Eine Wärmepumpe auf einer Baustelle
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Wärmepumpe Effizienz

Welche Gebäude sind geeignet für eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe ist besonders effizient, wenn die Wärmequelle (Erdreich, Außenluft) ein vergleichsweise hohes Temperaturniveau aufweist und die Vorlauftemperatur in der Wärmeverteilung möglichst niedrig ist. Optimal aus Sicht der Energieeffizienz im Betrieb wäre hier die Kombination von Erdwärmesonden mit einer Flächenheizung im Fußboden, in der Wand oder in der Decke.

In Altbauten mit ihrem größeren Wärmebedarf liegt die Vorlauftemperatur meist deutlich höher als in Neubauten und in der Regel sind Radiatoren (Heizkörper) vorhanden. Eine hohe Vorlauftemperatur führt zu weniger Energieeffizienz der Wärmepumpe und damit zu höheren Stromkosten im Betrieb der Wärmepumpe. Als Faustregel gilt: Damit eine Wärmepumpe als alleiniger Wärmeerzeuger im Altbau energieeffizient betrieben werden kann, sollte eine Auslegungs-Vorlauftemperatur von maximal 55 °C an den kältesten Wintertagen nicht überschritten werden. Ob diese Temperatur für die Beheizung ausreicht, hängt von den Heizflächen ab. Diese wurden in der Vergangenheit oft sehr groß dimensioniert, sodass in vielen Altbauten Spielraum für eine Absenkung der Vorlauftemperatur besteht. Um dies zu klären, wird entweder eine raumweise Heizlastberechnung durchgeführt oder die erforderliche Vorlauftemperatur wird bei sehr niedrigen Außentemperaturen über einen Test vor Ort ermittelt. Höhere Auslegungs-Vorlauftemperaturen können zwar auch durch Wärmepumpen abgedeckt werden, vor dem Hintergrund der erhöhten Stromkosten im Betrieb sollten jedoch zuerst Maßnahmen für Energieeffizienzsteigerungen und zur Reduzierung der Vorlauftemperatur geprüft werden.

Wenn am Gebäude bereits einige Modernisierungen durchgeführt wurden, wenn also z. B. bereits die Fenster ausgetauscht und das Dach gedämmt wurden, steigt die Wahrscheinlichkeit, dass die Wärmepumpe das Gebäude vollständig und kostengünstig versorgen kann, ohne dass vorher die Heizflächen vergrößert werden müssen.

Warmwasser berücksichtigen

Zusätzlich muss die erforderliche Temperatur für die Warmwasserbereitung berücksichtigt werden. Bei Ein- oder Zweifamilienhäusern kann die Zapftemperatur auf das tatsächlich benötigte Temperaturniveau (z. B. 50 Grad) eingestellt werden. Diese Temperatur kann von Wärmepumpen effizient bereitgestellt werden. Bei größeren Gebäuden mit mehreren Wohneinheiten, einem TWW-Speicher über 400 Liter oder langen Anschlussleitungen zwischen Speicher und Zapfstelle besteht nach Trinwasserverordnung (TrinkwV) die Pflicht zur Legionellenvorbeugung. Hier müssen Warmwassertemperaturen von 60 Grad beim Ausgang aus dem TWW-Speicher und 55 Grad beim Rücklauf in den Speicher eingehalten werden. Diese Temperaturen reduzieren die Effizienz der Wärmepumpe, besonders wenn die Warmwasserbereitung einen großen Anteil am Gesamtwärmebedarf besitzt. Auch bei speziellen Hochtemperaturwärmepumpen, deren Einsatz zur Warmwasserbereitung vor allem in Mehrfamilienhäusern eventuell erforderlich sein kann, sollte auf die Effizienz bei der Warmwasserbereitung geachtet werden.

Kombination mit Heizkessel

Wenn die Voraussetzungen weniger günstig für den alleinigen Einsatz einer Wärmepumpe sind, kann durch die Kombination mit einem Heizkessel ebenfalls ein großer Schritt in Richtung klimafreundliches Heizen gegangen werden. Da niedrige Außentemperaturen und damit hohe Vorlauftemperaturen relativ selten auftreten, kann die Wärmepumpe (je nach Auslegung) ca. 80 Prozent der Wärme bereitstellen. Auch die Nutzung von Solarstrom aus einer eigenen Photovoltaikanlage kann die wirtschaftliche und ökologische Bilanz der Wärmepumpe insbesondere bei der Warmwasserbereitung im Sommer deutlich verbessern.

Kennzahlen

Für Wärmepumpen existieren eine Reihe von Kennzahlen, die für die Auswahl und Bewertung von Bedeutung sind. Die wichtigsten werden im Folgenden erläutert:

Die Leistungszahl COP (Coefficient of Performance) gibt für einen definierten Betriebspunkt (z. B. 2 Grad Außentemperatur und 35 Grad Vorlauftemperatur – kurz: A2W35) das Verhältnis der abgegebenen Wärmeleistung zur aufgenommenen elektrischen Leistung an. Sie wird unter Laborbedingungen ermittelt und dient dem Vergleich unterschiedlicher Geräte bei der Planung.

Beim SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) werden vier unterschiedliche Betriebspunkte und zusätzlich elektrische Zusatzheizungen berücksichtigt. Er ist für die Auswahl effizienter Geräte noch besser geeignet als der COP.

Die JAZ (Jahresarbeitszahl) beschreibt die Effizienz der Wärmepumpe im realen Betrieb. Hier muss beachtet werden, welche Komponenten mitberücksichtigt wurden (nur die Wärmepumpe oder auch ein elektrischer Heizstab oder Speicherverluste). Für die Berechnung der JAZ wird die erzeugte Wärme (in Kilowattstunden, kWh) durch den eingesetzten elektrischen Strom (in kWh) geteilt. Die JAZ ist entscheidend für die tatsächlichen Heizkosten.

Je höher die JAZ ist, desto besser: Eine JAZ von 3 bedeutet, dass mit einer Kilowattstunde Strom drei Kilowattstunden Wärme erzeugt werden können. Außenluft-Wärmepumpen erreichen in Bestandsgebäuden Werte zwischen 2,5 und 3,8, Erdwärmepumpen Werte zwischen 3,3 und 4,7.

Die Jahresarbeitszahl (JAZ)

Die JAZ (Jahresarbeitszahl) beschreibt die Effizienz der Wärmepumpe im realen Betrieb. Hier muss beachtet werden, welche Komponenten mitberücksichtigt wurden (nur die Wärmepumpe oder auch ein elektrischer Heizstab oder Speicherverluste). Für die Berechnung der JAZ wird die erzeugte Wärme (in Kilowattstunden, kWh) durch den eingesetzten elektrischen Strom (in kWh) geteilt. Die JAZ ist entscheidend für die tatsächlichen Heizkosten.

Ein modernes EFH mit Wärmepumpe
© iStock/Michal Rojek

Blick in die Zukunft

Wird heute in einem Haus die Heizung erneuert, so wird diese in der Regel mindestens 20 Jahre lang betrieben. In den nächsten 20 Jahren wird sich das Energiesystem in Deutschland aber grundlegend wandeln. Bis 2030 sollen 80 Prozent des Stroms in Deutschland aus erneuerbaren Energien erzeugt werden und fossile Kraftwerke werden nur noch bei Windflauten und geringer Solarstrahlung einspringen. Gleichzeitig ist davon auszugehen, dass die Strompreise nicht mehr zeitlich konstant sind, sondern sich je nach Solar- und Windstromangebot und Nachfrage ändern.

Um von den schwankenden Strompreisen in einem solchen zukünftigen Energiesystem zu profitieren, wird es wichtig sein, dass auch die Wärmepumpe flexibel betrieben werden kann. Für diese Flexibilität benötigt sie Speicher, um Überschüsse im Stromnetz in Zeiten mit geringem Angebot an erneuerbarem Strom ausgleichen zu können, z.B. in der Nacht. Bei gleicher Speicherkapazität sind gegenwärtig Wärmespeicher preisgünstiger als Elektrospeicher. Bei der Planung einer Heizungsumstellung sollte ein Pufferspeicher deswegen ausreichend groß dimensioniert werden, sodass er die Heizwärme und den Warmwasserbedarf eines typischen Wintertags abdecken kann.

Damit die Wärmepumpenregelung zukünftig Informationen zum aktuellen Strompreis erhält, ist es außerdem sinnvoll, bei der Montage ein Kabel für einen Kommunikationsanschluss im Haus zwischen Internetanschluss, Stromzähler und Wärmepumpe zu verlegen. Manche Regelungen bieten bereits heute Schnittstellen für Wetterprognosen oder CO2-optimierten Betrieb. Bisher ist es noch nicht zwingend erforderlich, dass die Regelung den Strompreis berücksichtigt, da es noch kaum zeitvariable Tarife am Markt gibt. Es sollte aber die Möglichkeit der Nachrüstung berücksichtigt werden.

Energiekosten

In den letzten zwei Jahren sind die Energiepreise deutlich gestiegen und unterliegen gleichzeitig starken Schwankungen. Die zukünftige Preisentwicklung ist momentan schwer vorhersagbar. Vor allem das Verhältnis des Strompreises für Wärmepumpen zum Preis des fossilen Vergleichsbrennstoffs ist von Bedeutung. Liegt der Strompreis beim 2,5- bis maximal 3-fachen des Brennstoffpreises, kann eine Wärmepumpe (WP) bereits jetzt mit geringeren Kosten betrieben werden. Setzt man für Öl und Gas den Preis der 2023 eingeführten Gaspreisbremse an (12 ct/kWh) und unterstellt einen Jahresnutzungsgrad des Heizkessels von 90 Prozent, so ergibt sich je nach Effizienz der Anlage folgendes Bild für den maximalen Strompreis, bei dem eine Wärmepumpe im Betrieb preiswerter ist als eine Heizung mit fossilen Brennstoffen:

Beispiel: Zusammenhang von Strompreis, JAZ und Gaspreis einer Heizung mit fossilen Brennstoffen

Gas-/Ölpreis (Beispiel Gaspreisbremse, Brennwertkessel) [ct/kWh]12121212
JAZ WP*2,533,54
Strompreis, unter dem der Betrieb der WP gegenüber dem Kessel wirtschaftlich wird [ct/kWh]**33404753

*JAZ WP = Jahresarbeitszahl Wärmepumpe
**ct/kWh = Cent pro Kilowattstunde

Entscheidend für die Heizkosten ist dabei die Effizienz der Wärmepumpenanlage. Je höher die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist, desto geringer werden die Heizkosten.

In der folgenden Tabelle ist dargestellt, wie sich die Wärmepreise mit steigender JAZ reduzieren und wie sich eine PV-Anlage darauf auswirkt. Der Strom der PV-Anlage wurde mit Kosten von 8,2 ct/kWh berücksichtigt. Dies entspricht der Einspeisevergütung bei Überschusseinspeisung ins Netz und damit dem Betrag, der nicht ausgezahlt würde, wenn ein Teil des Überschusses stattdessen in der Wärmepumpe verwendet wird (Annahme: Ein Viertel des jährlichen Wärmepumpenstroms wird auf diese Weise durch die PV-Anlage gedeckt).

Wärmepreis in Abhängigkeit von der JAZ mit und ohne PV-Strom (Betriebskosten ohne Berücksichtigung der Investition)

Strompreis (Beispiel: Heizstrom Strompreisbremse) [ct/kWh]28282828
JAZ WP*2,533,54
Wärmepreis [ct/kWh]**11987
Wärmepreis (inkl. ¼ PV-Strom) [ct/kWh9876

*JAZ WP = Jahresarbeitszahl Wärmepumpe
**ct/kWh = Cent pro Kilowattstunde

Der selbst verbrauchte PV-Strom (¼) kann den Wärmepreis in einer ähnlichen Größenordnung reduzieren wie die Steigerung der JAZ der Wärmepumpe von 2,5 auf 3,0.

Bis auf den Preis des eigenen PV-Stroms werden sich jedoch während der Lebensdauer der Anlage von ca. 20 Jahren die Energiepreise unterschiedlich entwickeln, was gegenwärtig nur schwer vorhergesagt werden kann. Sicher ist nur, dass fossile Brennstoffe sich durch den steigenden CO2-Preis kontinuierlich verteuern werden.

Vortrag "Konzepte für Wärmepumpen im Bestand"

Das Institut für Wohnen und Umwelt (IWU) hat untersucht, wie Wärmepumpen in bestehendne Wohngebäuden eingesetzt werden können. Die Studie fasste Marc Großklos in einem Vortrag anlässlich des Energieberatertages 2023 zusammen. 


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