Fraunhofer-Institut sieht Einsatzmöglichkeiten auch in Bestandsgebäuden

Feldtests bestätigen Potenzial von Wärmepumpen

Vermessung einer neuartigen Verteilerstruktur zur Verdampfung des Kältemittels einer Wärmepumpe. © ISE

Wärmepumpen können auch in Bestandsgebäuden effizient arbeiten. Zu diesem Ergebnis kommt das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE anhand von Feldtests der vergangenen zwölf Jahre. Bei einer Tagung des Deutschen Kälte- und Klimatechnischen Vereins stellt das ISE die Daten der Langzeitbeobachtung vor.

Bisher galten Wärmepumpen vor allem als richtige Lösung für neue Gebäude mit guter Dämmung und einem Heizsystem, das nur eine geringe Vorlauftemperatur benötigt. Das ist etwa bei Fußbodenheizungen der Fall. Doch nun zeigen die Ergebnisse des Langzeittests, dass die Effizienz von Luft/Wasser-Wärmepumpen im Bestand gegenüber einem früheren Projekt um rund 20 Prozent gestiegen ist.

Die Feldstudie beschäftigt sich mit Wärmepumpen in Gebäuden, die überwiegend zwischen 1950 und 1995 gebaut wurden. Die Auswertungen zeigen, dass eine neue Generation von Anlagen im Schnitt knapp 20 Prozent effizienter ist als Wärmepumpen es vor zehn Jahren waren.

Die Effizienzgewinne liegen einerseits an den Geräten selbst, andererseits an verbesserten Installationen sowie Wärmeübergabesystemen, die geringere Heizkreistemperaturen ermöglichen. Die mittleren Jahresarbeitszahlen der Luft/Wasser-Wärmepumpen liegen bei den 15 gemessenen Anlagen zwischen 2,5 und 3,4. Ein umfassend saniertes Gebäude erreichte eine Jahresarbeitszahl von 4,1. Die Jahresarbeitszahl beschreibt das Verhältnis von erzeugter Heizungswärme zur eingesetzten Antriebsenergie.

"Künftig wichtigste Heiztechnik"

"Wärmepumpen werden sich zur künftig wichtigsten Heiztechnik in Deutschland entwickeln", schlussfolgert Marek Miara, Koordinator Wärmepumpen am ISE. Er präzisiert: "Wärmepumpen sollen 2050 65 bis 90 Prozent der Niedertemperaturwärme in Gebäuden bereitstellen." Miara stützt sich dabei auf Daten der Studie "Was kostet die Energiewende", die das ISE 2015 erstellte.

In seinem Labor für Wärmepumpen und Kühlgeräte entwickelt und verbessert das ISE in Zusammenarbeit mit der Industrie seit Jahren Wärmepumpen und deren Systemeinbindung. So arbeitet es auch an der VDI-Richtlinie 4645 zu Planung und Installation von Wärmepumpen mit und engagiert sich bei der Weiterbildung von Technikern und Handwerkern. Miara ist außerdem Leiter des Forschungsprojekts Annex 50 "Heat Pumps in Multi-Family Buildings for Space Heating and DHW" der Internationalen Energieagentur.

Angesichts der wachsenden Bedeutung von Wärmepumpen hat das Institut Laborflächen und Mitarbeiterzahl deutlich erhöht. Die Forscher untersuchen unter anderem die Anwendung von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern. Anfang 2018 plant das Testlabor zur Vermessung von Wärmepumpen seine Akkreditierung durch die Deutsche Akkreditierungsstelle (DAkkS) und kann dann Zertifikate für die Leistungsdaten von Wärmepumpen ausstellen.

Wärmepumpen können Umweltenergie nutzbar machen

Heizung und Warmwasser benötigen in Deutschland rund 40 Prozent der Endenergie. Dieser heute weitgehend fossil gedeckte Bereich ist ideal für Solarthermie und Umweltwärme geeignet, meint das ISE. Wärmepumpen hätten dabei die Aufgabe, Umweltenergie, zum Beispiel aus Erdreich, Wasser oder Luft, für Heizzwecke nutzbar machen. Dazu benötigen Wärmepumpen Energie wie Strom oder Gas. Die Effizienz einer Wärmepumpe wird mit der Jahresarbeitszahl (JAZ) beschrieben. Bei einer JAZ von drei macht die Wärmepumpe aus einem Teil Antriebsenergie drei Teile Nutzenergie.

Für die Gesamtbilanz ist noch die Antriebsenergie wichtig. Für eine Kilowattstunde Strom werden heute im Mittel etwa das 1,8-fache an fossiler Primärenergie eingesetzt. Der Wert entsteht durch die Verluste bei der Erzeugung von Strom im Kraftwerk. Ist die JAZ einer elektrischen Wärmepumpe höher als dieser Wert, ist sie primärenergiemäßig positiv zu bewerten.

Agora Energiewende sieht Wärmepumpenlücke

In der Studie "Wärmewende 2030. Schlüsseltechnologien zur Erreichung der mittel- und langfristigen Klimaschutzziele im Gebäudesektor" hatte die Denkfabrik Agora Energiewende der Wärmepumpe ebenfalls eine gute Entwicklung prognostiziert. Der Wärmesektor braucht den Ölausstieg: „Der klimagerechte und kosteneffiziente Gebäudewärmemix im Jahr 2030 enthält rund 40 Prozent Gas, 25 Prozent Wärmepumpen und 20 Prozent Wärmenetze – aber fast kein Öl.“ Aus Klimaschutzsicht sollten Ölheizungen bis 2030 weitestgehend durch Umweltwärme (Wärmepumpen) ersetzt werden.

Auf diesem Weg sieht Agora Energiewende eine Wärmepumpenlücke entstehen: "In Trendszenarien werden bis 2030 rund zwei Millionen Wärmepumpen installiert – gebraucht werden aber bis dahin fünf bis sechs Millionen. Um dies zu erreichen, sollten Wärmepumpen nicht nur in Neubauten, sondern auch in Altbauten frühzeitig installiert werden, zum Beispiel als bivalente Wärmepumpensysteme mit fossilen Spitzenlastkesseln."

Dena will noch 2050 mit Öl und Gas heizen

Einen ganz anderen Entwicklungspfad zeichnet eine Studie der Dena: Noch im Jahr 2050 sollen 31 Prozent des Wärmebedarfs aus Gas und 19 Prozent aus Öl erzeugt werden. Um trotzdem treibhausgasneutral zu sein, müssten die Brennstoffe in großem Stil in Ländern mit hoher Sonneneinstrahlung synthetisch aus erneuerbaren Energien hergestellt werden. Für die Technologieneutralität, die ein solches Szenario ermöglichen würde, sprach sich jüngst beim Dena-Kongress in Berlin Viessmann-Chef Manfred Greis aus, der gleichzeitig Präsident des Bundesindustrieverbands Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik ist. Quelle: Fraunhofer ISE / sue

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