Wärmepumpe im Altbau: sinnvoll oder nicht?

Ingenieurbüro Axoncad kann für Sie die Wärmepumpen  für Wohngebüde, Mehrfamilienhäuse, Bürogebäude, Krankenhäuse und Sanierungsptojkte planen. Wärmepumpen für Neu und Altbau.

Die Rolle von Wärmepumpen in der Energiewende ist bedeutend. Doch stellt sich die Frage, ob sie auch in Altbauten funktionieren und ob umfangreiche Sanierungsmaßnahmen erforderlich sind. Ebenso ist relevant, wie es bei Mehrfamilienhäusern im Bestand aussieht. Im Folgenden finden Sie Antworten.

Einsatz von Wärmepumpen im Altbau

Die Verwendung von Wärmepumpen im Altbau - ist das sinnvoll?

 Wärmepumpen spielen eine entscheidende Rolle bei dem Ziel, unsere Gebäude in den nächsten 20 bis 30 Jahren vollständig mit CO2-freier Wärme zu versorgen. Dabei müssen auch Altbauten früher oder später berücksichtigt werden. Dennoch besteht immer noch das hartnäckige Vorurteil, dass sich Wärmepumpen nur bei Neubauten rentieren. Doch ist das wirklich der Fall? Antworten finden sich in den Forschungsergebnissen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE).

Das Fraunhofer-ISE hat in den vergangenen 20 Jahren rund 300 Wärmepumpenanlagen im Feld messtechnisch untersucht und analysiert. Dabei handelte es sich sowohl um Anlagen in Neubauten als auch um solche in Altbauten mit unterschiedlichem Sanierungsgrad. In diesem Beitrag möchten wir Ihnen die Ergebnisse vorstellen. Darüber hinaus hat sich das Fraunhofer-ISE auch mit einem separaten Projekt auf Mehrfamilienhäuser im Bestand konzentriert. Bei uns erfahren Sie ebenfalls die Ergebnisse dieser Forschungsarbeiten.

Überlegungen zur Verwendung von Wärmepumpen in Bestandsbauten

Im Allgemeinen sind lediglich zwei Fragen zu klären, um festzustellen, ob sich eine Wärmepumpe im Altbau lohnt:

1. Ist es technisch möglich? Kann die Wärmepumpe die erforderlichen Vorlauftemperaturen erreichen?
2. Ist es aus ökologischer und wirtschaftlicher Sicht sinnvoll?

 Das Fraunhofer-ISE beantwortet beide Fragen mit einem klaren Ja. Eine Wärmepumpe im Altbau ist definitiv sinnvoll. In einigen Fällen ist die Herausforderung größer als in anderen, eine geeignete technische Lösung zu finden. Dennoch ist es in den meisten Fällen umsetzbar, selbst wenn der Altbau schlechte energetische Eigenschaften aufweist und zunächst keine Sanierungsmaßnahmen geplant sind.

 Wer sich heute mit der Frage konfrontiert sieht, ob erneut eine Gasheizung oder bereits eine Wärmepumpe installiert werden soll, kann mit gutem Gewissen die zweite Option wählen. Obwohl die Anschaffungskosten etwas höher sind, spart man monatlich eine beträchtliche Menge an Heizkosten. Selbst bei der derzeitigen Stromerzeugungsmischung mit etwa 50 Prozent erneuerbarer Energie arbeitet die Wärmepumpe bereits umweltfreundlicher als eine Gasheizung. In Zukunft wird sich dieser ökologische Aspekt weiter verbessern.

 Im folgenden Abschnitt widmen wir uns wichtigen Fragen, die bei der Wahl einer Wärmepumpe für den Altbau häufig auftauchen. Wir beginnen mit der Frage, ob diese Technologie auch bei hohen Vorlauftemperaturen und mit Heizkörpern alter Bauweise funktioniert. Oft hört man, dass Wärmepumpen große Heizflächen und niedrige Betriebstemperaturen benötigen, wie sie beispielsweise Fußbodenheizungen bieten.

 Liefern Wärmepumpen ausreichend hohe Heizkreistemperaturen? In Altbauten werden oft Heizsysteme mit einer Vorlauftemperatur von 60 Grad Celsius oder 70 Grad Celsius eingesetzt. Ist es technisch überhaupt möglich, Wärmepumpen mit solchen Temperaturen zu betreiben? Auf jeden Fall, wobei dies auch von der Art des Kältemittels oder des Kompressors abhängt. Standard-Wärmepumpen können problemlos Vorlauftemperaturen von 55 bis 60 Grad Celsius erreichen. Es gibt jedoch auch Hochleistungswärmepumpen auf dem Markt, die 65 bis 70 Grad Celsius liefern können, insbesondere solche mit dem Kältemittel Propan.

 Die Messungen des Fraunhofer-ISE haben ergeben, dass Wärmepumpen auch an sehr kalten Tagen angenehme Temperaturen liefern können. Oft funktionieren die Anlagen sogar ohne zusätzliche Verwendung von Heizstäben, die mit Strom beheizen. Die Wärmepumpen arbeiten dabei immer noch effizient, wenn auch nicht ganz so effizient wie an wärmeren Tagen. Dennoch liegen sie im grünen Bereich. Das bedeutet, dass sich Wärmepumpen im Vergleich zu Gasheizungen auch bei widrigsten Temperaturen lohnen.

 Das Fraunhofer-ISE hat dies in den ersten beiden Februarwochen 2021 gemessen, als die durchschnittliche Temperatur bei -3,6 Grad Celsius lag. In den letzten 50 Jahren gab es nur 5 Monate mit durchschnittlichen Temperaturen unter diesem Wert. In dieser Zeit lag die durchschnittliche Effizienz der Wärmepumpen im Altbau bei 2,3. Das bedeutet, dass aus jeder Kilowattstunde Strom mehr als doppelt so viel Wärme aus der Umgebungsluft gewonnen werden konnte, selbst bei dieser kalten Witterung.

 Erst sanieren, dann Wärmepumpe oder umgekehrt? Diese Frage wurde bereits an anderer Stelle beantwortet: Sie können auch zuerst die Wärmepumpe installieren und später das Haus energetisch sanieren, falls erforderlich. Im Allgemeinen ist es jedoch vorteilhaft, wenn ein Raum wenig Energie benötigt, um auf Temperatur zu kommen. Dies gilt jedoch für alle Heizsysteme, nicht nur für Wärmepumpen.

 Wie im vorherigen Kapitel gelernt, können Wärmepumpen auch mit höheren Vorlauftemperaturen betrieben werden. Da viele der alten Gas- oder Ölheizungen jedoch überdimensioniert sind, kann bei einem Wechsel zur Wärmepumpe oft die Vorlauftemperatur gesenkt werden. Es kann auch hilfreich sein, einzelne Heizkörper auszutauschen. Moderne Radiatoren können die gleiche Wärmemenge mit deutlich niedrigeren Heizkreistemperaturen abgeben. Der Austausch der Fenster kann ebenfalls die Effizienz der Wärmepumpe verbessern.

 Nun stellt sich die Frage, ob eine Wärmepumpe überdimensioniert ist, wenn sie zunächst in ein unsaniertes Gebäude eingebaut wird, das anschließend nach und nach energetisch aufgerüstet wird. Auch hier gibt das Fraunhofer-ISE Entwarnung. Technisch gesehen können Wärmepumpen flexibel auf unterschiedliche Anforderungen reagieren. Viele moderne Wärmepumpen sind zudem mit der Inverter-Technologie ausgestattet, die eine einfache Leistungsregelung ermöglicht.

E in einfacher Test schafft Klarheit. Wärmepumpen erzielen die besten Ergebnisse bei niedrigen Vorlauftemperaturen zwischen 35 und 55 Grad Celsius. Wenn Sie daher darüber nachdenken (oder aufgrund des neuen Gebäudeenergiegesetzes gezwungen sind), Ihren Altbau mit einer Wärmepumpe auszustatten, sollten Sie zuerst testen, ob Ihre bestehende Heizungsanlage mit einer Vorlauftemperatur von 55 Grad Celsius zurechtkommt, auch an kalten Wintertagen mit Frost. Beobachten Sie, ob Ihre Wohlfühltemperatur dennoch erreicht wird. Wenn dies der Fall ist, sollte eine Umrüstung auf eine Wärmepumpe problemlos möglich sein. Wenn die Räume nicht ausreichend warm werden, sind wahrscheinlich andere Maßnahmen wie der Austausch der Fenster, eine Fassadendämmung oder der Einbau größerer Heizkörper erforderlich.

 Wie gut funktionieren Wärmepumpen in Altbauten? Auch hier hat das Fraunhofer-ISE umfangreiche Feldforschungen durchgeführt, sowohl mit Luft- als auch mit Erdreich-Wärmepumpen. Im Allgemeinen kann man sagen, dass Erdreich-Anlagen effizienter arbeiten und im Durchschnitt eine Effizienz von 4,1 aufweisen. Bei Luft-Wärmepumpen liegt der Durchschnittswert hingegen bei 3,1. Dies liegt insbesondere daran, dass Luft-Wasser-Wärmepumpen häufig mit kälteren Temperaturen arbeiten müssen als im Erdreich vorhanden sind.

Generell lässt sich feststellen, dass die Effizienz von Wärmepumpen mit sinkenden Vorlauftemperaturen steigt. Das bedeutet, dass Heizungsanlagen mit Fußbodenheizungen tendenziell höhere Effizienzwerte aufweisen als Systeme mit höheren Vorlauftemperaturen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass Wärmepumpen mit Heizkörpern nicht effizient betrieben werden können.

Die Messungen haben ergeben, dass die Heizkreistemperaturen nicht immer ausschlaggebend für die Effizienz der Anlagen sind. Auch bei hohen Vorlauftemperaturen können hohe Effizienzwerte erzielt werden. Vieles hängt von der Planung, Installation und Einstellung der Wärmepumpe ab. Es ist hilfreich, wenn der Installateur mit den Herausforderungen von Altbauten vertraut ist. Das Fraunhofer-ISE bewertet die derzeitigen Durchschnittswerte für die Effizienz von Wärmepumpen im Altbau bereits als gut. Durch verbesserte Modelle und weitere Innovationen gibt es jedoch noch Raum für Verbesserungen.

Hier sind zwei Beispiele aus der Praxis:

In Bezug auf energetisch sanierte Altbauten ist es einfach, die Effizienz von Wärmepumpen zu überprüfen - die Ergebnisse sind ähnlich gut wie bei Neubauten. Doch wie sieht es bei unsanierten Gebäuden aus? Können Wärmepumpen dort immer noch zur Energieeinsparung beitragen? Das Fraunhofer-ISE hat zwei solcher Fälle genauer untersucht und überraschende Ergebnisse erzielt:

Das erste untersuchte Haus ist 84 Jahre alt und befand sich in einem energetisch sehr schlechten Zustand, mit kaum durchgeführten Sanierungsmaßnahmen. Der Heizenergieverbrauch betrug hohe 210 kWh/(m²a). Beim Einbau der Luftwärmepumpe wurden auch die Heizkörper ausgetauscht. Trotz des hohen Heizwärmebedarfs erreichte die Wärmepumpe eine gute Effizienz von 3,0. Der Heizstab musste kaum zugeschaltet werden und machte weniger als ein Prozent des Energiebedarfs aus.

Im zweiten, 48 Jahre alten Haus wurde eine Erdreichwärmepumpe installiert. Das Gebäude befand sich in einem besseren energetischen Zustand als das erste und hatte einen Heizenergieverbrauch von etwa 100 kWh/(m²a). Hier erreichte das System eine Effizienz von 3,7, obwohl die gleichen Plattenheizkörper wie zuvor bei der Ölheizung verwendet wurden.

Ein weiterer Aspekt betrifft die Effizienz des Heizstabs als Zusatzheizung. Häufig sind Wärmepumpen mit einem Heizstab ausgestattet, der allein oder parallel zur Wärmepumpenbetrieb Wärme aus elektrischem Strom erzeugen kann. Im Vergleich zur Wärmepumpe ist die Effizienz des Heizstabs wesentlich geringer. Die Messungen des Fraunhofer-ISE ergaben, dass der Anteil der von den Heizstäben benötigten Energie bei Luft-Wasser-Wärmepumpen im Durchschnitt nur 2,8 Prozent und bei Erdreichwärmepumpen sogar nur 1,2 Prozent betrug. In vielen Fällen war der Einsatz der Heizstäbe für die Wärmeproduktion überhaupt nicht erforderlich, selbst bei extrem kalten Temperaturen.

Diese Beispiele aus der Praxis verdeutlichen, dass Wärmepumpen auch in unsanierten Altbauten einen Beitrag zur Energieeinsparung leisten können. Die Effizienz hängt jedoch von verschiedenen Faktoren ab, wie dem Zustand des Gebäudes, der gewählten Wärmepumpenart und der richtigen Dimensionierung des Systems.

Es ist wichtig, sowohl die ökologischen als auch die ökonomischen Aspekte von Wärmepumpen in Bestandsbauten zu betrachten. Ökologisch betrachtet lohnt sich der Einsatz von Wärmepumpen in Kombination mit erneuerbaren Energien fast immer und führt zu erheblichen CO2-Einsparungen. Bei den ökonomischen Aspekten spielen die Invest.

Die ökonomische Perspektive ist nicht einfach zu betrachten, da die Energiepreise derzeit stark schwanken und es unsicher ist, wie sich die Situation letztendlich entwickeln wird. Es ist bekannt, dass die Investitionskosten für Wärmepumpen im Vergleich zu Gas- oder Ölheizungen höher sind. Diese Kosten könnten jedoch sinken, wenn mehr Wärmepumpensysteme verkauft werden.

Was die Betriebskosten betrifft, ist es schwierig, genaue Aussagen zu treffen. Die vom Fraunhofer-ISE berechneten Kosten für das Heizen mit Wärmepumpen oder Gas sind bereits überholt. Es wird vermutet, dass das Heizen mit Gas in Zukunft teurer sein wird als das Heizen mit einer Wärmepumpe. Aktuell sind Wärmepumpen aufgrund der aktuellen Gaspreise in den meisten Fällen kostengünstiger als Gasheizungen, unabhängig von der Effizienz der Systeme.

Die Zahlen und Forschungsergebnisse des Fraunhofer-ISE, die in diesem Beitrag verwendet werden, stammen aus einer interessanten Blogreihe von Dr. Marek Miara über Wärmepumpen in Bestandsgebäuden. In diesem Zusammenhang ist auch das Gespräch zwischen dem Wissenschaftler des Fraunhofer-ISE und dem YouTube-Kanal "erneuerbare tv" über Wärmepumpen im Altbau erwähnenswert.

Wärmepumpen können auch in unsanierten Altbauten effizient arbeiten, wenn der Heizwärmebedarf nicht über 150 Kilowattstunden pro Quadratmeter liegt. Ist der Bedarf höher, sollten Dämmmaßnahmen wie Fassaden- oder Dachdämmung in Betracht gezogen werden. Eine Dämmung der obersten Geschossdecke ist ausreichend, wenn das Dachgeschoss nicht bewohnt ist. Es ist auch empfehlenswert, die Kellerdecke zu dämmen, um Energieverluste zu minimieren.

Bei Mehrfamilienhäusern im Bestand sind Wärmepumpen noch nicht weit verbreitet, insbesondere wenn die Gebäude bereits älter sind. Im Rahmen des Verbundprojekts "LowEX im Bestand" hat das Fraunhofer-ISE gemeinsam mit Partnern Lösungen für den Einsatz von Wärmepumpen in energetisch sanierten Mehrfamilienhäusern analysiert, entwickelt und demonstriert. Es wurden neue Technologien wie ein Mehrquellen-Wärmepumpensystem, ein Hybridsystem, fassadenintegrierte Lüftungsgeräte und Hochtemperaturwärmepumpen erprobt.

Die Ergebnisse zeigen, dass das Mehrquellen-Wärmepumpensystem hohe Quelltemperaturen erreichen kann und eine gute Jahresarbeitszahl von 3,2 aufweist. Die CO2-Emissionen wurden um 42 Prozent im Vergleich zum Ausgangszustand reduziert und im Vergleich zum undämmten Zustand des Gebäudes von 1963 sogar um beeindruckende 73 Prozent verringert.

Experten schätzen die Ergebnisse des Projekts positiv ein und betonen die Bedeutung einer individuellen Analyse der jeweiligen Situation. Es wird empfohlen, eine hydraulische Abstimmung des Heizungssystems vorzunehmen und zu prüfen, ob durch den Austausch einzelner Heizkörper die Vorlauftemperaturen weiter gesenkt werden können. Es besteht weiterhin Forschungsbedarf in Bereichen wie dem Ersatz von Gasetagenheizungen, der Hochtemperatur-Bereitstellung und der Trinkwassererwärmung mittels Wärmepumpen. Dennoch hat das Projekt gezeigt, dass Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern im Bestand durchaus realisierbar sind.