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Wärmepumpen: Wärmepumpen keine „Schlüsseltechnik“?


IKZplus Energy - epaper ⋅ Ausgabe 8/2019 vom 16.08.2019

Nicht nur in Neu-, sondern auch in Altbauten sollen Wärmepumpen zum Gelingen der Energiewende beitragen. Das kritisch differenziert zu sehen, raten die Energieexperten Falk Auer, Werner Eicke-Hennig, Werner Neumann und Gabriele Purper in ihrem Gastbeitrag.


Achillesfersen sind die Jahresarbeitszahlen, Planung und Ausführung. Die Netzdienlichkeit wird überschätzt.

Artikelbild für den Artikel "Wärmepumpen: Wärmepumpen keine „Schlüsseltechnik“?" aus der Ausgabe 8/2019 von IKZplus Energy. Dieses epaper sofort kaufen oder online lesen mit der Zeitschriften-Flatrate United Kiosk NEWS.

Bildquelle: IKZplus Energy, Ausgabe 8/2019

Solarenergie ja, aber den Wärmepumpen attestieren die Autoren, keine Schlüsseltechnologie für die Energiewende zu sein.


Nicht nur im Verkehrssektor, sondern auch im Wärmemarkt besteht ein fataler Hang zu einfachen Lösungen. Interessenvertreter, die ...

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... Bundesregierung und auch ein Teil der Wissenschaftler befeuern durch willkürliche Maßnahmen und Wunschdenken eine weitgehende Elektrifizierung der Mobilität und der Gebäudeheizungen – ohne das Ende zu bedenken.

Es gibt inzwischen verschiedene Studien, die für das Jahr 2030 zwischen 5 bis 8 Mio. Elektro-Wärmepumpen vorhersagen und bis 2050 sogar 15 Mio., was etwa dreiviertel aller Heizungsanlagen entspricht. Zum Vergleich: Heute gibt es nur 0,8 Mio. Die Regierung unterstützt solche Szenarien, in dem sie in der Energie-Einsparverordnung 2016 (EnEV2016) den sogenannten Primärenergiefaktor (PEF) willkürlich von 2,4 auf 1,8 absenkte. Der Faktor ist das Verhältnis der Energie, die z. B.in der Kohle steckt, zur Endenergie an der Steckdose: Je geringer der Wert, desto besser für das Klima. Die Erneuerbaren Energien haben einen Wert von null.

Politische Willkür

Mit der Absenkung des Primärenergiefaktors um 25 % verschafft die Regierung den fossil-elektrisch betriebenen Heizsystemen einen ungerechtfertigten Wettbewerbsvorteil gegenüber den Erneuerbaren Energien. Die Bundesregierung hat bei der EnEV2016 willkürlich, ohne dass die CO2- Emission gesunken oder der Anteil der Erneuerbaren Energien am Strom ausreichend hoch war, den PEF auf 1,8 gesenkt.

Luftwärmepumpen machten mit rund 72 % den Großteil des Wärmepumpen-Absatzes im vergangenen Jahr aus (Vorjahr: 71 %). Erdwärmepumpen und sonstige liegen bei 28 % (2017: 29 %).


Der Anteil der Erneuerbaren Energien am bundesdeutschen Strommix lag 2018 bei etwas über 38 %. Auch, um stromgeführte Wärmeerzeuger zu rechtfertigen, weist die Politik auf ihre EE-Ziele hin. Die werden aber verfehlt, sagen die Autoren in ihrem Gastbeitrag.


Das Ziel: Auch den Strom mit Kohle und Erdgas wenigstens rechnerisch sauberer zu machen.

Wir haben damals im Wirtschaftsministerium nachgefragt und folgende Antwort erhalten: Das sei zwar im Moment noch nicht gerechtfertigt, aber ein PEF = 1,8 sei wegen des zu erwartenden starken Anstiegs der Erneuerbaren gerechtfertigt.

Doch zum Vergleich: Die Schweiz und Österreich haben schon länger einen PEF zwischen 1,8 und 1,9. Der Grund: Die Alpenländer haben beim Strom einen Anteil von Erneuerbaren um die 60 %, hauptsächlich Wasserkraft. Und da will Deutschland mit seinen 38% ebenfalls einen PEF = 1,8 haben? Daran erkennt man Willkür.

Bescheidene Ergebnisse

Die politisch gewollte Elektrifizierung auch des Wärmemarktes mithilfe von Wärmepumpen macht manche Fachleute blind für die ernsten Probleme und deren fehlenden Lösungen, die mit diesen Maßnahmen verbunden sind.

Schon 2006 gab es zwei Feldtests. Zum einen den der Lokalen Agenda 21 – Gruppe Energie Lahr (Schwarzwald) und zum anderen den des Fraunhofer Instituts für Solare Energie-Systeme (ISE). Beide kamen zu vergleichbaren Ergebnissen: Während Erdreich-Wärmepumpen mit Jahresarbeitszahlen (JAZ) zwischen 4,0 und 4,5 ausreichend energieeffizient arbeiten können und damit die Klassifizierung „gut“ erhalten, kommen Luft-Wärmepumpen im Mittel nur auf eine Arbeitszahl von knapp 3,0, was der Klassifizierung „mangelhaft“ und damit einer Energie-Ineffizienz entspricht (http://www.agenda-energie-lahr.de/JAZ-Klassifizierung.html).

Die Agenda-Gruppe bezog sich bei der Klassifizierung dabei auf Vorhandenes: RWE, Dena und andere bezeichnen Elektro- Wärmepumpen als energieeffizient, wenn deren JAZ > 3 ist. Im Umkehrschluss heißt das: Wärmepumpen mit einer JAZ < 3 sind energie-ineffizient, weisen also Mängel auf. Das bedeutet bei den Schulnoten „mangelhaft“. Die Physik differenziert nicht nach Unfähigkeit oder Fähigkeit von luft- und erdgekoppelten Wärmepumpen, sondern nach deren Beitrag zum Klimaschutz. Und dazu ist sogar gesetzlich eine Mindest-JAZ von 3,5 erforderlich.

Nichts dazu gelernt?

Seit den Feldtests sind mehr als 10 Jahre vergangen. Planer, Hersteller und Handwerker hätten deshalb durch zunehmende Erfahrung in der Lage sein können, die Jahresarbeitszahlen zu erhöhen. Dem war aber nicht so, wie der jüngste Feldtest des Fraunhofer Instituts für Bauphysik (IBP) zeigt. Das Mittel der JAZ-Werte beträgt bei den Luft-Wärmepumpen nur noch 2,2, was einem „ungenügend“ entspricht. Eine Analyse zeigt, dass nach wie vor die gleichen Fehler wie damals gemacht werden.

Luft-Wärmepumpen nicht erneuerbar

Die Bundesregierung und die Auftraggeber der Studien, die Agora Energiewende und der Bundesverband der Deutschen Industrie, erwarten in den nächsten 11 Jahren einen Anstieg der Erneuerbaren Ener gien am deutschen Strommix von derzeit etwa 38 % auf fast das Doppelte. Das soll Elektro-Wärmepumpen immer ökologischer machen.

Viele Faktoren nehmen Einfluss auf die Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen. Planer, Hersteller und Handwerker hätten durch zunehmende Erfahrung in der Lage sein können, die Jahresarbeitszahlen zu erhöhen, stellen die Autoren fest


Eine Netzdienlichkeit von Wärmepumpen, die sie in Verbindung mit einer Leistungsregelung und einem Pufferspeicher bieten sollen, sehen die Autoren in der Praxis nur in eingeschränktem Umfang.


Aus heutiger Sicht ist dieses Ziel jedoch ein Wunschtraum. Wie zuvor erwähnt, arbeitet die Bundesregierung nämlich gegen ihre eigene Vorgabe: Seit dem Jahre 2012 beschnitt sie zuerst die Photovoltaik, dann die Biomasse und im letzten Jahr auch die Windenergie in ihrem Wachstum, letztere die kostengünstigste und diejenige, die die meisten „Brocken“ bringt. Der Anteil der Erneuerbaren wird deshalb voraussichtlich nicht in dem notwendigen Maße wie erforderlich ansteigen.

Energie-ineffiziente Hybrid-Systeme

Um die Luft-Wärmepumpen aus der Energie- Ineffizienz-Ecke herauszuholen, schlugen die Autoren der Studien vor, diesem Wärmepumpentyp noch einen fossilen Spitzenlastkessel beizustellen. Das stellte sich aber als ein Irrweg heraus, wie ein Monitoring der Agenda-Gruppe zeigte. Die Städtische Wohnbau Lahr (SWL) installierte in drei neu erstellten Mehrfamilienhäusern je eine Luft-Wärmepumpe. Die Ergebnisse waren im ersten Messjahr ausgesprochen schlecht. Die Jahresarbeitszahlen lagen nur zwischen 2,0 und 2,7.

Die SWL stellte deshalb den Luft-Wärmepumpen noch je einen Erdgas-Brennwertkessel bei. Die Energieeffizienz verbesserte sich aber nur auf eine JAZ zwischen 2,5 und 3,0. Das heißt: Selbst das beste Hybrid- System übertraf nicht das Mittel von normalen Luft-Wärmepumpen in Einfamilienhäusern in Höhe von JAZ = 3,0 – von der hohen Komplexität der Systeme und den hohen Kosten einmal ganz zu schweigen.

Häufige Fehler und Abhilfen

Zusätzliche Wärmeerzeuger verursachen nicht nur hohe Kosten, sondern erschweren auch den Durchblick im Wärmepumpensystem. Da ist weniger oft mehr. Auch vierzig Jahre nach dem ersten Wärmepumpen-Boom werden noch immer die gleichen Fehler gemacht: Bei der Planung sind das die Komplexität des Wärmepumpensystems, verbunden mit zu vielen Umwälzpumpen, Stellventilen, Hilfsenergien und einer Regelung, die nur noch wenige nachvollziehen und überprüfen können. Auch mangelt es an der zugesicherten Datenblatt-Leistung und einer angepassten Nennleistung des Heizwärmeerzeugers. Das betrifft auch die richtige Dimensionierung der Wärmetauscher an den Ein- und Ausgängen der Wärmepumpen. Darüber hinaus sind Kombispeicher (Heizung und Trinkwasser) kritisch zu bewerten, weil wegen des integrierten Warmwasserboilers die mittlere Temperatur des Speichers zu hoch ist. Und schließlich: Kein Einsatz von Wärmepumpen im unsanierten Altbau, weil die maximalen Vorlauftemperaturen oft über 35 °C liegen.

Bei der Ausführung muss der vorgeschriebene hydraulische Abgleich der Heizstränge auch durchgeführt und die Wärmedämmung an Rohren und Armaturen lückenlos angebracht werden. Und schließlich im Betrieb: Die Heizkurve nicht zu hoch und die Nachtabsenkung nicht zu lang und nicht zu tief einstellen. Den Notheizstab mit Hand ausschalten, um einen kontrollierten Betrieb zu ermöglichen, und einen Heizbetrieb im Sommer vermeiden. Und schließlich: Auch bei Wärmepumpen sind eine Einweisung des Nutzers und eine regelmäßige Wartung durch einen Handwerker zwecks Überprüfung der Energieeffizienz notwendig.

Vermeintliche Flexibilität von Wärmepumpen

Die Autoren der Studie schreiben Wärmepumpen nicht nur individuelle, sondern auch volkswirtschaftliche Vorteile zu. In Verbindung mit einer Leistungsregelung und einem Heizungspufferspeicher sollen sie stromgeführt und damit flexibel – dem Verbundnetz dienend – arbeiten können. Dieser Vorschlag lässt aber außer Acht, dass ein solcher Speicher im Normalfall gar nicht notwendig ist und auch, wer ihn bezahlt. Das betrifft auch den Energieeffizienzverlust von immerhin etwa 0,2-JAZPunkte. Außerdem besteht bei tiefen Außentemperaturen, wenn die volle Leistung der Wärmepumpen erforderlich ist, keine Netzdienlichkeit mehr.

Fazit: Von Überhöhung Abstand nehmen

Aus den zuvor genannten Gründen sind Wärmepumpen weder eine „Schlüsseltechnik“ noch eine „Leittechnik“, um die Energiewende zu stemmen. Wärmepumpen können aber sehr wohl einen Beitrag leisten, und zwar als erdgekoppelte Wärmepumpen in Neu- und sanierten Altbauten und in Verbindung mit Solarkollektoren, was freilich einen hohen Sachverstand bei der Planung und Ausführung erfordert. Bei Großanwendungen sind eine Integration in Wärmenetze und die Abwärmenutzung zu nennen.

Autoren:
Dr. Falk Auer, vormals Ingenieurbüro NES (Neue- Energie-Systeme), E-Mail: nes-auer@t-online.de
Dipl.-Ing. Werner-Eicke-Hennig, Energieinstitut Hessen, ehemaliger Leiter der Hessischen Energiesparaktion
Dr. Werner Neumann, Sprecher des Bundesarbeitskreises Energie im wiss. Beirat des BUND, vormals Leiter des Energiereferats der Stadt Frankfurt (Main)
Dipl. Volksw. Gabriele Purper, vormals zuständig für Energieeffizienz im Hessischen Umweltministerium


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