Klimaneutraler Gebäudebestand: Gebäudeheizung der Zukunft / 2.2 Wärmepumpen

Ein Wärmeübertrager entzieht der Umwelt Wärme, die durch Kompression auf eine höhere Temperatur gebracht wird. Für 1 Kilowattstunde elektrischer Energie zum Betreiben dieses Prozesses werden bis zu 5 Kilowattstunden Wärme erzeugt. Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe hängt davon ab, wie groß der Temperaturunterschied zwischen Umweltwärmequelle und dem Heizkreis ist.

Als Umweltwärmequelle können das Erdreich, Grund- oder Abwasser oder die Außenluft dienen. Verfügt das Unternehmen über Abwärme, eignet sich diese u. U. ebenfalls als Wärmequelle für die Wärmepumpe. Zur Nutzung von Erdwärme werden entweder mehrere Pfähle (Erdsonden) 100 bis 200 Meter tief gebohrt oder Erdwärmekollektoren in 2 bis 5 Metern Tiefe flächig verlegt. Im Erdreich sind je nach Tiefe und geologischer Beschaffenheit Temperaturen von 5 bis 15 °C anzutreffen, die über das ganze Jahr nahezu konstant sind. Grund- oder Abwasser-Wärme hat Temperaturen zwischen 10 und 20 °C. Über eine Brunnenanlage oder einen Wärmetauscher im Abwasserkanal wird die Wärmequelle erschlossen. Am verbreitetsten ist jedoch die Wärmequelle Außenluft, der auch bei Minusgraden nutzbare Wärme entzogen werden kann. Sole- und Wasser-Wärmepumpen erzeugen aus einer Kilowattstunde Strom 4 bis 6 Kilowattstunden nutzbare Wärme, Luft-Wärmepumpen im Bestand zwischen 3 und 4. Dafür sind die Investitionskosten bei Luft-Wärmepumpen in etwa nur halb so hoch wie bei Sole- und Wasser-Wärmepumpen, weil keine Bohrungen notwendig sind.

Ein typischer Wert für die Vorlauftemperatur des Heizkreises in Bestandsgebäuden mit mittlerer Energieeffizienz ist 70 °C. In Neubauten mit Fußbodenheizung beträgt sie 30 °C, was für die Effizienz der Wärmepumpe ideal ist. Als Faustregel dient die Zielmarke von 55 °C, ab der eine Wärmepumpe auch in Bestandsgebäuden effizient betrieben werden kann. Um das eigene Gebäude fit für eine Wärmepumpe zu machen, gibt es 2 Hebel:

1. Eine Vergrößerung der Übertragungsflächen der Heizkörper: je größer sie ist, desto geringer ist die benötigte Temperatur des Heizungswasser. Eine Fußbodenheizung braucht wegen ihrer großen Wärmeübertragungsfläche nur geringe Temperaturen, während Heizkörper mit geringer Oberfläche mit bis zu 90 °C betrieben werden müssen.
2. Die Energieeffizienz des Gebäudes: je besser die Dämmung, desto weniger Wärme geht verloren, die vom Heizungssystem bereitgestellt werden muss, um die Raumtemperatur konstant zu halten.

Der effiziente Betrieb von Wärmepumpen in unsanierten Bestandsgebäuden auch ohne Fußbodenheizung ist vielfach erprobt und möglich. Oft ist die jetzige Vorlauftemperatur mit großzügigen Sicherheitsaufschlägen versehen. Der gezielte Austausch einzelner Heizkörper zugunsten großflächigerer kann mit geringen Investitionskosten niedrigere Temperaturen ermöglichen und damit hohe Effizienzgewinne bringen. Die Verbesserung der energetischen Hülle durch Dämmung der Außenwände, des Dachs oder dem Austausch der Fenster ist ein weiterer Faktor.

Klimabilanz von Wärmepumpen

Die Umweltwärme verursacht keine Emissionen, die bei der Erzeugung des Stroms hingegen anfallen können. Aber auch mit dem derzeitigen Strommix ist der CO2-Ausstoß durch eine Wärmepumpe nur etwa halb so groß wie bei einem Erdgaskessel. Je stärker der Anteil erneuerbarer Energien am Strommix steigt, desto weiter verbessert sich die Klimabilanz.