Elektrische Wärmepumpen stellen im Neubau inzwischen die dominierende Heiztechnologie dar. Auch in Bestandsgebäuden funktionieren die Wärmeerzeuger.

Zu diesem Ergebnis kommt ein Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE.

In den vergangenen Jahren haben mehrere Studien [8, 1, 2] die zentrale Rolle von Wärmepumpen in der zukünftigen Wärmeversorgung von Gebäuden hervorgehoben. Die aktuelle Untersuchung „Wege zu einem klimaneutralen Energiesystem“ des Fraunhofer ISE [4] hat dies noch einmal unterstrichen und präzisiert. Bei rein wirtschaftlicher Optimierung der Ausbaupfade in den einzelnen, sich gegenseitig beeinflussenden Sektoren müsste der Anteil von Wärmepumpen an den Heizsystemen von derzeit rund vier auf 13 Prozent im Jahr 2030 und auf 52 Prozent im Jahr 2050 steigen.

Die Zahlen verdeutlichen, dass mehr Wärmepumpen im Gebäudebestand nötig sind. Wie effizient elektrisch angetriebene Wärmepumpen in Bestandsbauten im realen Betrieb arbeiten, dazu lagen jedoch lange keine systematischen Erkenntnisse vor. Das Forschungsprojekt „WPsmart im Bestand“ hat dies nun mit Fokus auf den Einfamilienhausbereich (EFH) ermittelt. Der vorliegende Beitrag soll einen Überblick zu den gemessenen Jahresarbeitszahlen (JAZ), den erforderlichen Heizkreistemperaturen und eine ökologische Einordnung der Ergebnisse wiedergeben. Damit enthält der Beitrag nur einen kleinen Ausschnitt der vorgenommenen Auswertungen. Im Projektbericht [5] können die Eigenschaften und Auswertungen zu jeder Anlage im Detail nachvollzogen werden.

Das BMWi-geförderte Forschungsprojekt „WPsmart im Bestand“ (FKZ: 03ET1272A) lief von Dezember 2014 bis Juli 2019. Zum Projektkonsortium haben sich acht Wärmepumpenhersteller und drei Energieversorger unter Federführung des Fraunhofer ISE zusammengeschlossen. Im Fokus des Projekts standen zwei zentrale Forschungsthemen: das Lastmanagement mit Wärmepumpen sowie die Effizienzanalyse von Wärmepumpen im EFH-Bestand, wobei der vorliegende Beitrag ausschließlich letztgenanntes Thema behandelt. Die Projektpartner führten eine messtechnische Untersuchung an 56 Wärmepumpensystemen durch, die alle zur Raumheizung und Trinkwassererwärmung eingesetzt wurden. Um auch die Betriebsbedingungen – allen voran die Heizkreistemperaturen – bewerten zu können, gab es ausführliche Befragungen der Anlagenbetreiber zum Zustand der Gebäude sowie der durchgeführten Sanierungsmaßnahmen.

Die untersuchten Anlagen

Die Wärmepumpen stammen einerseits von den teilnehmenden Wärmepumpenherstellern ait-deutschland, Bosch, Dimplex, Heliotherm, Stiebel Eltron, Vaillant, Viessmann und Weishaupt entsprechend vorab definierter Kriterien (u. a. marktverfügbare Geräte, Gebäude von vor 1995). Zum anderen hat das Fraunhofer ISE selbst neun Messobjekte zum Projekt eingebracht. Vor allem aufgrund der eng gefassten Kriterien zur Auswahl der Messobjekte, die den Projektzielen und einer möglichst vergleichbaren Datenbasis dienen sollten, wurden im Projektverlauf erst nach und nach Monitoring-Anlagen für das Projekt angemeldet. So stieg die Anzahl der untersuchten Wärmepumpen zuerst nur sehr langsam an. Daher wurde für die Hauptauswertung eine einjährige Messperiode am Ende des Projektes definiert, die von Juli 2018 bis Juni 2019 reichte. Für diesen Zeitraum erfolgte eine Auswertung von 53 Anlagen. Im Sinne einer vergleichbaren Datenbasis wird nachfolgend auf 29 Außenluft- und zwölf Erdreich-Wärmepumpen eingegangen. Die Eingrenzung der hier betrachteten Anzahl ist überwiegend auf die Systeme mit Brauchwasser-Wärmepumpen zurückzuführen, da diese nicht gemäß der nachfolgend betrachteten Bilanzgrenze zur Ermittlung der Jahresarbeitszahl (Abb. 3) bewertet werden können.

Das älteste Gebäude im Feldtest ist von 1850, das neueste von 2005. Eine Verteilung der Gebäude auf einzelne Baualtersperioden zeigt die Abbildung 1. Demnach ergibt sich eine Häufung in den Baualtersperioden 1949 bis 1979 mit 14 und 1980 bis 1994 mit 13 Messobjekten. In vier Fällen wurden Gebäude der Baualtersperiode 1995 bis 2005 im Projekt zugelassen, ein Baujahr konnte auch durch den Anlagenbetreiber nicht ermittelt werden. Außerdem enthält die Grafik die Häufigkeiten der Wärmeübergabesysteme. Dabei wird deutlich, dass über die Hälfte der Messobjekte mit Kombinationen aus Flächenheizungen und Heizkörpern ausgestattet sind, wobei diese vor allem in der Baualtersperiode 1980 bis 1994 auftreten. Etwa jedes fünfte System ist entweder ausschließlich mit Radiatoren oder ausschließlich mit Fußbodenheizung ausgestattet.

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