Wärmepumpe wird zukünftig immer wichtiger

Unsere Energieversorgung muss umweltfreundlicher und nachhaltiger werden, da sind sich alle einig. Und der Wandel hat bereits begonnen. Eine zentrale Rolle dabei hat die Wärmepumpe. Davon sind Experten beim Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE, Freiburg, überzeugt. Lesen Sie mehr über die Zukunft der Wärmepumpe in unserem Artikel.

Unsere Energieversorgung braucht die Wärmepumpe

Bislang dominieren Windräder und Photovoltaik-Anlagen, Pelletheizungen und Biogas das Thema regenerative Energiequellen. Daneben gibt es Umweltwärme, die in praktisch unerschöpflichem Maße zur Verfügung steht, erklärt Professor Hans-Martin Henning vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. "Diese Energie werden wir zunehmend nutzen müssen."

Wenn man unser Energiesystem und mögliche Lösungen im Sinne der Umwelt betrachte, werde rasch klar: "Gute Gebäudedämmung und Strom aus regenerativen Quellen allein reicht nicht." Solarthermie könne lediglich als Ergänzung zu anderen Elementen fungieren und auch Biomasse sei nicht geeignet, die Transformation des Systems in großem Stil voranzubringen. "Das ist ein zu knappes Gut."

Wärmepumpen nutzen Strom effizient

Was heute kaum genutzt wird, ist die Wärme aus unserer Umwelt. Und genau das ist die Domäne der Wärmepumpe. Eine elektrische Wärmepumpe macht aus jeder eingesetzten Kilowattstunde Strom bereits heute das Drei- bis Fünffache an Wärmeenergie.

Kommt dieser Strom aus dem öffentlichen Netz, was zumindest heute noch die Regel ist, dann spielt der Energiemix eine wesentliche Rolle. "Je höher der Anteil von »grünem« Strom im Netz, desto besser die CO2-Bilanz der Wärmepumpe."

Dies spiegelt sich in den gesetzlichen Vorgaben wider, wenn es um die energetische Bilanz eines Gebäudes und dessen Heizanlage, um Fördergelder und günstige KfW-Kredite geht. Eine wichtige Größe hierbei ist der sogenannte Primärenergiefaktor (PEF).

Primärenergiefaktor für Strom sinkt

Der PEF wird vom Gesetzgeber für jeden Energieträger (Kohle, Öl, Gas, Holz, Strom etc.) festgelegt. Er ist das Maß für den Energiebedarf in der gesamten Umwandlungskette. Im Falle von Strom gehört dazu beispielsweise der Abbau von Kohle, deren Transport zum Kraftwerk und die Verstromung bis hin zur Verteilung der elektrischen Energie an den Endverbraucher.

Je mehr "grüner" Strom produziert und ins Netz eingespeist wird, desto niedriger der Primärenergiefaktor für Strom insgesamt - und desto günstiger werden elektrisch betriebene Heizsysteme unter dem Aspekt ihrer CO2-Emission bewertet.

Aufgrund des stetig steigenden Anteils erneuerbarer Energien in Deutschland wurde in der Energieeinsparverordnung (EnEV) der PEF für Strom in den vergangenen Jahren bereits dreimal nach unten korrigiert - von ursprünglich 3,0 auf mittlerweile 1,8. Dieser neue Wert gilt seit 1. Januar 2016. Wichtig in diesem Zusammenhang: Die der Umgebung entnommene Wärmeenergie hat den PEF 0,0.

Wärmepumpe: zukünftig wichtigstes Versorgungssystem

Gute Karten also für die Wärmepumpe. Langfristig werde sie wahrscheinlich das wichtigste Versorgungssystem für Gebäude, meint der Fraunhofer-Experte. "Dazu werden wir allerdings verstärkt Wärmespeicher brauchen. Zum einen, um die Systeme an das Bedarfsprofil des einzelnen Verbrauchers anzupassen, zum anderen aber auch aus Systemsicht."

Marktdesign muss Schwankungen ausgleichen

Eine wesentliche Herausforderung bei der Gestaltung unseres künftigen Energiesystems nämlich sei es, die hohe Volatilität der Erneuerbaren zu managen. Denn die über Wind und Photovoltaik eingespeisten Strommengen schwanken bekanntlich stark. "Das Marktdesign muss diese Schwankungen so weit wie möglich ausgleichen und Spitzenlasten und Spitzeneinspeisungen abfedern."

Variable Stromtarife sind notwendig

Ein Steuerungsmechanismus sind variable Stromtarife, die sich an der jeweils aktuellen Netzauslastung orientieren. Stichwort "Smart Grid", das intelligente Netz. Wer seine Wärmepumpe mit einem Pufferspeicher kombiniert, kann davon in Zukunft profitieren. "Viele Wärmepumpen sind für den Smart-Grid-Betrieb bereits vorbereitet. Diese Geräte werden künftig dann Wärme erzeugen, wenn der Strom günstig ist und diese Wärme zwischenspeichern."

Politik muss Strom für Wärmepumpe wirtschaftlicher machen

Für den Verbraucher, der sich mit dem Gedanken trägt, eine Wärmepumpe zu installieren, steht in aller Regel die Wirtschaftlichkeit ganz oben auf der Prioritätenliste. Und da sieht Hans-Martin Henning die Politik in der Pflicht. "Strom ist heute wesentlich stärker durch Abgaben belastet als fossile Brennstoffe. Das ist nicht im Sinne der Energiewende."

Auch die CO2-Abgabe auf Basis des heutigen Zertifikate-Handels sieht der Experte kritisch. Sie betreffe nur die Kraftwerksbetreiber, nicht jedoch die Brennstoffhändler - auch das ein Ungleichgewicht zu Lasten der erneuerbaren Energien. "Die Politik sollte den Marktrahmen so gestalten, dass Strom günstiger wird." Denn Strom sei durch den Anteil der Erneuerbaren heute schon oft umweltfreundlicher als jeder fossile Brennstoff.

Wärmepumpe wird sich durchsetzen

Noch dominiert die Wärmepumpe den Heizungsmarkt in Deutschland nicht - der Anteil installierter Einheiten in Neubauten liegt derzeit im Bundesdurchschnitt bei etwa 32 Prozent, in Sanierungsobjekten deutlich darunter. Doch der Trend zeigt nach oben. Dass er sich in den nächsten Jahren noch verstärken wird, davon sind die Wissenschaftler beim Fraunhofer-ISE überzeugt.

Schon jetzt ist der Markt für Wärmepumpen in Skandinavien, insbesondere in Schweden, und der Schweiz bereits sehr ausgeprägt, wie Dr.-Ing. Marek Miara erklärt. Er leitet die Gruppe Wärmepumpen am Fraunhofer-ISE. "In beiden Ländern liegt der Anteil von Wärmepumpeninstallationen in neuen Wohngebäuden bei über 80 Prozent." Auch in anderen europäischen Ländern wie Frankreich, Österreich und Polen habe inzwischen eine sehr dynamische Entwicklung bei den Wärmepumpen eingesetzt.

Trend geht zur Hochtemperatur-Wärmepumpe

Zwei Trends sind laut Miara mit dem Einsatz der Wärmepumpe in Bestandsgebäuden verbunden. Erstens: Um die höheren Vorlauftemperaturen zu realisieren, die im Bestand typischerweise erforderlich sind, gibt es immer mehr Hochtemperatur-Wärmepumpen am Markt. "Solche Anlagen sind in der Lage, Temperaturen von 65 °C und höher bereitzustellen."

Weiterer Trend: Systemkombinationen

Zweiter Trend sind Systemkombinationen, bei denen meist elektrische Wärmepumpen mit fossil betriebenen Kesseln wie etwa Öl- oder Gasheizungen kombiniert werden. "Besonders beim Austausch alter Heizkessel in Bestandsgebäuden kann diese Technologie in den nächsten Jahren an Relevanz gewinnen", so Marek Miara.

Wärmepumpen: zukünftig bedeutende Rolle im "Smart Grid"

Auch er ist überzeugt, dass Wärmepumpen eine wichtige Rolle im intelligenten Stromnetz der Zukunft spielen werden. "Sie wandeln elektrische Energie effizient in thermische Energie um und puffern diese für eine bestimmte Zeit - entweder in Warmwasserspeichern oder auch in der Gebäudemasse."

Zusätzlich wird die Kombination von Wärmepumpen mit Batteriesystemen an Bedeutung gewinnen. Letztere speichern Strom, der ja in Deutschland zunehmend aus erneuerbaren Quellen wie Offshore-Windparks oder Photovoltaik-Anlagen kommt, um ihn bei Bedarf für den Betrieb der Wärmepumpe zur Verfügung zu stellen.

Auf diese Weise lassen sich Bedarf und Verbrauch zeitlich entkoppeln. "Damit können Wärmepumpenanlagen mit intelligenter Steuerung angesichts der fluktuierenden Stromerzeugung netzstabilisierend wirken."