Effiziente Nutzung von Wärmepumpen im Bestand möglich

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Bei Neubauten ist die Wärmepumpe mittlerweile unangefochten Wärmeerzeuger Nummer Eins. Rund zwei Drittel der in 2023 neu gebauten Wohngebäude nutzten Wärmepumpen als Hauptheizenergiequelle. Aber im Bestand? Hier schreitet die Elektrifizierung nur langsam voran. Dabei haben sowohl das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme wie das Institut Wohnen und Umwelt (IWU) aus Darmstadt in aktuellen Studien erfolgreich nachgewiesen, dass Wärmepumpen hier durchaus eine Alternative sein können.

Fraunhofer: „Wärmepumpen können in älteren Gebäuden effizient betrieben werden.“

Am Fraunhofer ISE nahmen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vier Jahre lang detaillierte Messungen an 77 Wärmepumpen in Ein- bis Dreifamilienhäusern vor. Das Ergebnis: Die Wärmepumpen erreichten Jahresarbeitszahlen von 2,6 bis 5,4. Die CO2-Emissionen der Wärmepumpen, erstmals unter Berücksichtigung zeitvariabler Faktoren berechnet, lagen für das Jahr 2024 um 64 Prozent niedriger als jene von Erdgasheizungen. Das Forschungsteam führte zudem Langzeit-Schallmessungen durch und ermittelte, wie Photovoltaikanlagen in den Wärmepumpenbetrieb integriert werden können. An dem Projekt waren neben dem Fraunhofer ISE zwei Energieversorger und neun Wärmepumpenhersteller beteiligt.

„Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Wärmepumpen auch in älteren Gebäuden effizient betrieben werden können und dass sie klimaschonend heizen, ohne dass die Gebäude auf Neubaustandard saniert werden müssen“, so Danny Günther, Teamleiter „Wärmepumpen und Transformation Gebäudebestand“ am Fraunhofer ISE. „Wir haben aber auch Optimierungspotenziale aufgedeckt.“ Auf Basis der detaillierten Messdatenanalyse lasse sich nachvollziehen, welche Planungs- oder Installationsfehler besonders häufig auftreten und wo sich ineffizientes Betriebsverhalten zeigt, so Günther. Dennoch habe sich die Effizienz der Wärmepumpen im Vergleich zu dem im Jahr 2019 abgeschlossenen Fraunhoferprojekt „WPsmart im Bestand“ verbessert. Luft-Wasser-Wärmepumpen erreichen im Durchschnitt eine Jahresarbeitszahl von 3,4. Im Projekt zuvor lag der Schnitt noch bei 3,1. Ausführlich dargestellt werden die Ergebnisse des Forschungsprojekts übrigens in einem Fachbeitrag in der HLH 03/2026.

IWU: „Wärmepumpen sind auch im Gebäudebestand ein tragfähiger Bestandteil der Wärmewende.“

Auf regionaler Ebene beschäftigte sich auch das Institut Wohnen und Umwelt mit der effizienten Nutzung von Wärmepumpen im Bestand. Die Studie „Wärmepumpen-Praxis im hessischen Wohngebäudebestand“ untersuchte den praktischen Einsatz moderner Wärmepumpentechnik in unsanierten und teilsanierten Bestandsgebäuden verschiedener Baualtersklassen in Hessen. In einer zweijährigen Feldphase wurden 48 Wohngebäude mit Wärmepumpenanlagen untersucht. Dabei handelte es sich überwiegend um Ein- und Zweifamilienhäuser, von denen 19 % vor 1949, 33 % zwischen 1949 und 1978 und 48 % zwischen 1979 und 1994 errichtet wurden.

Die Ergebnisse zeigen, dass Wärmepumpen auch in älteren Gebäuden mit konventionellen Heizsystemen zuverlässig und effizient arbeiten können. Die Jahresarbeitszahlen (JAZ) lagen für Luft-Wasser-Wärmepumpen bei Heizkörpern im Mittel bei 3,1, mit Fußbodenheizungen bei 3,7. Erdreich-Wärmepumpen erzielten mit durchschnittlich 4,7 die höchsten Werte. Besonders positiv wirkten sich niedrige Vorlauftemperaturen und der Austausch einzelner Heizkörper zur Absenkung der Vorlauftemperatur auf die Effizienz aus.

Die Kostenanalyse auf Basis von 39 Anlagendatensätzen ergab durchschnittliche Gesamtkosten von rund 30 100 Euro. Luft-Wasser-Wärmepumpen lagen bei etwa 29 700 Euro, Erdreichanlagen bei 27 500 Euro (ohne Quellenerschließung) sowie bivalente Systeme bei rund 34 300 Euro. Zwischen 2017 und 2023 stiegen die mittleren Anlagenkosten um etwa 6 000 Euro. Unterschiedliche Installationsbedingungen, Elektroarbeiten und zusätzliche Maßnahmen wie der Heizkörpertausch beeinflussten die Gesamtkosten erheblich.

Die begleitende Befragung der Eigentümerinnen und Eigentümer zeigte ein hohes Maß an Zufriedenheit: Rund 90 % der Befragten seien mit Funktion und Betrieb ihrer Wärmepumpen zufrieden, so die IWU-Studie. Entscheidende Beweggründe für den Umstieg waren Klimaschutz, Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern und die Möglichkeit, die Wärmepumpe mit einer Photovoltaikanlage zu kombinieren. Kurzfristige wirtschaftliche Aspekte standen nicht im Vordergrund. Gleichzeitig wurden Optimierungspotenziale identifiziert: Nur bei rund 60 % der Anlagen wurde eine Heizlastberechnung durchgeführt, und bei etwa der Hälfte erfolgte ein hydraulischer Abgleich. Häufig fehlten zudem eine ausreichende Einweisung in die Bedienung sowie eine intuitive Steuerung der Anlagen. Funktionen zur Eigenstromverwendung oder zu dynamischen Stromtarifen blieben weitgehend ungenutzt. Vor-Ort-Untersuchungen einzelner Anlagen zeigten, dass durch angepasste Heizkurven, optimierte Zeiten zur Warmwasserbereitung und eine bessere Dämmung der Rohrleitungen weitere Effizienzsteigerungen möglich sind. Die Forschenden des IWU kommen final zu dem Ergebnis: „Das Forschungsvorhaben belegt, dass Wärmepumpen auch im Gebäudebestand ein tragfähiger Bestandteil der Wärmewende sind. Entscheidend für einen effizienten Betrieb sind eine sorgfältige Planung und qualifizierte Installation.“

Wirtschaftlichkeit im Vergleich zum Ölkessel

Zudem wurde vom IWU in zwei Szenarien zur Energiepreisentwicklung die Wirtschaftlichkeit der Modernisierung von Ölheizungen zu Wärmepumpenanlagen bei einem Einfamilien- und einem Mehrfamilienhaus untersucht. Die Untersuchungen im Gesamtenergiesystem ergaben, dass der frühzeitige Einsatz von Wärmepumpen auch in unsanierten Gebäuden zu einer deutlichen Reduktion der Treibhausgasemissionen beitragen kann und zugleich Lock-in-Effekte durch erneute Heizkesselinvestitionen vermeidet. Systemanalysen unter zukünftigen Stromerzeugungsbedingungen mit hohen Anteilen fluktuierender erneuerbarer Energien verdeutlichen zudem, dass pauschale CO2-Emissionsfaktoren für Strom häufig keine sachgerechte Bewertungsgrundlage mehr darstellen und dass bivalente Wärmepumpensysteme im Gesamtsystem ähnlich vorteilhaft abschneiden können wie monovalente Systeme.