Wärmeversorgung: Heizungssanierung mit Wärmepumpe ist effizient

07.08.2020 – Im Neubau werden Wärmpumpen immer beliebter, im Altbau sieht das anders aus. Muss die alte Gasheizung ersetzt werden, wird meist einfach die alte Therme durch eine neue ersetzt. Dabei könnten auch in Altbauten Wärmepumpen für zuverlässige Wärme sorgen und CO₂ einsparen helfen. Das ist umso wichtiger, weil die Wärmebereitstellung im Gebäudebestand eine maßgebliche Quelle von Emissionen ist.

Wärmepumpen besser als gedacht

Was Wärmepumpen in Altbauten leisten können, wurde nun untersucht. Über fünf Jahre haben die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen des Fraunhofer ISE in 56 Gebäuden die Messwerte von eingebauten Wärmepumpen gesammelt und ausgewertet. Der Abschlussbericht des Projekts „WPsmart im Bestand“ zieht ein positives Fazit und liefert erstmals systematisch ermittelte Erkenntnisse über die Sinnhaftigkeit von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden.

„Die Wärmepumpen in unserem Forschungsprojekt liefern die gewünschte Wärme zuverlässig, es gab kaum Betriebsstörungen“, sagt 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.“ Dennoch bestehe weiteres Verbesserungspotenzial, etwa durch weitere Qualitätssicherungsmaßnahmen bei Installation und Betrieb, unterstützt durch Möglichkeiten der Digitalisierung.

Weniger Kohlendioxidemissionen

Die untersuchten Wärmepumpen sind auch 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 mittelfristig Einsparungen von mehr als 50 Prozent zu erwarten.

Jahresarbeitszahlen können sich sehen lassen

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird in der Jahresarbeitszahl ausgedrückt. Sie gibt das Verhältnis zwischen zugeführter Energie und der tatsächlich erzeugten Heizungswärme im Verlaufe eines Jahres wider. Die Jahresarbeitszahl kann nur individuell für jedes Gebäude und die jeweilige Nutzungssituation ermittelt werden.

Für den Zeitraum Juli 2018 bis Juni 2019 hat das Institut 29 Außenluft-Wärmepumpen zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung analysiert. Die Anlagen erreichten Jahresarbeitszahlen (JAZ) von 2,5 bis 3,8. Der Mittelwert lag bei 3,1. Bei den zwölf Erdreich-Wärmepumpen ermittelten die Forscherinnen und Forscher JAZ zwischen 3,3 und 4,7 bei einem Mittelwert von 4,1. Damit liegen die Werte zwar nicht alle im Spitzenbereich, können sich jedoch sehen lassen. Zur Einordnung dieser Werte kann die Mindest-JAZ dienen, die für eine Förderung aus dem Marktanreizprogramm erreicht werden muss.

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 knapp über 45 Grad Celsius. „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“, berichtet Miara. So bitterkalte Tage treten jedoch nur äußerst selten auf. Ausschlaggebend für die Effizienz seien daher vor allem die erforderlichen Temperaturen, wenn am meisten geheizt wird, also bei Temperaturen knapp über null Grad Celsius. Die seltenen Extreme fielen daher in der Jahresbilanz kaum ins Gewicht.

Alter der Gebäude ist nicht entscheidend

Erfolg ist kein Automatismus, auch nicht beim Einbau von Wärmepumpen im Gebäudebestand. Neben der Qualität des Produktes entscheidet das energetische Niveau des Gebäudes und das installierte Wärmeübergabesystem über die tatsächliche Effizienz. Das Alter des Gebäudes ist nicht relevant. Auch ein Umstieg auf Flächenheizsysteme ist nicht zwangsläufig erforderlich, da die Ergebnisse zeigen, dass auch Heizkörper mit vergleichsweise geringen Temperaturen betrieben wurden. Auf dem Markt werden inzwischen Heizkörper angeboten, die bei gleichem Platzbedarf wesentlich geringere Heizkreistemperaturen benötigen. „Der Gesamterfolgt hängt von einer guten Planung und sorgfältigen Installation ab“, resümiert Miara.

Die im Projekt untersuchten Häuser sind 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 hat eine breite Spreizung, er reicht von 50 bis 250 Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr.

Projektpartner bei diesem Feldtest des Fraunhofer ISE waren acht Wärmepumpenhersteller und drei Energieversorger. Das Projekt wurde vom Wirtschaftsministerium finanziell gefördert. Ein Nachfolge-Projekt wird sich mit der Qualitätssicherung von Wärmepumpen in sanierten Häusern befassen. Interessierte Hauseigentümer, die an diesem Monitoring-Projekt teilnehmen möchten, können sich bis Ende September 2020 registrieren. pf