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Alternative zu Öl und Gas

Wärmepumpen: Was taugt das Heizen nach dem Kühlschrankprinzip?

Die Wärmepumpe gilt als die umweltfreundliche und zukunftssichere Alternative zur Öl- und Gasheizung.

Heizen verbraucht im Haushalt am meisten Energie und ist dort der größte Verursacher von Kohlendioxid (CO₂). Derzeit sind dem Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) zufolge noch fast drei Viertel der rund 43 Millionen Wohnungen in Deutschland mit einer Öl- oder Gasheizung ausgestattet. Der Ukraine-Krieg hat den Druck erhöht, das so rasch wie möglich zu ändern. Was sind Chancen und Risiken einer Abkehr vom Fossilen in den eigenen vier Wänden?

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Wärmepumpen sind keine komplett neue Erfindung

Eine alternative Wärmequelle vor allem für Ein- und Zweifamilienhäuser sind Elektro-Wärmepumpen. Zum kürzlich vorgestellten zweiten Energieentlastungspaket der Koalition gehört auch eine Wärmepumpenoffensive. Generell soll ab dem Jahr 2024 jede neu eingebaute Heizung zu mindestens 65 Prozent mit erneuerbaren Energien betrieben werden.

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Vereinfacht gesagt bringen Wärmepumpen Umgebungswärme ins Haus. Sie entziehen einer Quelle – Luft, Boden oder Wasser – Energie in Form von Wärme und bringen sie auf ein höheres Temperaturniveau, um sie dann etwa an das Heizungssystem abzugeben. Einzelne Bauteile der Geräte benötigen Strom – wirklich CO₂-neutral arbeiten die Anlagen daher nur, wenn dieser Strom aus erneuerbaren Quellen stammt.

Neu ist die zugrundeliegende Technik nicht – auch wenn das manchem so scheinen mag, weil Wärmepumpen erst seit einigen Jahren verstärkt zum Einsatz kommen. Das Wirkprinzip einer Wärmepumpe entspricht dem eines Kühlschranks, „nur dass eben die warme Seite genutzt wird“, sagt Thomas Auer von der Technischen Universität (TU) München. Der deutsche Ingenieur Carl von Linde war es, der um das Jahr 1880 eine Kälteerzeugungsmaschine entwickelte – der erste solche Kühlschrank kam in einer Brauerei zum Einsatz. „Nach 150 Jahren Entwicklungszeit kann die Technik solcher Aggregate als recht ausgereift gelten“, sagt Auer, Professor für Gebäudetechnologie und klimagerechtes Bauen.

Die richtige Einstellung ist Voraussetzung für einen energieeffizienten Betrieb

Doch warum zeigen Analysen wie eine Studie des Fraunhofer-Instituts für Bauphysik IBP dann immer wieder ein schlechtes Verhältnis der abgegebenen Wärmemenge zur aufgenommenen elektrischen Energie für viele der installierten Anlagen? „Die Regelung ist die große Herausforderung“, erklärt Auer. Das System richtig einzuregeln und zu justieren sei bei Wärmepumpen von zentraler Bedeutung. „Sonst kann der Strombedarf die eigentliche Effektivität solcher Anlagen komplett ad absurdum führen.“ Stammt der Strom aus fossiler Quelle, ist der mögliche Klimavorteil dahin.

Auch Jens Schuberth vom Fachgebiet Energieeffizienz des Umweltbundesamtes (UBA) sieht als größtes Problem, dass die Anlagen oft einfach mit den Werkseinstellungen wie bei Auslieferung betrieben werden. „Einmal eingeschaltet kümmert sich niemand mehr darum.“ Experten wie die des UBA fordern darum eine Effizienzanzeige der Geräte. „Jede der Heizungen sollte selbst überwachen, wie effizient sie arbeitet“, sagt Schuberth. „Das ist eine ganz grundlegende Funktionalität, die die meisten der Heizungen aber nicht haben.“ Eine Ursache sei, dass Installateure wenig Interesse an derlei Erfolgskontrolle für ihre Arbeit hätten – und die Hersteller in der Folge kein Interesse, so ausgestattete Geräte anzubieten.

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Mit einem Wärmemengenzähler und einem Stromzähler speziell für die Wärmepumpe könne sich ein Nutzer die sogenannte Jahresarbeitszahl zumindest selbst ausrechnen – und gegebenenfalls nachsteuern. Denn klar ist: Eine ineffizient arbeitende Wärmepumpe kann mit dem höheren Stromverbrauch nicht nur dem Klima schaden, sondern auch hohe Kosten verursachen. Die Effizienz direkt vom Gerät angezeigt zu bekommen und am besten noch aus der Ferne korrigieren zu können, etwa vom Hersteller aus, wäre Schuberth zufolge wichtig auch mit Blick auf die künftige Entwicklung: „Bei vielen Millionen Wärmepumpen ließe sich eine regelmäßige Überprüfung kaum von den Installateuren stemmen.“

Auch hier sind Engpässe möglich

Derzeit werden nach BDEW-Daten erst etwa 2,8 Prozent der Wohnungen in Deutschland mit solchen Anlagen beheizt. Etwa 150.000 der rund eine Million im vergangenen Jahr eingesetzten Heizgeräte seien Wärmepumpen gewesen, sagt Christian Stolte, Bereichsleiter Klimaneutrale Gebäude bei der Deutschen Energie-Agentur (Dena). „Da gibt es noch viel Potenzial.“ Alle großen deutschen Hersteller von Heizsystemen hätten Wärmepumpen im Angebot, erklärt der Münchner Bauexperte Auer. Nicht erst seit Ankündigung der Wärmepumpenoffensive der Regierung nehme das Interesse stark zu – es gebe Gemeinden, die gleich Tausende Geräte bestellten. „Es wird Engpässe geben“, ist der Experte überzeugt.

Für Städte wird es andere Lösungen geben müssen, um von Öl und Gas wegzukommen. Zwar lasse sich durchaus auch ein Mehrfamilienhaus mit einer Luft-Wärmepumpe von der Größe einer halben Garage oder mit Erdwärme vom umliegenden Grundstück heizen, meist aber werde wohl Fernwärme das Mittel der Wahl sein, sagt Stolte. Mögliche Energiequellen dafür seien etwa Biomassekraftwerke, Geothermie und Großwärmepumpen, die Wärme etwa aus Abwasser, Flüssen oder Abwärme von Industrieanlagen nutzen.

Aktuell kommt ein Großteil der Fernwärme noch von Kraftwerken, die fossile Brennstoffe nutzen. Im Jahr 2020 seien nur 298 der 1646 Petajoule Energieverbrauch der Haushalte für Raumwärme auf erneuerbare Ressourcen zurückgegangen, sagt Schuberth. Wärmepumpen machten davon nur 17 Prozent aus. Zwei Drittel seien auf Holzheizungen entfallen, etwa mit Pellets – aus Sägespänen und Holzmehl gepressten Stäbchen. „Leider“, betont der UBA-Experte. „Die Nachhaltigkeit ist da sehr infrage zu stellen.“

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Doch keine klimaschonende Alternative?

So effizient diese Heizsysteme arbeiten – als klimaschonende Lösung sehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sie nicht an. „Es sollte mehr Holz im Wald bleiben als rausgeholt wird“, sagt Schuberth. Die Verfeuerung von Pellets und generell von Holz bringe zudem Probleme mit Luftschadstoffen wie mehr Stickoxide und Feinstaub, ergänzt Auer. „Große Anlagen haben eine Abluftreinigung, die vielen kleinen aber nicht.“ Gute Abgaswerte brächten Holzheizungen nur bei optimalem Betrieb – der schon jetzt allzu oft nicht gegeben sei. „Bei vielen Millionen solcher Anlagen wäre das kaum noch zu gewährleisten.“

Ron Dagan vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) weist auf einen weiteren Aspekt hin: die Vergiftungsgefahr in Pellet-Lagern. Aus den Stäbchen kann das hochgiftige, farb- und geruchlose Gas Kohlenmonoxid (CO) entweichen, wie das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR) schon vor Jahren warnte. Vereinzelt gab es Todesfälle in schlecht gelüfteten Lagerräumen für das Heizmaterial. Zudem ist Holz ein begehrter Rohstoff – bei mehr Konkurrenz um diese Ressource dürfte es verstärkt zu Engpässen kommen.

Auf ewig unbegrenzt verfügbar ist ein anderer „Heizstoff“: Luft. Über einen Ventilator werden große Mengen Außenluft angesogen, ein Kältemittel nimmt einen Teil ihrer Energie auf und die nun kühlere Luft wird wieder in die Umgebung abgegeben. Vor allem in Neubausiedlungen sind solche etwa schuhschrankgroßen Luft-Wärmepumpen schon häufig zu sehen – und oft auch zu hören. Die Ventilatorgeräusche galten lange als großes Problem, inzwischen seien sie auf etwa 40 Dezibel dezimiert worden, sagt Auer. Direkt vorm Schlafzimmerfenster oder nahe an der Terrasse des Nachbarn sollten sie allerdings auch damit nicht stehen.

Hinzu kommt, dass die Geräte im Vergleich nicht am besten abschneiden: „Alle anderen Wärmepumpen sind effizienter“, sagt Dena-Experte Stolte. Aus kälterer Außenluft lässt sich weniger gut Wärme ziehen – und kalt ist sie vor allem im Winter, also gerade dann, wenn es auf die Heizleistung ankommt. An kalten Tagen muss unter Umständen ein zusätzlich integrierter Heizstab mit Strom als Energiequelle zum Einsatz kommen – was den Strombedarf und damit die Kosten in die Höhe treiben kann.

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Schwierig, Kosten und Klimaschutz zu vereinbaren

Die wechselnden Temperaturen seien auch für die Technik problematisch, ergänzt Dagan. „Fluktuierende Bedingungen sind nie gut für ein Gerät – sie verkürzen seine Lebensdauer.“ Das treibt die technischen Gesamtkosten für eine Anlage, die bei Wärmepumpen generell wesentlich höher ausfallen als bei Gas- und Ölheizungen, trotz hoher staatlicher Förderung. „Im Moment gehen Kosten und Klimaschutz oft nicht zusammen.“

Temperaturstabile alternative Wärmepumpensysteme sind solche, die die Wärme der Erde nutzen – über tiefe Bohrungen oder flächig mehr als ein Meter tief in den Boden gelegte Kollektoren. Probleme mit der Haltbarkeit sehen Experten nicht, auch nicht bei den im Boden verlegten Leitungen der Flächenkollektoren. „Die Rohre liegen ja unterhalb der Frostgrenze, sie sind kaum Temperaturschwankungen und keinem UV-Licht ausgesetzt“, erklärt UBA-Fachmann Schuberth. Die darüber angelegten Rasenflächen oder Blumenbeete müsse man wohl frühestens nach mehreren Jahrzehnten für einen Austausch der Schläuche wieder aufbuddeln.

Wenn in den Siedlungen am Rande einer Stadt viele Schläuche zur Wärmegewinnung verlegt werden, sei es durchaus vorstellbar, dass es zu einem – kleinen – Lufttemperaturunterschied zwischen der erdwärmeversorgten Peripherie und dem zentral beheizten Zentrum einer Stadt komme. „Eine Art kühlerer Ring um die Hitzeinsel der Stadtmitte.“ In Zeiten des Klimawandels könne das ein durchaus angenehmer Effekt sein – ebenso wie die Tatsache, dass sich Wohnungen mit Erd-Wärmepumpen zu einer Art Riesenkühlschrank machen lassen: Über die Heizkörper lassen sich Räume mit Erd-Wärmepumpen nicht nur heizen, sondern im Sommer umgekehrt auch kühlen.

Bundesweiter Stromverbrauch könnte deutlich steigen

Doch auch diese Systeme sind keine problemfreie Superlösung. Wie alle Wärmepumpen arbeiten sie umso effektiver, je geringer die zu erreichenden Temperaturen sind. Wie heiß das Wasser für den Heizkreislauf – die sogenannte Vorlauftemperatur – sein muss, hängt vor allem vom Dämmzustand und der Heizungsfläche ab. Schlecht sind klein dimensionierte, alte Heizkörper in einem kaum oder gar nicht gedämmten Haus – gut Fußbodenheizungen oder große Flachheizkörper bei guter Dämmung, wie Schuberth erklärt.

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Bei hohen Vorlauftemperaturen steigt der Strombedarf – und der Umstieg rechnet sich oft nicht, zumindest mit Blick auf die Kosten. Stammt der Strom aus erneuerbaren Quellen, ist die Nachhaltigkeit dennoch gegeben. Experten empfehlen, Wärmepumpen mit Photovoltaik auf dem Dach zu kombinieren, wobei zu beachten ist, dass die Anlagen im Winter mangels Sonnenschein wenig Energie einbringen können.

Mit Blick aufs Klima ist bei den Wärmepumpen auch relevant, mit welchem Kältemittel sie betrieben werden – denn das kann im Fall einer Leckage entweichen und in die Atmosphäre gelangen. Im Einsatz sind etwa fluorbasierte FKW, deren klimaschädliche Wirkung mehr als tausendfach stärker als bei CO₂ sein kann, wie KIT-Experte Dagan erklärt. Weniger kritisch sei Propan – „allerdings ist darauf zu achten, dass diese Anlagen in genügend großen Räumen genutzt werden, um eine Explosionsgefahr auszuschließen“.

Ebenfalls für alle Wärmepumpen gilt: Werden immer mehr von ihnen eingebaut, wird der bundesweite Stromverbrauch deutlich steigen, denn ganz ohne kommt auch ein perfekt eingestelltes System nicht aus. „Eines ist klar: Nur drei Quellen können in Deutschland die nötige Strom-Grundlast liefern“, betont Dagan. „Kohle, Kernenergie und Wind.“ Sich für eins davon zu entscheiden, daran führe kein Weg vorbei. Dagan selbst hält den Wind für die beste Lösung – doch der Ausbau stocke, es gebe keine Trassen und Energiespeicher dafür und es mangele an Akzeptanz in der Bevölkerung.

Die schnelle Energiewende ist unrealistisch

Generell bietet die Energiewende den Experten zufolge Potenzial für Protest und soziale Verwerfungen – etwa wenn derzeit oft schlecht gedämmte Nachkriegswohnungsbauten saniert werden müssen und die dort oft noch vergleichsweise niedrigen Mieten im Zuge dessen steigen, wie Auer als Beispiel nennt. „Das trifft oft die besonders hart, die in ihrem Leben den kleinsten CO₂-Fußabdruck haben.“ Zudem seien nicht nur beim Umbau der Gebäude und beim Ausbau erneuerbaren Energien, sondern daran anschließend auch bei der Elektroinfrastruktur „wahnsinnige Investitionen“ nötig.

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Mal eben eine Energiewende – so einfach ist es nicht. Ein Experte habe die Größenordnung einmal mit der Wiedereinigung verglichen, betont Auer. „Es sind gewaltige Aufgaben, die vor uns liegen.“ Jedes Haus, jeder Haushalt sei von der Wärmewende betroffen, sagt auch Schuberth. Aber nichts an den Häusern zu tun, würde ebenso alle treffen: über die Folgen des Klimawandels und die Kosten. „Nichts tun ist schlichtweg keine Option.“

Klimaneutralität sei auch eine riesen Chance, betont Stolte von der Dena. Als Innovationsmotor bringe die Wärmewende neue Geschäftsmodelle, viele neue Firmen entstünden. Beim Blick auf die großen Veränderungen dürften die kleinen zudem nicht übersehen werden, so die Experten. „In Deutschland wird oft nur auf die komplexen technischen Lösungen geblickt und nicht auf die ganz einfachen", sagt Auer. So etwas wie: Heizungen ausschalten, wenn eh keiner da ist, wie in Schulen am Wochenende. Und überlegen, ob ein paar Grad weniger in der Wohnung nicht auch ok sind. „Man muss im Winter nicht nackt in seinem Haus rumlaufen können", sagt Dagan.

RND/dpa

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