Eine zentrale Frage bei Wärmepumpen im Bestand dreht sich um die sogenannte „Vorlauftemperatur“: Kann die Wärmepumpe die nötige Heizkreislauftemperatur tatsächlich liefern? Warum die maximal erforderliche Vorlauftemperatur in der Praxis oft gar nicht so entscheidend ist, untersuchen wir in der 2. Folge unserer Blogserie:

Warum nicht die maximale, sondern die mittlere Heizkreistempertur für die Effizienz entscheidend ist

Wenn über die Einsatzmöglichkeiten von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden diskutiert wird, bringen Kritiker:innen häufig eine zu Grunde gelegte sehr hohe Heizkreisvorlauftemperatur als Hauptargument gegen Wärmepumpen zur Sprache. Diese würde zu einer schlechten Effizienz der Wärmepumpen führen und sei folglich ein Ausschlusskriterium für deren Einsatz.

Dabei spielen zwei Fragestellungen eine Rolle. Zum einen: Können Wärmepumpen die in Bestandsgebäuden notwendigen Vorlauftemperaturen wirklich liefern? Und zum anderen: Wie hoch sind die tatsächlich notwendigen Vorlauftemperaturen in der Praxis?

Eine detaillierte Antwort auf die erste Frage ist von vielen Aspekten abhängig – zum Beispiel von der Art des Kältemittels oder des Kompressors. Pauschal lässt sich sagen, dass Standard-Wärmepumpen ohne Probleme eine Vorlauftemperatur von 55° bis 60°C (Grad Celsius) erreichen können. Und das ist ein eher konservativer Richtwert. So genannte “Hochtemperatur-Wärmepumpen” für den Einsatz in Wohngebäuden können ca. 65° bis 70°C erzielen (in Industrie und Gewerbe ist dieser Begriff dagegen für Wärmepumpen reserviert, die über 100°C erreichen). Auf dem Markt sind auch Geräte verfügbar, die Temperaturen von 75°C erreichen können, zum Beispiel Wärmepumpen mit dem natürlichen Kältemittel Propan. Die erste Frage lässt sich also mit „Ja“ beantworten: Die heutigen Wärmepumpen sind allein – also auch ohne zusätzlichen direkt-elektrischen Heizstab – in der Lage, die in der Regel notwendigen Temperaturniveaus zu erreichen.

Bei einem umfangreichen Feldmonitoring von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden (Ein- und Zweifamilienhäusern) durch das Fraunhofer ISE zeigte sich unter anderem, dass die erreichte mittlere Effizienz der Geräte relativ hoch liegt. Für manche auf den ersten Blick wahrscheinlich sogar überraschend hoch.

Bei der Auswertung der Messdaten gab es eine weitere Überraschung: die relativ niedrigen mittleren Vorlauftemperaturen. Nach vertiefter Analyse stieß das ISE auch auf die – oft generell als notwendig erachteten – hohen Vorlauftemperaturen. Allerdings nur an den kältesten Tagen und nur bei einigen Wärmepumpen-Anlagen. Diese Tage waren jedoch so selten, dass sie auf die Gesamteffizienz der Anlagen kaum Einfluss hatten. Selbst bei unsanierten Wohngebäuden mit alten Heizkörpern mussten Wärmepumpen in der Regel eine Vorlauftemperatur von lediglich ca. 55°C erzielen, um eine angenehme Raumwärme zu gewährleisten.

Grafik: Effizienz von Wärmepumpen © Fraunhofer ISE

Dieses Phänomen erklärt die Grafik oben. Prinzipiell gilt: je tiefer die Außentemperatur (auf der horizontalen Achse eingetragen) desto höher die Heizkreistemperatur (orange Linie) und desto niedriger die Effizienz der Wärmepumpe (grüne Linie). Entscheidend für die mittlere (Jahres-) Effizienz ist, wann (bei welchen Temperaturen) der Großteil der Wärme bereitgestellt wurde (blaue Fläche). Zu 75-90% wird die erforderliche Heizwärme bei moderaten Außentemperaturen bereitgestellt. Dabei sind die erforderlichen Vorlauftemperaturen nicht sehr hoch, was zu guten Effizienzen führt.

Zusammenfassend lassen sich zwei Schlüsse ziehen: Erstens sind Wärmepumpen in der Lage, auch hohe Heizkreistemperaturen zu liefern, wie sie an sehr kalten Tagen notwendig sind. Und zweitens sind gar nicht die maximalen, sondern die mittleren Heizkreistemperaturen für die Gesamteffizienz der Anlagen ausschlaggebend. Das heißt, Wärmepumpen können auch in Bestandsgebäuden die benötigte Wärme mit zufriedenstellender Effizienz bereitstellen.

Die beschriebenen Erkenntnisse bestätigt eine Feldstudie aus der Schweiz. Auch bei dieser Studie wurden Wärmepumpen unter anderem in Bestandsgebäuden analysiert. Sehr ähnlich wie bei der Studie des Fraunhofer ISE lagen die maximalen Heizkreistemperaturen bei den untersuchten Wärmepumpen mit Heizkörpern um 55°C. Die zentrale Aussage der Autoren der Ostschweizer Fachhochschule lautet: „Wärmepumpen können bei ordentlicher Planung, Installation und Inbetriebnahme fossile Heizungsanlagen auch im Gebäudebestand effizient ersetzen“.

Die nächste Folge unserer Serie wird sich mit folgenden Fragen beschäftigen: Muss ein Haus zuerst saniert werden, damit eine Wärmepumpe installiert werden kann? Können Wärmepumpen in Bestandsgebäuden eine angenehme Raumwärme bereitstellen? Was passiert, wenn das Gebäude nach dem Einbau der Wärmepumpe saniert wird?

Die Inhalte unserer jeweils am Samstag erscheinenden Wärmepumpen-Blogserie hat uns das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) zur Verfügung gestellt, wofür wir sehr herzlich danken!

 

Autor: Dr. Marek Miara, Wärmepumpen-Spezialist am Fraunhofer ISE (Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme)

Projektberichte zum Weiterlesen:

Günther et al., Fraunhofer ISE (2020) Wärmepumpen in Bestandsgebäuden: Ergebnisse aus dem Forschungsprojekt „WPsmart im Bestand“. https://www.ise.fraunhofer.de/content/dam/ise/de/downloads/pdf/Forschungsprojekte/BMWi-03ET1272A-WPsmart_im_Bestand-Schlussbericht.pdf

Prinzing et al, OST – Ostschweizer Fachhochschule 2020: Bericht «Feldmessungen von Wärmepumpen-Anlagen Heizsaison 2019/20». https://www.ost.ch/fileadmin/dateiliste/3_forschung_dienstleistung/institute/ies/wpz/sonstige_wichtige_dokumente/2020_jahresbericht_feldmessungen.pdf

Im vorigen, 1. Teil dieser Serie geben wir einen Überblick darüber, was Sie über klimafreundliche Wärme wissen sollten. Die nächste, 3. Folge beschäftigt sich mit der Frage, wie viel Sanierung in Bestandsbauten notwendig ist, damit eine Wärmepumpe effizient arbeitet.

Links zu allen bisher erschienen Folgen finden Sie hier im Kasten am Ende von Folge 1.