Keine Scheu vor Wärmepumpen

Wärmepumpen sind das Heizsystem der Stunde. Gleichwohl gibt es in der SHK-Branche teilweise noch immer Vorbehalte gegenüber der Wärmepumpentechnologie. Doch für solche Bedenken gibt es keinen Grund: Warum die Wärmepumpe tatsächlich die Zukunftslösung ist, was es bei der Systemwahl zu beachten gilt und wie Wärmepumpen erfolgreich installiert werden – davon handelt diese mehrteilige Serie aus dem Hause Stiebel Eltron.

In Zeiten verschärfter Klimaschutzvorschriften gewinnt die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung immer mehr an Bedeutung. Tatsächlich schlummert hier ein erhebliches CO₂-Einsparpotenzial: Denn rund zwei Drittel des privaten Kohlendioxidausstoßes lassen sich allein auf Heizung und Warmwasserbereitung zurückführen. Um das Ziel der europäischen Klimaneutralität bis 2050 zu erreichen, müssen in den kommenden zwei Jahrzehnten daher Heizsysteme, die auf fossilen Energieträgern basieren, konsequent ausgetauscht werden. Als Ersatz für klimaschädliche Öl- und Gasheizungen favorisiert die Politik derzeit Wärmepumpen. Spätestens seit klar ist, dass fossile Brennstoffe auch aus Gründen der Versorgungssicherheit schnellstmöglich verabschiedet werden müssen, führt an der lange Zeit unterschätzten Technologie kein Weg mehr vorbei. Im Neubau ist die Wärmepumpe längst das Standard-Heizsystem. In 2021 wurde bereits mehr als die Hälfte aller neuen Wohngebäude mit der umweltfreundlichen Heizung ausgestattet. Im deutschlandweiten Bestand machen Wärmepumpen jedoch aktuell erst rund 5 % der Heizungen aus, Öl- und Gasheizungen zusammen hingegen rund 75 %. In den nächsten Jahren müssen somit über 12 Mio. Heizwärmeerzeuger zu einem Großteil durch Wärmepumpen ersetzt werden.

Das Gelingen dieses Vorhabens hängt indessen nicht nur von der Politik, sondern allen voran von der SHK-Branche ab. Dass die Wärmewende ohne Wärmepumpen kaum funktionieren wird, ist zwar fast jedem Fachhandwerker bewusst. Trotzdem gibt es in der Branche oft noch Vorbehalte, die größtenteils auf Vorurteilen oder fehlender Erfahrung beruhen.

Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe

Dabei lassen sich die Vorbehalte gegenüber Wärmepumpen meist einfach mit Fakten widerlegen – das fängt schon beim Funktionsprinzip der Technologie an. So wird oft fälschlicherweise noch davon ausgegangen, dass die Wärmepumpe mit Strom heizt – dabei stimmt das nicht. Sie nutzt zur Heizwärmeerzeugung die thermische Energie aus der Umgebungsluft (Luft/Wasser-Wärmepumpe), dem Erdreich (Sole/Wasser-Wärmepumpe) oder dem Grundwasser (Wasser/Wasser-Wärmepumpe) und bringt diese mittels Kältemittelverdichtung auf ein höheres, nutzbares Temperaturniveau. Strom dient dabei als Antriebsenergie, um diesen Prozess in Gang zu bringen und zu halten. Doch wie genau funktioniert das im Detail? Bei Erd- und Grundwasserwärmepumpen werden Kunststoffleitungen ins Erdreich verlegt, die mit einem Gemisch aus Frostschutzmittel und Wasser – der sogenannten Sole – durchströmt werden. Die Flüssigkeit nimmt die Umweltwärme aus dem Erdreich oder Grundwasser auf und transportiert sie weiter zur Wärmepumpe. Luftwärmepumpen hingegen führen die Umgebungswärme durch Ansaugen der Außenluft über einen Ventilator zu. In der Wärmepumpe selbst zirkuliert ein Kältemittel, das die zugeführte Umweltenergie über einen Wärmetauscher (Verdampfer) aufnimmt und dadurch verdampft. Ein mit Strom angetriebener Kompressor (Verdichter) erhöht anschließend den Druck des Kältemitteldampfes, wodurch die Temperatur steigt – von diesem Vorgang leitet sich letztlich das Wort „Wärmepumpe“ her: Die Temperatur wird durch die Kältemittelverdichtung auf ein höheres, nutzbares Niveau „gepumpt“. In einem weiteren Wärmetauscher, dem Verflüssiger, überträgt dann das unter Druck stehende, heiße Kältemittelgas seine Wärme auf das Heizungswasser im Wärmeverteil- und Speichersystem des zu beheizenden Gebäudes. Anschließend wird der Druck des Kältemittels in der Drossel reduziert und das flüssige, entspannte Kältemittel zum Verdampfer zurückgeführt – wo der Kreislauf von neuem beginnt. Zum Heizen nutzt die Wärmepumpe also Wärmeenergie aus der unmittelbaren Umgebung – Strom benötigt sie hingegen nur für den Verdichterbetrieb sowie zur Aufrechterhaltung der Zirkulation des Kältemittelkreislaufs und für die Nebenantriebe der Heizung wie Regelung und Umwälzpumpen.

Wärmepumpen überzeugen auch in Bestandsgebäuden

Verunsichert wird mancher aber nicht nur durch das Thema Strom – für Unruhe sorgt häufig auch die vielstimmige öffentliche Debatte, die gezielt Zweifel an der Tauglichkeit von Wärmepumpen in bestehenden Gebäuden sät. Demnach ließen sich Bestandsgebäude nur dann effektiv beheizen, wenn umfassend in die Sanierung der Gebäudehülle und des Wärmeübergabesystems investiert würde. Richtig ist, dass eine Wärmepumpe im Bestand kaum dieselbe Effizienz erreichen kann wie im Neubau. Jahresarbeitszahlen (JAZ) zwischen 5 und 6, wie sie im Effizienzhaus 55 oder 40 erzielt werden können, sind in Bestandsgebäuden schwer zu erreichen. Tatsächlich stimmt auch, dass Wärmepumpen in Kombination mit Fußbodenheizungen höhere Effizienzwerte erreichen als mit Heizkörpersystemen, die für gewöhnlich höhere Vorlauftemperaturen benötigen. Darüber hinaus lassen sich die Einwände aber nicht erhärten: In einer umfangreichen Studie über Wärmepumpen in 15 bis 150 Jahre alten Bestandsgebäuden hat das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE 2018/19 festgestellt, dass üblicherweise auch hier sehr gute Effizienzwerte erzielt werden. Luft-Wasser-Wärmepumpen beispielsweise erreichten laut ISE-Studie im Durchschnitt Jahresarbeitszahlen von 3,1. Erdwärmepumpen kamen im Schnitt sogar auf eine JAZ von 4,1. Auch die Behauptung, Luftwärmepumpen müssen an kalten Wintertagen zu oft auf den integrierten Heizstab zurückgreifen, konnte entkräftet werden: Wie die Studie zeigte, kam der Heizstab in etwa der Hälfte der Anlagen überhaupt nicht zum Einsatz – unabhängig davon, ob im Neubau oder Altbau. Zudem entfielen im Durchschnitt nur 1 bis 3 % des Stromverbrauchs auf den Einsatz des Heizstabs, was aus wirtschaftlicher Sicht nicht nur vernachlässigbar ist, sondern sogar geplant: Wer absolut sichergehen will, dass der Heizstab niemals zum Einsatz kommt, muss die Wärmepumpe auch für unwahrscheinlichste Vorgaben auslegen – was den Anfangsinvest massiv erhöhen und den Wärmeerzeuger die meiste Zeit im nicht-optimalen Bereich laufen lassen würde. Vergleichbar wäre das mit einem Autokäufer, der – weil er vielleicht alle paar Jahre mal ein Klavier transportieren muss – statt des Kleinwagens einen LKW kauft und damit grundsätzlich alle Fahrten absolviert.

Die Wärmepumpe ist also sowohl im Neubau als auch im Bestand nicht nur um ein Vielfaches umweltfreundlicher als jeder Öl- und Gaskessel, sondern zudem auch wirtschaftlich zu betreiben.

Ist die Wärmepumpe nur mit Öko-Strom grün?

Darüber hinaus wird fälschlicherweise von mancher Stelle auch immer wieder kommuniziert, eine Wärmepumpe sei in Wahrheit nur dann nachhaltig, wenn der Betriebsstrom aus regenerativen Energiequellen stamme. Tatsächlich wäre die Klimabilanz einer Wärmepumpe aber selbst dann, wenn der Betriebsstrom ausschließlich aus einem fossilen Kraftwerk käme, immer noch klar besser als die einer Öl- oder Gasheizung. Schließlich wird der größte Teil der Nutzenergie aus der Umwelt gewonnen. Bei einer Jahresarbeitszahl von 3 würde die bereitgestellte Wärme noch immer zu zwei Dritteln Umweltenergie beinhalten. Nichtsdestotrotz ist die Klimabilanz einer Wärmepumpe natürlich umso besser, je größer der Anteil grünen Stroms am Betriebsstrom ist. Im Idealfall wird die Wärmepumpe daher mit Photovoltaik-Strom vom eigenen Dach betrieben. Mittlerweile beinhaltet aber auch der Strommix in Deutschland einen relevanten Anteil grünen Stroms: 2021 entfielen etwa 50 % auf die Stromproduktion aus erneuerbaren Energiequellen. Mit durchschnittlichen JAZ von 3,1 und 4,1 im Bestand sparen Luft- und Erdreich-Wärmepumpen demnach aktuell mehr als die Hälfte an CO₂-Emissionen gegenüber einer Gasheizung ein.

Grundwissen vermitteln und Berührungsängste abbauen

Schon diese kurze Ausführung zeigt: An den Vorbehalten gegenüber Wärmepumpen ist in der Realität nicht viel Wahres. Die einstige Nischenlösung hat sich in den letzten Jahrzehnten maßgeblich weiterentwickelt und steht fossilen Heizungssystemen mittlerweile kaum mehr nach – im Gegenteil. Durch ihren effizienten Betrieb und ihr hohes Klimaschutzpotenzial ist sie zurecht das aktuell gefragteste Heizsystem.

Wie Fachhandwerker das passende System auswählen – Luft-, Erd- oder Grundwasserwärmepumpe – und was es bei der Installation zu beachten gilt, davon handeln die nächsten Teile unserer Serie.

Bilder: Stiebel Eltron

Was ist die Jahresarbeitszahl?

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist eine Kennziffer für die Effizienz einer bestimmten Wärmepumpe über ein Jahr. Sie ist abhängig vom Gesamtsystem und Nutzerverhalten und lässt sich aus dem Verhältnis von zugeführter und abgeführter Energie bestimmen. Mathematisch ergibt sich die JAZ aus der Gleichung JAZ = Heizwärme (kWh/a) / Strom (kWh/a). Berechnet wird sie also anhand der erzeugten Wärmeenergie pro Jahr, geteilt durch den von der Heizungsanlage verbrauchten Strom pro Jahr, beides angegeben in Kilowattstunden (kWh). Simulationsprogramme wie der JAZ-Rechner der Stiebel Eltron-Toolbox (www.stiebel-eltron.de/toolbox/jaz/) helfen, die voraussichtliche JAZ abzuschätzen; zur Beantragung einer staatlichen Förderung wird allerdings die Berechnung nach VDI-Richtlinie 4650 benötigt.