NEUE ENERGIE FÜRS KLIMA #2Wärmepumpen funktionieren auch in Altbauten
Sie gelten als ein wichtiger Baustein auf dem Weg zur Energiewende: Wärmepumpen, die mithilfe von Strom die Luft in Gebäuden erwärmen. Lange dachte man, dass sie nur in Neubauten mit Fußbodenheizung wirklich gut laufen – das hat sich erledigt.
Seit mehr als zehn Jahren untersuchen Dr. Marek Miara und seine Kolleginnen und Kollegen am Fraunhofer-Institut ISE in Freiburg, wie sich Wärmepumpen in der Praxis in Altbauten verhalten – von saniert bis komplett unsaniert. "Wir haben geschaut, wie effizient die Anlagen laufen", erklärt Miara im Gespräch mit MDR WISSEN. "Noch wichtiger war dabei aber, von Anlagen zu lernen, die besonders gut und schlecht abschneiden." Das Ergebnis: Wärmepumpen können prinzipiell auch in Bestandsgebäuden gut funktionieren – egal, wie gut der Sanierungsgrad und die Heizungsart ist. Konkret lagen die am ISE bis 2020 untersuchten Wärmepumpen bei den CO2-Emissionen um 27 bis 61 Prozent unter den Zahlen von Erdgas-Brennwertheizungen. Durch den weiteren Ausbau von Photovoltaik und Windkraft dürfte dieser Wert in Zukunft weiter sinken.
Neueste Wärmepumpen-Generation wird gerade untersucht
Ein weiterer wichtiger Aspekt ist ihr Beitrag zum Gelingen der Energiewende. "Dafür sind sie entscheidend, das wissen wir nicht erst seit Beginn des Kriegs in der Ukraine", betont Marek Miara. Denn laut den ISE-Berechnungen entstehen etwa 40 Prozent aller CO2-Emissionen in Deutschland bei der Produktion von Warmwasser und Raumwärme für Gebäude. Nun habe sich allerdings die Perspektive verschoben: Von der Konzentration auf die CO2-Neutralität hin zur Unabhängigkeit von Erdöl und Erdgas. Dafür seien Wärmepumpen prinzipiell auch gut geeignet, da der Strom für ihre Nutzung vollständig aus erneuerbaren Energien kommen könnte. Miara berichtet, dass sich hier die Wahrnehmung drastisch verändert habe und es jetzt vor allem darum gehe, Wärmepumpen möglichst schnell installieren zu können und nicht mehr darum, unbedingt ihre Effizienz weiter zu steigern: "Damit können wir einen kleinen Beitrag leisten, um die Folgen dieser schrecklichen Ereignisse etwas abzumildern."
WärmepumpeDie Wärmepumpe funktioniert wie ein Kühlschrank – nur umgekehrt. Ein Kühlschrank entzieht seinem Inneren Wärme und gibt sie nach Außen ab. Eine Wärmepumpe zieht Wärmeenergie aus der Umgebung (Luft, Erde, Wasser) und gibt sie über den Wärmetauscher als Heizwärme ans Haus ab. Eine moderne Luft-Wärmepumpe kann dabei mit einer Kilowattstunde Strom etwa drei bis vier Kilowattstunden Wärmeenergie produzieren.
Das Thema ist für den gebürtigen Polen auch aus persönlichen Gründen sehr emotional, da er viele Bekannte habe, die sich im Nachbarland nun um Geflüchtete aus der Ukraine kümmern. In Polen wird noch viel mit einfachen Kohlekesseln geheizt, was zu teilweise starker Luftverschmutzung besonders in den großen Städten führt. Hier könnten Wärmepumpen Abhilfe leisten und tatsächlich hat ihre Verbreitung an Oder und Weichsel in den vergangenen Jahren stark zugenommen. "Pro Kopf nutzen mittlerweile mehr Menschen in Polen Wärmepumpen als in Deutschland", erläutert Miara.
Nach dem Bericht zur Nutzung in Bestandsgebäuden arbeiten er und die anderen ISE-Forschenden aktuell an einer Studie, in der die neueste Generation der Wärmeerzeuger untersucht wird. "Diese werden vermutlich noch besser laufen, weil sich Technik noch weiter verbessert hat", erklärt der Experte. Dazu gehört auch die verstärkte Nutzung von natürlichen Kältemitteln wie Propan, was die Umweltbilanz der Geräte verbessert. Allerdings besteht bei dem Gas das Problem darin, dass es schnell brennbar ist – weshalb neuere Anlagen im Freien verbaut werden.
Auf Propan basiert auch eine neuartige Wärmepumpe, die an der Polytechnischen Universität von Valencia entwickelt wurde. Die Anlage soll laut den Forschenden Warmwasser mit einer Temperatur von bis zu 75 Grad erzeugen zu können – ein Wert, der mit normalen Wärmepumpen nicht erreicht werden kann. Für jede verbrauchte Kilowattstunde Strom kann diese Wärmepumpe 4,43 Kilowattstunden Warmwasser produzieren.
Fehlendes Personal das größte Problem
"Mit der Nutzung von Propan lassen sich aber wiederum auch höhere Betriebstemperaturen erzielen", erläutert Danny Günther, der sich am ISE besonders um den Bereich Bestands-Einfamilienhäuser kümmert. Dort sei der Einbau häufig schwieriger, da man etwa eine andere Trinkwasserzufuhr hat als bei Neubauten: Bei diesen entschieden sich im Jahr 2019 bereits 46 Prozent der Bauherren für eine Wärmepumpe. Aber auch diese Herausforderung ließe sich lösen, wie die Experten zeigen konnten.
Ebenso wie etwaige Probleme mit Schallbelastung, die bei neueren Geräten in geringerem Maß auftreten. Ansonsten gibt es noch bei unterschiedlichen Typen von spezifischen Nachteile, etwa notwendige Genehmigungen von Wasser- und Bergbehörden bei Wasser-Wasser- bzw. Sole-Wasser-Wärmepumpen oder spezielles Lüftungssysteme bei Luft-Luft-Wärmepumpen.
Das größte Manko bleibt noch der relativ hohe Preis, sowohl für den Einbau der Wärmepumpen als auch den Strom, den sie zum Betrieb benötigen. Je nach Wärmepumpenart und Erschließungsaufwand können diese von 10.000 bis 30.000 Euro reichen. In einem Beitrag der ARD-Sendung "Plusminus" wurde davor gewarnt, dass diese letztlich das Einsparpotenzial übersteigen könnten – auch wenn der Staat bis zu 45 Prozent der Einbaukosten übernimmt. Danny Günther erklärt, dass es tatsächlich große Effizienz-Unterschiede zwischen den einzelnen Geräten gebe und die Verbraucher daher vor dem Kauf unbedingt verschiedene Anlagen vergleichen und sich Kennzahlen genau anschauen sollten. Dabei kann auch eine professionelle Beratung wie etwa durch die Sächsische Energieagentur SAENA helfen.
Das größte Problem liegt für den Forscher derzeit aber ganz woanders: beim fehlenden Personal für Installation und Wartung. Bis zum Jahr 2030 sollen in Deutschland rund sechs Millionen Wärmepumpen installiert sein, um die Energiewende schaffen zu können – im Vergleich zu gut 140.000 im Jahr 2020. Diese Entwicklung könnte sich durch den Ukraine-Krieg noch beschleunigen, erklärt Günther. Dafür sei derzeit keine Lösung in Sicht.
Weida wird zum Wärmepumpen-Vorbild
Altbau, Neubau – aber was ist mit Mietwohnungen z.B. im Plattenbau? Im thüringischen Weida läuft dafür ein Pilotprojekt, das einzigartig ist im Freistaat. Dabei soll bei der Wärmeversorgung von mehr als 1.000 Wohnungen weniger Kohlendioxid entstehen – ohne dass den Mietern Mehrkosten entstehen. Ein Blockheizkraftwerk, das Strom und Wärme gleichzeitig erzeugt, wird mit zwei Wärmepumpen verbunden, die im Winter dem Erdreich Wärme entziehen und im Sommer die warme Luft als Energie-Quelle nehmen.
Die Mieter kostet der Umbau keinen Cent mehr Miete und die Klimaziele 2030 werden schon nächstes Jahr erreicht, allerdings mit staatlicher Förderung in Höhe von 90 Millionen Euro. Mitte Juni wird die Diskussion über die Wärmeversorgung der Zukunft auf dem Kongress "Erfurter Energiespeichertage" fortgesetzt werden – mit Weida als prominentem Beispiel.
Studien/Links
Abschlussbericht "Wärmepumpen in Bestandsgebäuden"