erfolgt. Zudem spart die Verwendung von Nachtstrom zwar häufig Kosten ein, die einen guten Teil des Effizienzverlusts finanziell wettmachen, ist aber nicht unbedingt ökologisch vorteilhaft.

Akzeptabel kann der Einsatz eines zusätzlichen Elektro-Durchlauferhitzers sein, wenn eine ausreichend hohe Warmwassertemperatur mit der Wärmepumpe allein nicht erreicht wird. Dies kann z. B. nötig sein, wenn ein veraltetes Warmwasser-Zirkulationssystem relativ hohe Temperaturen benötigt, um einen Legionellen-Befall zu verhindern.

Ökonomische Aspekte

Die Investitionskosten für den Bau einer Wärmepumpenheizung sind meist beträchtlich. Außer der Wärmepumpe selbst können die benötigten Erdwärmesonden, Erdregister oder Grundwasserbrunnen erhebliche Kosten verursachen. Andererseits ist die Lebensdauer solcher Anlagen meist sehr hoch, jedenfalls für die wichtigsten Komponenten. Außerdem entfallen dafür andere oft teure Komponenten wie z. B. ein Schornstein, ein Erdgasanschluss oder ein Heizöltank mit entsprechendem Tankraum. Zudem gibt es mancherorts auch staatliche Zuschüsse für Wärmepumpen, zumindest wenn sie gewisse Effizienzanforderungen erfüllen.

Die Betriebskosten liegen typischerweise recht niedrig, vor allem bei Systemen mit hoher Jahresarbeitszahl. Auch der Wartungsaufwand ist für Elektrowärmepumpen deutlich geringer als z. B. bei Systemen mit Heizkesseln.

Für die Amortisation von Elektrowärmepumpen ist natürlich der Stromtarif von entscheidender Bedeutung. In Deutschland ist die Amortisation oft schwierig, insbesondere in Konkurrenz zu Erdgas-Heizkesseln. Solange Erdgas vergleichsweise günstig ist (z. B. 7 ct/kWh), kann eine Elektrowärmepumpe mit einer Jahresarbeitszahl von z. B. 3,5 nur mit einem besonders günstigen Stromtarif (z. B. einem Wärmepumpentarif) von unter 22 ct/kWh niedrigere Betriebskosten ermöglichen – wobei es für die Amortisation der höheren Investitionskosten noch deutlich weniger sein muss. In der Schweiz sind die Verhältnisse für Wärmepumpen günstiger: Die Strompreise sind deutlich niedriger, während die Gaspreise ähnlich wie in Deutschland sind. Dies dürfte ein wesentlicher Grund dafür sein, dass Wärmepumpen in der Schweiz wesentlich stärker verbreitet sind.

Ökologische Bilanz

Für die Bewertung der ökologischen Bilanz von Wärmepumpenheizungen sind hauptsächlich die folgenden Aspekte zu berücksichtigen:

  • Je höher die Jahresarbeitszahl, desto niedriger ist der Verbrauch an Primärenergie und desto geringer sind die mit ihrer Bereitstellung verbundenen Umweltbelastungen.
  • Bei Elektrowärmepumpen ist die Art der Stromerzeugung von entscheidender Bedeutung. Wird Strom aus Kohlekraftwerken eingesetzt (vor allem Mittellast-Strom aus Steinkohle), sind die entstehenden klimaschädlichen Kohlendioxid-Emissionen ähnlich hoch wie bei einer Ölheizung. Allenfalls eine Elektroheizung wäre verglichen damit noch massiv schlechter. Jedoch kann auch annähernd CO2-freier Ökostrom mit sehr guter Umweltbilanz eingesetzt werden. Strom aus Kernkraftwerken (Atomstrom) führt ebenfalls zu geringen CO2-Emissionen, jedoch auch zu anderen Umweltbelastungen und Gefahren, und passt energiewirtschaftlich ohnehin nicht zur Lastcharakteristik von Heizungen, die starke jahreszeitliche Schwankungen des Bedarfs verursachen.

Die folgenden Beispiele zeigen die Klimabilanz von Wärmepumpenheizungen im Vergleich zu anderen Heizungsarten:

  • Wenn eine Wärmepumpenheizung eine Jahresarbeitszahl von 3,5 erreicht, benötigt sie pro Kilowattstunde (kWh) Heizwärme 0,286 kWh elektrische Energie. Wenn dafür der deutsche Strommix von 2012 mit 576 g CO2 pro kWh angesetzt wird, kommt man auf 165 g/kWh für die Heizwärme. Die Verwendung des Strommixes ist allerdings nicht realistisch, da der Strombedarf für Heizungswärmepumpen hauptsächlich im Winter erfolgt, wo der Anteil von Kohlekraftwerken höher ist. In Wirklichkeit wird man deswegen etwas höher liegen – grob geschätzt bei 200 g/kWh. (Zukünftig dürfte sich der Strommix allerdings weiterhin allmählich verbessern.)
  • Eine besonders effiziente Wärmepumpenheizung mit Jahresarbeitszahl 5 (erreichbar z. B. mit besonders gutem Gerät, Nutzung von Grundwasser oder einer Erdwärmesonde und einer Niedertemperatur-Fußbodenheizung) kommt auf ca. 140 g/kWh (mit auch hier angenommenem höherem Kohlestromanteil).
  • Eine moderne Gasheizung (mit Brennwertkessel und niedrigen Bereitschaftsverlusten) liegt bei rund 200 g/kWh, also ähnlich hoch wie die einfache Wärmepumpe.
  • Eine Ölheizung ohne Brennwertnutzung, wie sie heute noch dominiert, kommt auf ca. 265 g/kWh, also deutlich höher.
  • Die Elektrospeicherheizung entspricht dem angesetzten Strommix, liegt also wegen des erhöhten Anteils von Kohlekraftwerken im Winter wohl einiges über 600 g/kWh.
  • Mit Verwendung von (echtem) Ökostrom (also zusätzlich für die jeweilige Heizung erzeugtem klimafreundlichen Strom) lassen sich die CO2-Emissionen von Elektrowärmepumpe und Elektroheizung weitestgehend vermeiden. Dies geschieht bei Wärmepumpen allerdings aus Kostengründen in der Praxis eher selten und bei Elektroheizungen fast nie.

Selbstverständlich ist auch die Höhe des Wärmeverbrauchs wichtig. So mag ein unsaniertes Einfamilienhaus aus den 1950er Jahren jährlich 50 000 kWh Heizwärme benötigen, was mit einer modernen Gasheizung 10 Tonnen CO2 bedeutet. Eine gründliche energetische Sanierung könnte den Wärmebedarf z. B. auf 15 000 kWh drücken, so dass die Gasheizung noch 3 Tonnen CO2 jährlich emittiert. Die dann niedrigere Vorlauftemperatur des Heizungssystems (auch ohne Umrüstung auf Fußbodenheizung) ermöglichst dann eine Wärmepumpenheizung z. B. mit einer Jahresarbeitszahl von 3,5 oder vielleicht sogar 4, was den CO2-Ausstoß allerdings nicht stark ändert – außer wenn dafür dann echter Ökostrom eingesetzt wird.

Zusätzliche, quantitativ meist weniger bedeutsame Aspekte sind

Natürlich ist die ökologische Bilanz jeweils mit der von anderen Heizungssystemen zu vergleichen. Ersetzt beispielsweise eine Wärmepumpenheizung eine Elektroheizung, dürfte dies ökologisch gesehen praktisch immer eine massive Verbesserung bedeuten. Dagegen können diverse andere Möglichkeiten unter Umständen auch ökologisch günstiger sein, z. B. die Wärmegewinnung aus Holzpellets. Ebenfalls kann die energetische Sanierung einer Gebäudehülle vorteilhafter sein als der Ersatz einer Gasheizung durch eine Wärmepumpenanlage.

Klar ist jedenfalls, dass der Slogan “Heizen mit erneuerbarer Energie” (oder z. B. zu drei Vierteln mit erneuerbarer Energie) oft irreführend verwendet wird. Auch wenn drei Viertel der Heizwärme (bei einem COP von 4) aus kostenloser Umgebungswärme stammen, wird ein Viertel hochwertige Antriebsenergie verwendet, die oft aus einem Vielfachen von Energie aus fossilen Energieträgern gewonnen wird. Deswegen kann ernsthaft von “Heizen mit erneuerbarer Energie” nur die Rede sein, wenn Elektrowärmepumpen mit Ökostrom betrieben werden.

Empfehlungen

Einige Wertungen und Empfehlungen für den Einsatz von Wärmepumpen in Heizungssystemen:

  • Wärmepumpen-Heizungen sind umso mehr zu empfehlen, je niedriger die Vorlauftemperatur des Zentralheizungssystems ist und je höher die Temperatur des nutzbaren kalten Reservoirs liegt. Sehr effizient können z. B. Sole/Wasser-Wärmepumpen-Systeme für eine Fußbodenheizung sein, während vor allem Luft/Wasser-Wärmepumpen für Radiatorenheizungen meist recht ineffizient sind (worüber manche Hersteller versuchen hinwegzutäuschen). Es sollte aber nicht grundsätzlich von Luft/Wasser-Wärmepumpen abgeraten werden, da die besten Modelle zumindest in Verbindung mit einer Fußbodenheizung recht akzeptable Jahresarbeitszahlen (z. B. zwischen 3,5 und 4) ermöglichen und die dort eingesparten Investitionskosten zu einer Verbesserung der Wärmedämmung eingesetzt werden können.
  • Anders als bei Heizkesseln hängen die Installationskosten für Wärmepumpen erheblich von der benötigten Heizleistung ab, insbesondere für Systeme mit Erdwärmesonden oder Erdwärmeregistern.
  • Aus den genannten Gründen ist der Einsatz von Wärmepumpenheizungen bei Altbausanierungen häufig deutlich weniger günstig als für Neubauten mit kleinem Wärmebedarf und niedrigeren Vorlauftemperaturen. Für Altbauten kann z. B. ein Holzpellet-Heizkessel eine bessere Lösung sein. Ohnehin ist der Einbau einer Wärmepumpe oder eines anderen neuen Heizsystems (gleich welcher Art) kein geeigneter Ersatz für die Behebung schwerer Mängel der Gebäudehülle (z. B. undichte Fenster, ungedämmte Wände, etc.).
  • Für größere Leistungen sollte der Einsatz einer Wärmepumpe mit Gasmotor erwogen werden, da die Gesamteffizienz deutlich höher liegen kann als mit Elektrowärmepumpen. Ebenfalls kann die Nutzung von Grundwasser als Wärmequelle attraktiv sein.
  • Die sorgfältige Auslegung und Einstellung einer Wärmepumpenheizung ist sehr wichtig und deutlich anspruchsvoller als z. B. für ein Heizkessel-System, da viele Aspekte zu beachten sind. Erdwärmesonden oder Erdregister müssen unbedingt genügend groß sein (abhängig von Leistungsbedarf, Bodenbeschaffenheit, Qualität einer Sonde, etc.). Verschiedene Wärmepumpen-Modelle unterscheiden sich sehr in der erreichbaren Leistungszahl und mehr noch in der (eigentlich relevanten) Jahresarbeitszahl. Effizienz und/oder Kosten können ungünstig beeinflusst werden durch eine falsche Dimensionierung der Wärmepumpe, durch ungünstig eingestellte Regelsysteme, einen nicht korrekt erfolgten hydraulischen Abgleich des Heizungssystems, durch fehlende oder auch durch unnötige Pufferspeicher, etc. (Der Artikel über Pufferspeicher beschreibt eine Strategie für den Verzicht auf einen solchen.)
  • Die Nutzung von Abluft einer Lüftungsanlage mit einer Wärmepumpe kann sehr sinnvoll sein, jedoch ist die Nutzung für die Vorwärmung von Frischluft in einem Wärmeübertrager meist noch besser. Letzteres setzt freilich voraus, dass eine entsprechende Frischluft-Verteilung eingerichtet werden kann.
  • In aller Regel ist die zusätzliche Warmwasserbereitung mit einer Heizungswärmepumpe ökonomisch und ökologisch wesentlich sinnvoller als z. B. der Betrieb eines kaum kostengünstiger zu installierenden Elektroboilers, obwohl die Leistungszahl der Wärmepumpe hierbei oft etwas niedriger liegt und weniger Nachtstrom genutzt werden kann. Auch die Installation von separaten Wärmepumpensystemen für Heizung und Warmwasser dürfte selten sinnvoll sein.
  • Für die ökologische Bilanz bei Elektrowärmepumpen ist die Art der Stromerzeugung entscheidend. Eine massive Entlastung der Umwelt ist nur bei Verwendung von echtem Ökostrom gegeben.

Literatur

[1]Ratgeber Wärmepumpenheizung: So finden Sie die richtige Variante!
[2]Faktor-Themenheft 15 “Wärmepumpen”, http://www.faktor.ch/artikel/category/buecher/article/waermepumpen.15.html, Herausgeber: Bundesamt für Energie
[3]“Erdwärmesonden, Leitfaden zur Nutzung von Erdwärme mit Erdwärmesonden”, http://www.geothermie.de/fileadmin/useruploads/wissenswelt/gesetze/Leitfaden/Sachsen_Leitfaden-Erdwaerme.pdf des Landesamts für Umwelt und Geologie in Sachsen
[4]Simone Bassetti und Ernst Rohner, “Projekt Handbuch Erdwärmekörbe”, http://www.bfe.admin.ch/php/modules/enet/streamfile.php?file=000000008968.pdf&name=000000250051.pdf, im Auftrag des Bundesamts für Energie BFE
[5]Forschungsprojekt Wärmepumpen-Effizienz, http://wp-effizienz.ise.fraunhofer.de/german/index/, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, mit Ergebnissen von Feldtests
[6]Ergebnisse eines Feldtests für Elektrowärmepumpen, http://www.agenda-energie-lahr.de/leistungwaermepumpen.html von der Lokalen Agenda-Gruppe 21

(Zusätzliche Literatur vorschlagen)

Siehe auch: Wärmepumpe, Erdwärmesonde, Erdregister, Brauchwasserwärmepumpe, Sole/Wasser-Wärmepumpe, Wasser/Wasser-Wärmepumpe, Luft/Wasser-Wärmepumpe, Luft/Luft-Wärmepumpe, Hybridwärmepumpe, Zentralheizung, Fußbodenheizung, Flächenheizung, Eisspeicher, Anergienetz, Solar-Wärmepumpen-System
sowie andere Artikel in den Kategorien Haustechnik, Wärme und Kälte

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