Der notwendige Umbau des Wärmesektors von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Technologien ist unumstritten. In diesem Kontext kommt dem Wärmepumpeneinsatz in Bestandsgebäuden eine besondere Rolle zu. Mit pragmatischen Modernisierungsmaßnahmen zur Reduktion des Wärmebedarfs können Wärmepumpen in Bestandsbauten heute meist problemlos nachgerüstet werden. Der notwendige Strombedarf der Wärmepumpe lässt sich je nach Gebäude-Effizienzklasse bis zu 73 Prozent mit Solarstrom vom Hausdach decken. Dies hat EUPD Research im Auftrag von E3/DC aktuell untersucht.
Bonn. Der Energiebedarf zum Beheizen von Gebäuden steht vor dem Hintergrund der aktuellen Gaskrise einmal mehr im Mittelpunkt der Diskussion. Moderne Neubauten, die heute in der Gebäude-Energieeffizienzklasse A+ errichtet werden, weisen einen jährlichen Verbrauch an Heizenergie pro Quadratmeter von unter 30 kWh auf. Wird der energetische Aufwand für die Heizenergie auf unter 15 kWh gesenkt, spricht man von sogenannten Passivhäusern. Ab Effizienzklasse D steigt der durchschnittliche Strombedarf auf über 100 kWh pro Quadratmeter und Jahr. In der Klasse H liegt der Energieverbrauch sogar bei über 250 kWh.
Eine Analyse des Bonner Markt- und Wirtschaftsforschers EUPD Research im Auftrag des Heimspeicher- und Ladetechnikanbieters E3/DC zum Bestand an Ein- und Zweifamilienhäusern in Deutschland legt offen, dass das Gros der Häuser eine relativ schlechte Energieeffizienz besitzt. Über die Hälfte (55 Prozent) der 16,1 Millionen Ein- und Zweifamilienhäuser werden den Gebäude-Energieeffizienzklassen F bis H zugeordnet. 24 Prozent bzw. 3,9 Millionen Ein- und Zweifamilienhäuser weisen die geringste Energieeffizienzklasse H auf.[1] Der Wärmebedarf aller Ein- und Zweifamilienhäuser in Deutschland summiert sich der Untersuchung nach auf 337 TWh.
Wärmepumpen – Heizsystem der Energiewende
Eine Wärmepumpe funktioniert im Prinzip wie ein umgekehrtes Kühlsystem, welches der Umgebung Wärme entzieht und diese dann an die Heizkörper im Gebäude abgibt. Generell kann zwischen Luft, Wasser und Erde als Wärmespender unterschieden werden. Wird zum Betrieb der Wärmepumpe Ökostrom oder idealerweise der Solarstrom vom eigenen Dach verwendet, ist dieses Heizsystem als klimaneutral zu verstehen. Aufgrund der relativ einfachen und kostengünstigen Installation ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe am stärksten in Deutschland verbreitet und umfasste in 2021 82 Prozent der Wärmepumpeninstallationen.[2] Sole-Wasser oder auch Erdwärme-Wärmepumpen beziehen die Wärme über Sonden oder einen Flächenkollektor aus dem Erdreich. Dies geht zwar mit einer verbesserten Effizienz, aber auch höheren Kosten einher.
Neben den einmaligen Investitionskosten ist der Strombedarf im Anlagenbetrieb bestimmend für die Kosten einer Wärmepumpe. Hierbei steht zentral die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ) als Verhältnis von zugeführter Energie (Strom) zu erzeugter Energie (abgegebene Wärme). Je nach Technologie unterscheiden sich diese Faktoren deutlich. Luftwärmepumpen in Bestandsgebäuden erreichen einer Analyse des Fraunhofer ISE zufolge im Durchschnitt eine JAZ von 3,1 und Erdwärmepumpen eine JAZ von 3,7.[3]
Die Wärmewende findet im Gebäudebestand statt
Im Jahr 2021 waren Wärmepumpen mit einem Anteil von 54% erstmals für mehr als die Hälfte aller Heizungen im Neubau verantwortlich.[4] Dies bedeutet gleichzeitig, dass mit 69 Prozent der Großteil der insgesamt 154.000 Wärmepumpen des Jahres 2021[5] in Bestandsgebäuden installiert wurde.
Die Installation einer Wärmepumpe in ein älteres Gebäude weist eine höhere Komplexität auf. Eine grundsätzliche Herausforderung besteht in der zumeist geringeren Vorlauftemperatur von Wärmepumpen von unter 50 Grad Celsius. Im Neubau wird dies bereits in der Planung durch großflächige Verteiler bspw. in Form einer Fußbodenheizung berücksichtigt. Dies ist in älteren Bestandsbauten meist nicht umsetzbar. Der Einsatz von Wärmepumpen im Altbau sollte im Regelfall mit Modernisierungsmaßnahmen einhergehen, die den Energiebedarf des Gebäudes senken. In vielen Fällen lassen sich Vorlauftemperaturen bei bestehenden Heizungsanlagen mit einigen Modifikationen hinreichend senken. Darüber hinaus sind mittlerweile Hochtemperatur-Wärmepumpen mit 70 Grad Celsius Vorlauftemperatur erhältlich.
Je nach Energieeffizienz des Gebäudes variiert der jährliche Strombedarf für den Betrieb der Wärmepumpe um den Faktor 10 zwischen ca. 1.300 kWh in der Effizienzklasse A+ und bis zu 13.000 kWh in der Klasse H. Die Installation einer Photovoltaik (PV) Anlage mit Stromspeicher kann dazu beitragen, diesen Strombedarf mit eigenerzeugtem Solarstrom zu decken. Mittels der Anlagenkombination aus 15 kWp PV-Leistung und 15 kWh Heimspeicher lassen sich je nach Effizienzklasse des Gebäudes zwischen 36 und 73 Prozent des Strombedarfes mit Photovoltaik-Strom decken.
„Ein Umbau des Wärmesektors von fossilen Brennstoffen zu CO2-neutralen Technologien kann nachhaltig nur gelingen, wenn die Erzeugungsseite des zusätzlich benötigten Stroms gleichzeitig mitgeplant wird. Photovoltaik-Anlagen in Kombination mit Heimspeichern und intelligentem Energiemanagement bieten sich hier als verbrauchsnahe Stromerzeugung an und können zusätzlich dazu beitragen, Belastungen der Stromnetze zu reduzieren.“, fasst Dr. Martin Ammon, Geschäftsführer der EUPD Research, die Untersuchungsergebnisse zusammen.
„Die Kombination aus Wärmepumpe, Photovoltaik-Anlage und Heimspeicher macht es je nach Anlagendimensionierung möglich, den Stromverbrauch bis zu drei Viertel mit Solarstrom zu decken. Der Einsatz von solarem Eigenstrom liefert einen signifikanten Beitrag zur Ökologie des Wärmepumpenbetriebs und ist insbesondere im Kontext stark steigender Strompreise wirtschaftlich äußerst attraktiv.“, ergänzt Dr. Andreas Piepenbrink, Geschäftsführer der HagerEnergy GmbH.
Bundesregierung 2022: https://www.bundesregierung.de/breg-de/service/gesetzesvorhaben/kanzler-viessmann-2070096#:~:text=500.000%20neue%20W%C3%A4rmepumpen%20ab%202024,erneuerbaren%20Energien%20betrieben%20werden%20soll.
Bundesverband Wärmepumpe 2022: https://www.waermepumpe.de/presse/zahlen-daten/
Destatis 2022: https://www.destatis.de/DE/Presse/Pressemitteilungen/2022/06/PD22_226_31121.html#:~:text=W%C3%A4rmepumpen%20wurden%20im%20Jahr%202021,bei%2031%2C4%20%25%20gelegen.
ifeu 2021: https://www.ifeu.de/fileadmin/uploads/landwirtschaft/pdf/_ifeu_2021__Energieeffizienz_als_T%C3%BCr%C3%B6ffner_f%C3%BCr_erneuerbare_Energien_im_Geb%C3%A4udebereich_Endbericht.pdf
Fraunhofer ISE 2020: https://www.ise.fraunhofer.de/de/forschungsprojekte/wpsmart-im-bestand.html
Verbraucherzentrale 2022: https://www.verbraucherzentrale.de/wissen/energie/heizen-und-warmwasser/waermepumpe-alles-was-sie-wissen-muessen-im-ueberblick-5439
[1] BMWi 2020
[2] Bundesverband Wärmepumpe 2022
[3] Fraunhofer ISE 2020
[4] Destatis 2022
[5] Bundesverband Wärmepumpe 2022
