Bund der Energieverbraucher

Arbeitszahlen 

Erdreich-Wärmepumpen zahlen sich aus

Wärmepumpen genießen einen guten Ruf. Doch wie alltagstauglich arbeiten sie? Die Lokale Agenda 21-Gruppe Energie im badischen Lahr hat genau nachgemessen und kommt zu dem Schluss, dass die Energieausbeute sehr stark davon abhängt, welche Wärmequelle man anzapft: Ergebnis: Nur die Erdreich-Wärmepumpen sparen wirklich Energie.

(22. März 2008) - "Mit 100 Prozent Sonne heizen", mit solchen Werbeversprechen locken die Hersteller von Wärmepumpen umwelt- und preisbewusste Kunden. Die Praxis sieht völlig anders aus. Das zeigt die Felduntersuchung in Lahr. Die lokale Agenda 21-Gruppe hat gemeinsam mit der Energieagentur Offenburg die Leistung von Wärmepumpen erfasst. Badenova und das E-Werk Mittelbaden unterstützen das Projekt finanziell.

Die Lahrer Forscher nahmen 33 Ein- und Zweifamilienhäuser mit Wärmepumpenheizung von elf Herstellern und fünf Wärmepumpen für die Warmwasserbereitung unter die Lupe. Schon nach dem ersten Messjahr kommt das Team zu interessanten Ergebnissen.

Die Jahresarbeitszahl

Wärmepumpen "pumpen" über einen Kältemittelkreislauf Niedertemperaturwärme aus der Umwelt, also beispielsweise aus der Luft, aus dem Grundwasser oder dem Erdreich, mit Hilfe von Strom auf ein höheres, für die Heizung und für die Bereitung von Warmwasser nutzbares Temperaturniveau. Entscheidend für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Arbeitszahl, also das Verhältnis der Wärme am Ausgang der Wärmepumpe zum erforderlichen Strom an deren Eingang. Dieses Verhältnis muss mindestens drei betragen, damit Elektro-Wärmepumpen überhaupt nennenswert zum Klimaschutz beitragen können, und um die erheblichen Mehrkosten gegenüber einem Brennwertkessel in Höhe von 7.000 bis 16.000 Euro zu rechtfertigen.

Ein Beispiel: Wenn die Werbung von einer Jahres-Arbeitszahl (JAZ) von vier spricht, dann sind 25 Prozent Strom erforderlich, um mit 75 Prozent Umweltwärme 100 Prozent Nutzwärme zu erzeugen. Eine so hohe Arbeitszahl erreichen unter realistischen Betriebsbedingungen aber nur wenige Grundwasser- und Erdsonden-Wärmepumpen.

Je geringer die benötigte Nutztemperatur ist, umso effizienter arbeitet eine Wärmepumpe. Deshalb sind gut gedämmte Häuser mit Fußbodenheizung klar im Vorteil. Denn eine Fußbodenheizung kommt mit wesentlich geringeren Heizwassertemperaturen aus. In schlecht gedämmten Häusern arbeiten die teuren Wärmepumpen deutlich ineffizienter, weil die Heizkörpertemperaturen dort deutlich höher liegen müssen. Die Agenda-Gruppe ermittelte bei Luft-Wärmepumpen mit Radiatorheizkörpern einen Strommehrverbrauch von etwa 25 Prozent gegenüber Fußbodenheizungen.

Wärmequellen

Am besten schneiden die Erdreich-Heiz-Wärmepumpen ab: Ihre mittleren JAZ beträgt in Kombination mit einer Fußbodenheizungen 3,4. Zwei Anlagen übertreffen sogar die in der Werbung angegebene JAZ von 4. Grundwasser-Wärmepumpen in Kombination mit einer Fußbodenheizung schneiden mit einer JAZ von 3,0 deutlich schlechter ab. Schlusslicht bilden die Luft-Wärmepumpen mit einer JAZ von 2,8 bei Fußbodenheizungen; bei Radiatorheizkörpern sind es nur 2,3.

Betrachtet man das gesamte Heizsystem einschließlich Heizungspufferspeicher und Warmwasserbereitung, dann liegen die JAZ einer Wärmepumpe sogar noch um etwa 0,3-JAZ-Punkte niedriger. Der Betreiber muss also bei einer Luft-Wärmepumpe in Kombination mit Heizradiatoren - eine typische Situation in einem Altbau - mit einer JAZ von zwei die Hälfte seines gesamten Wärmebedarfes direkt mit teurer elektrischer Energie decken!

Bei diesem Ergebnis wird deutlich, dass sich auch die mit Luft betriebenen Klein-Warmwasser-Wärmepumpen mit einer mittleren Jahresarbeitszahl von lediglich 1,9 ökologisch nicht rechnen. Insgesamt zeigt sich, dass Wärmepumpen die vom neuen BAFA-Förderprogramm geforderten Jahresarbeitszahlen zwar rechnerisch nach VDI 4650 erreichen können. Im praktischen Einsatz wird dieses Ergebnis jedoch meist verfehlt.

Eine von der Heizung getrennte Warmwasserversorgung bringt übrigens keine ökologischen Vorteile gegenüber einer mit der Heizung kombinierten Lösung. Die ineffizienten Elektro-Standspeicher und separaten Wärmepumpen zur Erwärmung des Brauchwassers erhöhen lediglich die Kosten.

Empfehlungen

Erdreich-Wärmepumpen können im Mittel bis zu 25 Prozent Primärenergie und damit das schädliche CO2 einsparen. Ihr Einsatz trägt damit zum Klimaschutz bei. Bei Luft-Wärmepumpen trifft das dagegen nur bei wenigen Einzelfällen zu. Die mittlere System-Jahresarbeitszahl liegt selbst mit einer Fußbodenheizung mit 2,5 unter dem mindestens erforderlichen Wert von 2,7. Auch wenn das Wärmepumpensystem diesen Grenzwert erreicht, fragt sich ein potentieller Käufer zu Recht, warum er 7.000 Euro mehr im Vergleich zu einem Brennwertkessel ausgeben soll, wenn er mit einer Luft-Wärmepumpe keine Primärenergie einspart.

 

Kontakt und weitere Infos: Dr. Falk Auer Tel: 07821 9916-01 nes-auer@t-online.de www.agenda-energie-lahr.de

 

Schallenmueller Waermepumpe.pdf (59.63 kB)

JAZ-Vergleich-Tabelle.pdf (16.42 kB)

Feldtest der Lokalen Agenda 21-Gruppe Lahr im Vergleich.pdf (1.25 MB) 

Umweltbezogener Vergleich.pdf (515.21 kB)

WP-Schlussbericht_Zusammenfassung (13.03.09)

Wärmepumpen nachgemessen

Wärmepumpen sind noch immer heftig umstritten. In diesem Artikel wirdversucht, eine Brücke zu bauen zwischen hartnäckigen Wärmepumpen-Gegnern und nicht weniger hartnäckigen Wärmepumpen-Befürwortern.

Ein wichtiges Beurteilungskriterium von Wärmepumpen ist die sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ): Sie ist das Verhältnis aus jährlich gewonnener Nutzwärme zu jährlich aufgewendetem Strom.
Eine Jahresarbeitszahl von vier bedeutet also, dass eine kWh Strom investiert werden muss, um vier kWh Nutzwärme zu produzieren. Drei kWh werden der Umwelt entzogen, z.B. der Luft, dem Boden oder dem Grundwasser.
Gute Wärmepumpenanlagen erreichen JAZ von vier und mehr, schlechte Anlagen schaffen nur drei oder noch weitaus weniger.

Für die Ökobilanz einer Wärmepumpe ist ansonsten noch die Herkunft des Stroms von entscheidender Bedeutung. Um eine kWh Strom zu erzeugen, produziert ein Steinkohlekraftwerk ca. 1.000 g Kohlendioxid.
Wird dieser Strom in einer Wärmepumpe mit einer JAZ von drei eingesetzt, so werden also 333 g CO2 pro kWh Nutzwärme produziert. Bei einer Anlage mit JAZ vier sind es dagegen "nur" 250 g.
Zum Vergleich: Ein Brennwertkessel produziert "nur" ca. 220 g CO2 je kWh. Eine solche Wärmepumpe ist also dem Brennwertkessel unterlegen, was CO2 anbelangt.
Würde man Strom aus Wind oder Wasser (Ökostrom) einsetzen, hätte man einen schadstofffreien Wärmeerzeuger.

Für den Vergleich von Wärmepumpen mit anderen Heizsystemen nutzt man ambesten die Daten von GEMIS (Gesamt-Emissionsmodell Integrierter Systeme des Öko-Instituts Darmstadt ), das im Juli 2001 aktualisiert wurde. Diese Daten liegen auch dem Diagramm zugrunde.
Die Zeitschrift Ökotest , auf die sich viele Wärmepumpenkritiker beziehen, geht davon aus, dass der Wärmepumpenstrom zu 85 % aus Kohlekraftwerken stammt und rechnet ansonsten mit den Daten von GEMIS . Denn der zusätzliche Stromverbrauch von Wärmepumpen kommt zu einem größeren Teil aus Kohlekraftwerken. Bei diesem Strommix schneiden Wärmepumpen in der Regel schlechter ab als herkömmliche Heizkessel, und Ökotest wertet sie entsprechend ab.

Wärmepumpen-Befürworter rechnen in der Regel mit dem bundesdeutschen Strommix (Kohle, Atom, Wasser, Wind etc.), wo pro kWh Strom etwa 600 g CO2 abgegeben werden. Bei einer JAZ von vier hat die Wärmepumpe dann einen CO2-Ausstoß von 150 g je kWh und ist damit besser als ein Erdgas-Brennwertkessel.

Zusammenfassend kann man sagen, dass die Wärme, die die Wärmepumpe produziert, natürlich nur so sauber ist wie der Strom, den man in die Maschine hineinsteckt. Steckt man den sogenannten "Egalstrom" in die Maschine, kommt natürlich auch nur "Egalwärme" dabei heraus. Setzt man dagegen teuren Ökostrom ein, ist eine schadstofffreie Wärmeerzeugung möglich.

Die Jahresarbeitszahlen von Wärmepumpen wurden in den letzten Jahren wesentlich verbessert, was auch die GEMIS-Autoren akzeptiert haben: Während in den alten Versionen (bis Version 3.0) nur mit JAZ von 2,4 gerechnet wurde, rechnet die neue Version jetzt mit den in der Tabelle angegebenen deutlich höheren Werten.

In der Tabelle finden sich auch die Jahresarbeitszahlen, die das Informationszentrum für Wärmepumpen und Kältetechnik an vorhandenen Anlagen mit Niedertemperaturheizsystem (Fußboden- oder Wandheizung) gemessen hat. In der Tabelle aufgeführt sind die Werte der neueren ab 1995 gebauten Anlagen. Ältere Anlagen und Anlagen an Mitteltemperaturheizungen haben deutlich geringere JAZ.

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Wichtig zu wissen ist ferner, dass der Stromverbrauch einer Wärmepumpe umso größer ist, je größer der Temperaturunterschied ist, den die Wärmepumpe überbrücken muss. Grundwasser hat in der Regel ganzjährig eine Temperatur von zehn Grad. Ist das Haus mit einer Fußboden- oder Wandheizung ausgestattet, so genügt eine Vorlauftemperatur von 35 °C aus, um das Haus auch an kalten Wintertagen zu beheizen.
Die JAZ mit Wärmequelle Grundwasser dürfte in diesem Fall etwa bei 4,5 liegen, da die Wärmepumpe nur 25 °C überwinden muss.
Ein anderer Extremfall ist eine Luftwärmepumpe, die an konventionellen Heizkörpern betrieben wird: Hier muss die Wärmepumpe an kalten Tagen eine Temperaturdifferenz von 50 °C oder mehr überbrücken, so dass die JAZ weit unter drei absinken kann!

Wärmepumpen doppelt so teuer wie Brennwertkessel

Eine effiziente Wärmepumpenanlage mit Niedertemperaturheizsystem ist beider Anschaffung größenordnungsmäßig doppelt so teuer wie z.B. ein Brennwertkessel an konventionellen Heizkörpern. Es entfallen jedoch Gasgrundgebühren, Schornsteinfegerkosten u.Ä.
Bei den derzeit noch subventionierten Preisen für Wärmepumpenstrom liegen die reinen Verbrauchskosten von Wärmepumpen unter denen einer Öl- oder Gasheizung.

Zusammenfassend kann man Folgendes sagen:

• Wärmepumpen ziehen bei guter Planung und Ausführung in der Energie-und Emissionbilanz mit Niedertemperatur- Brennwerttechnik gleich.
  
  
• Sie sind in der Anschaffung deutlich teurer, im Verbrauch aufgrund subventionierter Strompreise günstiger als Niedertemperatur-Brennwerttechnik.
  
  
• Eine Wärmepumpe sollte nur an einem Niedertemperaturheizsystem betrieben werden.
  
  
• Eine Wärmequelle mit ganzjährig möglichst hoher Temperatur sollte gewählt werden.
  
  
• Die Warmwasserbereitung sollte in den Sommermonaten über eine Solarkollektoranlage und im Winter über die Heizwärmepumpe erfolgen, wobei die Wassertemperatur nicht höher als 50 ° eingestellt werden sollte.
  
  
• Der Wärmebedarf des Hauses sollte durch Wärmedämmung minimiert werden, um die Wärmepumpenanlage klein zu dimensionieren.
  
  

(Hubert Westkämper)

Jahresarbeitszahlen ab 1995 gebauter Wärmepumpen mit Niedertemperaturheizung
	BEI 1998	LBST 1997	IZW 1999 Minimum	IZW 1999 Mittel	IZW 1999 Maximum	GEMIS 4.0 2000
Luft-Wärmepumpe	3,2	3	3,2	3,32	3,5	3,25
Erdreich-Wärmepumpe	4,6	4	3,1	3,82	4,8	3,9
Wasser-Wärmepumpe	4,9	4,5	4,1	4,32	4,7	4,25
BEI = Bremer Energie-Institut; LBST = Ludwig-Bölkow-Systemtechnik; IZW = Informationszentrum Wärmepumpen und Kältetechnik, Anlagen ab 1995 mit Niedertemperaturheizsystem (Fußbodenheizung). Wird die Temperaturspreizung von 35/30 Grad auf 55/45 Grad erhöht, dann sinkt die Jahresarbeitszahl gegenüber den Werten der Tabelle um 0,5. Vor 1994 gebaute Anlagen haben eine um 0,3 bis 0,5 geringere Jahresarbeitszahl.