.

Abb. 11 Treibhausgasemissionen (ohne Berücksichtigung von Kältemittelverlusten) sowie Primärenergieaufwand von Wärmepumpen und Gas-Brennwertkesseln.
© FhG-ISE

Abb. 12 Wärmepumpenspeicher mit installierter Messtechnik.
© Vaillant Deutschland GmbH & Co. KG, Remscheid

Abb. 13 Fußbodenheizung in einem Neubauprojekt in Duisburg.
© Thomas Lienemeyer, Mülheim a. d. Ruhr

Abb. 14 Installation von Sole-Erdwärmepumpen in einem Neubauprojekt in Mülheim a. d. Ruhr.
© Thomas Lienemeyer, Mülheim a. d. Ruhr

Abb. 15 Leistungszahlen von Wärmepumpen im Nenn-Normbetriebspunkt nach EN 14511
© FhG-ISE
3 / 12

Bewertung von Wärmepumpen

Die Leistungszahl einer Wärmepumpe ermöglicht den Vergleich verschiedener Wärmepumpen unterschiedlicher Hersteller untereinander; natürlich unter der Voraussetzung, dass die Leistungszahlen unter gleichen Randbedingungen ermittelt wurden. Ebenso ist der Vergleich der Ergebnisse  verschiedener Felduntersuchungen nur bedingt möglich, wenn nicht genau die gleichen Bilanzgrenzen und Auswertungsmethoden verwendet wurden. Außer der Frage, an welcher Stelle die Systemgrenze gezogen wurde, sind noch andere Aspekte relevant. So macht es einen Unterschied, ob bei der Berechnung der Arbeitszahl ungenutzte Heizenergie berücksichtigt wird, die im Sommer systembedingt oder infolge eines Fehlbetriebes erzeugt wurde. Auch können nur gleiche Bilanzzeiträume (z. B. ein Jahr) miteinander vergleichen werden.

Zur Einordnung von Arbeitszahlangaben sollten neben den Bilanzgrenzen und Bilanzzeiträumen die Art der Wärmequelle, das Einsatzgebiet (z. B. Gebäudestandard, Heizungssystem, Verhältnis Heizungsbedarf zu Brauchwarm-wasserbedarf) und die Betriebstemperaturen genannt sein. Häufig werden als Betriebstemperaturen im Heizkreis nur die Vorlauftemperaturen angegeben. Jedoch sind diese nicht alleine ausschlaggebend für die Kondensationstemperatur. Auch die Rücklauftemperatur hat einen Einfluss.

Bei Betrachtung der Temperaturverläufe an einem Kondensator ist dies deutlich nachvollziehbar. So stellt sich z. B. bei 35/30 eine höhere Kondensationstemperatur ein als bei 35/25. Dies zeigen auch Messungen des Prüfzentrums NTB Buchs in der Schweiz. Bei 13 Außenluft/Wasser-Wärmepumpen und 19 Sole/Wasser-Wärmepumpen wurden jeweils Normmessungen nach EN 14511 und EN 255 durchgeführt. Dabei lag der COP mit einer Heizkreistemperatur von 35/30 bei Außenluft-Wärmepumpen im Mittel 7% und bei Sole-Wärmepumpen im Mittel um 6% niedriger als bei 35/25. Daher ist ersichtlich, dass immer Vorlauf- und Rücklauftemperatur (resp. eine Temperatur und die Spreizung) genannt werden sollten. Ist es für einen Vergleich mehrerer An-lagen übersichtlicher, nur eine Betriebstemperatur im Heizkreis heranzuziehen, so eignet sich die Heizkreismitteltemperatur besser als die Heizkreisvorlauftemperatur.

Wärmepumpen im Vergleich zu anderen Wärmeerzeugern

Für einen direkten Vergleich einer Wärmepumpe mit einem anderen Energieerzeuger, z. B. einem Gas-Brennwertkessel, können unterschiedliche Kennwerte betrachtet werden. Im Folgenden werden der Primärenergieaufwand, der zur Raumheizung und Brauchwassererwärmung notwendig ist, und die entstehenden Treibhausgasemissionen vorgestellt.
In Abb. 11 ist der Primärenergieaufwand von Wärmepumpen und Gas-Brennwertkesseln für verschiedene Arbeitszahlen bzw. Jahresnutzungsgrade gegenübergestellt. Die Bandbreite der Arbeitszahlen beruht auf den Monitoringprojekten „WP Effizienz“ und „WP im Bestand“. Die Daten für die Brennwertkessel wurden im Rahmen der „Felduntersuchung: Betriebsverhalten von Heizungsanlagen mit Gas-Brennwertkesseln“ an 60 Gas-Brennwertkesseln ermittelt. Die zugrunde gelegten spezifischen Primärenergiefaktoren für elektrische Energie (2,35) und Erdgas (1,12) geben die jeweilige Endenergieerzeugung in Deutschland im Jahre 2010 wieder. Der Vergleich zeigt, dass Wärmepumpen bei richtiger Auslegung und Betrieb deutliche Primärenergieeinsparungen gegenüber einem Gas-Brennwertkessel erreichen. So haben Erdreich-Wärmepumpen mit einer Arbeitszahl von 3,9 (Mittelwert im Projekt „WP Effizienz“) eine Primärenergieeinsparung von 49% gegenüber einem Gas-Brennwertkessel mit einem Jahresnutzungsgrad von 96%. Und Außenluft-Wärmepumpen erreichen bei einer Arbeitszahl von 2,9 (Mittelwert im Projekt „WP Effizienz“) noch eine Einsparung von 32%. Es zeigt sich jedoch auch, dass bei Wärmepumpen mit sehr geringen Jahresarbeitszahlen – je nach Effizienz des Vergleichssystems – nur geringe oder keine Einsparungen mehr erreicht werden können.

Die Treibhausgase, die durch den Endenergiebedarf einer Wärmepumpe und eines Brennwertkessels erzeugt werden, sind in Abb. 11 dargestellt. Es zeigen sich ähnliche Einsparpotenziale für die Treibhausgasemissionen bei der Wärmebereitstellung mit Wärmepumpen gegenüber Gas-Brennwertkesseln wie für die Primärenergie. So er-reichen Erdreich-Wärmepumpen (Außenluft-Wärmepumpen) mit Jahresarbeitszahlen von 3,9 (2,9) um 43% (23%) geringere Treibhausgasemissionen im Betrieb. Berücksichtigt werden in diesen Werten jedoch nicht Treibhausgasemissionen, die durch Kältemittelverluste entstehen.

Kältemittelemissionen können entlang der gesamten Prozesskette von der Herstellung über die Anwendung (hier also den Wärmepumpenbetrieb) und der Entsorgung auftreten. Der Beitrag des Kältemittels an den Treibhausgasemissionen, die durch das Heizen mit einer Wärmepumpe entstehen, hängt also von den jeweiligen Kältemittelverlusten und dem eingesetzten Kältemittel ab. Das Umweltbundesamt gibt als Anhaltswert für die Kältemittelverluste von Heizungswärmepumpen in Deutschland einen Wert von 2,5% der Kältemittelfüllmenge pro Jahr an. Dieser Wert stellt einen Mittelwert dar und umfasst sowohl „schleichende“ Emissionen als auch Emissionen bei Serviceeinsätzen und bei Havarien bezogen auf eine durchschnittliche Lebensdauer von 15 Jahren. Bei der Entsorgung wird von einer mittleren Recyclingrate von 70% ausgegangen.

Wie sich dies auf die Treibhausgasemissionen auswirkt, soll am Beispiel einer üblichen Außenluft-Wärmepumpe für zwei verschiedene Kältemittel konkretisiert werden. Angenommen wird ein Gebäude mit 160 m² Wohnfläche, einem spezifischen Jahreswärmebedarf von 70 kWh/(m2a) für Raumheizung und 17 kWh/(m2a) für Brauchwassererwärmung. Die Wärmepumpe beinhaltet 3 kg Kältemittel, die Heizleistung beträgt 7,5 kW bei einer Jahresarbeitszahl von 2,9.

Verwendet man das in neuen Heizungs-Wärmepumpen meistgenutzte Kältemittel R407C (Global Warming Potential (GWP-Wert) 1,774), so erhöhen sich die Treibhausgasemissionen durch Kältemittelverluste um 9%. Sie steigen um 19%, wenn das selten eingesetzte R404a verwendet wird. R404a hat den höchsten GWP-Wert (3,922) der in Heizungswärmepumpen genutzten Fluorkohlenwasserstoffe.

Dies bedeutet, dass die betrachtete Wärmepumpe gegenüber dem Gas-Brennwertkessel nur 8 bis 16% geringere Treibhausgasemissionen aufweist, wenn die angenommenen Kältemittelverluste berücksichtigt werden.

Leistungszahl der Wärmepumpengeräte derzeit

Das Gütesiegel für Wärmepumpen der EHPA (European Heat Pump Association) zertifiziert die Qualität von Wärmepumpen anhand von technischen, planerischen sowie servicespezifischen Qualitätsrichtlinien. Dabei müssen die Heizungs-Wärmepumpen festgelegte Mindestwerte der Leistungszahlen erzielen (gemessen nach EN 14511). Viele der am Markt verfügbaren Geräte erreichen diese Grenzwerte (Abb. 15).

Ein anderer Referenzwert zur Einordnung der Effizienz von Wärmepumpen sind die Grenzwerte der Jahresarbeitszahl, die für die Förderung von Wärmepumpen gesetzt sind. Derzeitige Förderrichtlinien der BAFA (Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle) sehen vor, dass nur Wärmepumpen, die in Bestandgebäuden (Baujahr vor 2009) eingesetzt werden, eine Förderung erfahren. Die berechneten Jahresarbeitszahlen müssen Werte von 3,8 für Sole/Wasser-Wärmepumpen und 3,5 für Außenluft/Wasser-Wärmepumpen erreichen.

Merkzettel

BINE-Abo

Publikation abonnieren

Adressen

Projektdurchführung
Fraunhofer ISE

Service

BINE-Themeninfo I/2013
(PDF, 20 Seiten, 3,2 MB)

Mehr von BINE

Mit Wärme kühlen
BINE-Projektinfo 07/2012

Weichenheizung mit Erdwärme
BINE-Projektinfo 12/10

Erdwärme für Bürogebäude nutzen
BINE-Projektinfo 07/10

Erdgekoppelte Wärmepumpen für Neubauten
BINE-Projektinfo 03/10

Wärmepumpen: Die Heiztechnik-Alternative
BasisEnergie Nr. 10

Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesen Projekten:

0327401 A
0327393 B
0327841 A-B