Die Bundesregierung plant fest mit Wärmepumpen als Teil der Energiewende, insbesondere in Kombination mit Photovoltaikanlagen sollen sich drastisch Kosten aber auch CO2 sparen lassen.
Mit Blick auf eine aktuell stattfindende PV-Beratung im Familienkreis kam auch die Frage nach der Zukunftsplanung in Sachen Wärmepumpe und E-Mobilität zur Sprache. Der Berater erklärte, dass eine Wärmepumpe nur bei Fußbodenheizung attraktiv sei und gerade dann, wenn die eigene PV-Anlage wenig Überschuss produziere, der Energiebedarf am höchsten sei. In diesem Artikel gehen wir diesen Mythen auf die Spur.
Gerade wenn es darum geht, den wirtschaftlichen Nutzen schlecht zu rechnen, wird gerne mit Maximalwerten gerechnete. So heißt es beispielsweise, dass bei Temperaturen von -20 Grad Celsius Wärmepumpen so ineffektiv arbeiten würden, dass die heutigen Stromnetze die benötigte Last nicht liefern könne. Auch das Thema Lautstärke wurde häufig als Kritikpunkt angeführt. Die Lüfter der Anlagen sind mittlerweile auf 40 Dezibel begrenzt – direkt neben dem Schlafzimmer möchte man die Geräte dennoch nicht montiert wissen.
Wärmepumpe: Funktionsprinzip
Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe ist einfach erklärt: Die Wärmepumpe entzieht einer Quelle, z.B. Luft, der Erde oder dem Grundwasser Energie, die in der eigentlichen Wärmepumpe zu nutzbarer Wärmeenergie umgewandelt wird. Diese wird dann entweder mittels Speicher gespeichert oder gleich in den Brauch- und Heizwasserkreislauf eingespeist.
Diese Technik ist nicht neu, sie existiert seit mehr als 100 Jahren – in umgekehrter Praxis – beim Kühlschrank. Dort wird dem Innenraum Wärme entzogen und nach draußen abgegeben.
Wärmepumpen: Arbeitszahl, Effizienz und kalte Tage
Um die Funktion der Wärmepumpe zu gewährleisten, wird elektrische Energie benötigt, nämlich um das sogenannte Wärmemittel unter hohem Druck nach seinem Verdampfungsprozess wieder zu verflüssigen. Beim verdichten entstehen solch hohe Drücke, dass sich das Gas auf bis zu 100 Grad Celsius erwärmt, dabei kondensiert und seine Wärmeenergie zur Nutzung abgibt.
Die hierzu benötigte Energie kann z.B. über die eigene Photovoltaik-Anlage generiert werden – oder aus dem Netz bezogen werden. Bei einem Einfamilienhaus spricht man von fünf bis sieben Kilowatt benötigter Leistung. Daraus generiert die Wärmepumpe eine Heizleistung, die ein vielfaches höher liegt, üblicherweise bei dem Faktor drei. So werden aus einer Kilowattstunde benötigtem „Strom“ rund drei Kilowatt Heizleistung.
Dieser Faktor nennt sich „Arbeitszahl“ und beschreibt am Ende vereinfacht die Effizienz der Wärmepumpe. Die Arbeitszahl ist abhängig von verschiedenen Kriterien, z.B. von der Außentemperatur (oder alternativ der Grundwasser- oder Erdtemperatur), der Wärmepumpengeneration oder auch den verwendeten Heizkörpern.
Noch vor wenigen Jahren wurde eine Fußbodenheizung „vorausgesetzt“, wenn eine Wärmepumpe effizient arbeiten sollte. Dies wurde meist mit der deutlich geringeren Vorlauftemperatur (ca. 30-35 Grad) gegenüber den klassischen Heizkörpern (ca. 50-60 Grad Vorlauftemperatur) begründet. Die Wärmepumpe muss also für den Betrieb mit klassischen Heizkörpern viel mehr elektrische Energie aufnehmen, um höhere Vorlauftemperaturen zu generieren.
Gerade Luft-Wärmepumpen erreichen bei extrem kalten Temperaturen nur noch eine Arbeitszahl von zwei oder weniger – 1 KW Strom -> 2 KW Heizleistung. Dies macht sich in der Bilanz deutlich bemerkbar, trifft aber erst ab Temperaturen von Minus zehn Grad Celsius ernsthaft in Aktion.
Aus diesem Grund wurden auch Altbauwohnungen oder nicht energetisch sanierte Wohnungen nicht für den Einbau einer Wärmepumpe empfohlen.
Mittlerweile wurden aktuelle Wärmepumpen so optimiert, dass auch mit klassischen Heizkörpern – oder im Altbau Arbeitszahlen von drei oder höher erreicht werden können. Hier ist es aber immer noch wichtig, die Anlage individuell zu optimieren und nicht auf „Standardsoftwareeinstellungen“ zu betreiben. Einfach ausgedrückt: Die Wärmepumpe muss richtig eingestellt sein!
Dann wird es erst ab Temperaturen von Minus zehn Grad und kälter unwirtschaftlich. Bei Wärmepumpen mit Erd- oder Grundwassernutzung stellt sich dieses Problem nicht, da die Bodentemperaturen deutlich stabiler als die Lufttemperaturen bleiben.
Auch die verwendeten Heizkörper sowie die Dämmung der Heizungsrohre haben deutliche Auswirkung auf die Effizienz. Der Austausch von alten Heizkörpern gegen moderne, die nachträgliche Dämmung an freiliegenden Rohren etc. hilft, die Effizienz zu erhöhen. Zahlreiche Praxisbeispiel zeigten, dass sich mit solchen Optimierungen Vorlauftemperaturen von unter 50 Grad Celsius als ausreichend erwiesen.
Wärmepumpen nur mit eigener PV sinnvoll
Wärmepumpen vollständig aus dem Stromnetz zu speisen, kann unter bestimmten Umständen und mit einem günstigen Wärmepumpentarif des Versorgers funktionieren. Richtig sinnvoll wird es jedoch erst, wenn Sie ihren eigenen Strom produzieren. Und an dieser Stelle muss entschieden werden, welche Bereiche über die Wärmepumpe gesteuert werden sollen: Heizkreislauf, Brauchwasser-Kreislauf oder beides. Dies ist auch abhängig von der installierten PV-Anlage und ihrem Ertrag.
An diesem Punkt bedarf es einer professionellen Berechnung mit ihren eigenen Daten durch einen Fachmann.
Sollten Sie eine zu klein dimensionierte PV-Anlage installiert haben, haben Sie sich an dieser Stelle zumindest bereits die Möglichkeit genommen, ihren eigenproduzierten Strom zur Aufbereitung zu verwenden. Die Wirtschaftlichkeit sinkt.
Wärmepumpen-Fazit
Pauschal Wärmepumpen nur für energetisch sanierte Neubau-Objekte mit Fußbodenheizung zu empfehlen, lässt sich mittlerweile leicht widerlegen. Ohne eine sinnvolle Berechnung hingegen kommt man kaum zum Erfolg. Eventuell bedarf es auch den Austausch von Heizkörpern, um den Wirkungsgrad nachhaltig zu erhöhen.
Eine Wärmepumpe jedoch ohne eigene Photovoltaik-Anlage mit entsprechender Produktion einzubauen, macht wenig Sinn – vor allem mit Blick auf die steigenden Energiepreise.
Eine Wärmepumpe kann z.B. auch für die Brauchwasser-Erwärmung ausgelegt werden, um so – je nach PV-Größe, gänzjährig auf die Erhitzung des Warmwassers durch eine Gas- oder Ölheizung verzichten zu können. Insbesondere der Heizkreislauf benötigt sehr viel Energie – im Gegensatz zu einem gepufferten Warmwasser-Produkt.
Die Basis für eine erfolgreiche Installation legt ihre eigene Photovoltaik-Anlage. Diese muss möglichst groß dimensioniert sein, um auch in den Herbst- und Frühjahrmonaten möglichst viel eigenproduzierte Energie für die Wärmepumpe zu liefern.
