Energiewende 29.10.2022, 13:01 Uhr

Wärmepumpen im Altbau: sinnvoll oder nicht?

Wärmepumpen spielen eine wichtige Rolle bei der Energiewende. Doch funktionieren Sie auch bei Altbauten? Antworten liefert das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg. Wir präsentieren Ihnen die Ergebnisse eine Feldforschung zu Wärmpepumpen im Altbau.

Altbau

Wie sinnvoll und ökonomisch sind Wärmepumpen im Altbau?

Foto: Panthermedia.net/YuriArcurs (YAYMicro)

Wärmepumpen spielen eine wichtige Rolle bei dem Ziel, unsere Gebäude in 20, 30 Jahren vollständig mit CO2-freier Wärme zu versorgen. Dabei müssen wir früher oder später auch an die Altbauten ran. Allerdings hält sich nach wie vor hält hartnäckig das Vorurteil, dass sich Wärmepumpen nur bei Neubauten rentieren. Doch ist das wirklich so? Antworten finden sich in der Wärmepumpen-Forschung des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme. Das Fraunhofer-ISE hat in den vergangenen 20 Jahren rund 300 Wärmepumpenanlagen im Feld messtechnisch untersucht und analysiert. Da waren Anlagen in Neubauten, aber auch welche in Altbauten mit dem unterschiedlichsten Sanierungsgrad dabei. Die Ergebnisse möchten wir Ihnen in diesem Beitrag vorstellen.

Grundüberlegung bei Wärmepumpen in Bestandsbauten

Generell gilt es lediglich zwei Fragen zu beantworten, ob sich eine Wärmepumpe im Altbau lohnt:

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  • Ist es technisch möglich? Schafft die Wärmepumpe die notwendigen Vorlauftemperaturen?
  • Ist es aus ökologischer und ökonomischer Sicht sinnvoll?

Das Fraunhofer-ISE beantwortet beide Fragen mit ja, eine Wärmepumpe im Altbau ist auf jeden Fall sinnvoll. In manchen Fällen ist die Herausforderung größer als in anderen Fällen, eine passende technische Lösung zu finden. Aber machbar ist es in den allermeisten Fällen. Selbst wenn der Altbau schlechte energetische Werte vorzuweisen hat und es erst einmal auch noch gar nicht geplant ist, daran etwas zu ändern.

Wer heute vor der Frage steht: noch einmal eine Gasheizung oder schon eine Wärmepumpe, kann sich guten Gewissens bereits für die zweite Variante entscheiden. Sie ist zwar etwas teurer in der Anschaffung, spart aber jeden Monat jede Menge Heizkosten. Und selbst beim derzeitigen Strommix mit etwa 50 Prozent Strom aus erneuerbaren Energien arbeitet die Wärmepumpe bereits ökologischer als eine Gasheizung. In der Zukunft wird sich das noch weiter verbessern.

In den folgenden Abschnitten wollen wir uns mit wichtigen Fragen beschäftigen, die bei der Wahl einer Wärmepumpe für den Altbau immer wieder gestellt werden. Anfangen wollen wir mit der Frage, ob diese Technik auch bei hohen Vorlauftemperaturen und mit Heizkörpern alter Bauweise funktioniert. Häufig heißt es nämlich, dass es für Wärmepumpen große Heizflächen und niedrige Betriebstemperaturen benötigt – wie sie zum Beispiel Fußbodenheizungen bieten.

Liefern Wärmepumpen ausreichend hohe Heizkreistemperaturen?

In Altbauten arbeiten oft noch Heizsysteme mit einer Vorlauftemperatur von 60 Grad Celsius oder 70 Grad Celsius. Ist das technisch überhaupt möglich mit Wärmepumpen? Auf jeden Fall, wobei es auch auf die Art des Kältemittels oder des Kompressors ankommt. Standard-Wärmepumpen schaffen jedoch ohne Probleme Vorlauftemperaturen von 55 bis 60 Grad Celsius. Es gibt aber auf dem Markt auch Hochleistungswärmepumpen, die 65 bis 70 Grad Celsius erzielen. Hier sind insbesondere Wärmepumpen mit dem Kältemittel Propan zu nennen.

Selbst an sehr kalten Tagen, sind die Wärmepumpen in der Lage, angenehme Temperaturen zu liefern, haben die Messungen des Fraunhofer-ISE ergeben. Oft funktionieren die Anlagen dann sogar ohne zusätzliche Nutzung von Heizstäben, mit denen direkt mit Strom geheizt werden kann. Dabei arbeiten die Wärmepumpen nach wie vor mit einer guten Effizienz. Sie sind zwar im Vergleich zu wärmeren Tagen nicht ganz so effizient, bleibt aber nach wie vor im grünen Bereich. Heißt: Selbst bei widrigsten Temperaturen lohnen sich Wärmepumpen im Vergleich zu Gasheizungen.

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

Erst sanieren, dann Wärmepumpe oder geht es auch umgekehrt?

Diese Frage haben wir an anderer Stelle bereits beantwortet: Sie können auch erst die Wärmepumpe installieren und später das Haus energetisch sanieren, falls nötig. Generell ist es jedoch hilfreich, wenn es wenig Energie benötigt, um einen Raum auf Temperatur zu bringen. Aber das gilt für alle Heizsysteme, nicht nur bei Wärmepumpen.

Wie im Kapitel zuvor 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 die Vorlauftemperatur häufig gesenkt werden. Eventuell kann es hilfreich sein, einzelne Heizkörper auszutauschen. Moderne Radiotoren können die gleiche Wärmemenge mit deutlich geringeren Heizkreislauftemperaturen übertragen. Auch der Austausch der Fenster kann die Effizienz der Wärmepumpe steigern.

Nun stellt sich die Frage, ob eine Wärmepumpe dann plötzlich 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. Aus technischer Sicht können Wärmepumpen recht flexibel auf die verschiedensten Anforderungen reagieren. Viele der modernen Wärmepumpen sind zudem mit der Inverter-Technologie ausgestattet, die eine Leistungsregelung ganz einfach macht.

Wie gut funktionieren Wärmepumpen in Altbauten?

Auch dazu hat das Fraunhofer-ISE umfangreiche Feldforschungen betrieben – und zwar sowohl bei Außenluft- als auch bei Erdreich-Wärmepumpen. Generell lässt sich sagen, dass die Erdreich-Anlagen effizienter arbeiten, sie haben im Mittel eine Effizienz von 4,1. Bei Außenluft-Wärmepumpen liegt der Mittelwert hingegen bei 3,1. Das liegt insbesondere daran, dass Luft-Wasser-Wärmepumpen häufig mit kälteren Temperaturen arbeiten müssen als sie im Erdreich vorkommen.

Generell lässt sich sagen, dass die Effizienz von Wärmepumpen mit sinkende Vorlauftemperaturen ansteigt. Daraus ergibt sich, dass Heizungsanlagen mit Fußbodenheizungen tendenziell höhere Effizienzwerte besitzen als System, die höhere Vorlauftemperaturen besitzen. Das heißt aber im Umkehrschluss nicht, dass Wärmepumpen sich nicht effizient mit Heizkörpern betreiben lassen.

Die Messungen haben ergeben, dass die Heizkreistemperaturen nicht immer ausschlaggebend für die Effizienz der Anlagen ist. Auch mit hohen Vorlauftemperaturen lassen sich hohe Effizienzwerte erzielen. Vieles hängt hier auch von der Planung, Installation und Einstellung der Wärmepumpe ab. Hilfreich ist es auf jeden Fall, wenn sich der Installateur mit den Tücken des Altbaus auskennt. Generell bewertet das Fraunhofer-ISE die derzeitigen Effizienzmittelwerte für Wärmpumpen im Altbau bereits als gut. Durch verbesserte Modelle und weitere Innovationen ist jedoch auch noch Luft nach oben.

Altstadt von Erfurt

Wärmepumpen lassen sich häufig auch effizient in größeren Häusern betreiben.

Foto: Panthermedia.net/Panther Media

Zwei Beispiele aus der Praxis

In energetisch sanierten Altbauten zu schauen, ob Wärmepumpen effizient arbeiten, ist einfach: Die Ergebnisse sind ähnlich gut wie bei Neubauten. Anders sieht es bei unsanierten Gebäuden aus, können da Wärmepumpen immer noch einen Beitrag zur Energieeinsparung leisten? Das Fraunhofer-ISE hat zwei dieser Exemplare genauer durchleuchtet und kommt zu überraschenden Ergebnissen:

Die beiden untersuchten Häuser sind 84 und 48 Jahre alt, sind somit eindeutig Altbauten. Das ältere von beiden war in einem energetisch sehr schlechten Zustand, kaum saniert. Der Heizenergieverbrauch lag bei sehr hohen 210 kWh/(m²a). Zum Zeitpunkt des Einbaus der Außenluftwärmepumpe wurden auch die Heizkörper getauscht.

Mit den eingebauten Gebläsekonvektoren lassen sich die Vorlauftemperaturen deutlich reduzieren. Es zeigte sich, dass die Wärmepumpe trotz des hohen Heizwärmebedarfs eine gute Effizienz von 3,0 erreicht. Der Heizstab musste kaum zugeschaltet werden, er machte unter ein Prozent des Energiebedarfs aus.

In dem zweiten, 48 Jahre alten Haus wurde eine Erdreichwärmepumpe verbaut. Das Gebäude war in einem besseren energetischen Zustand als das erste, hatte einen Heizenergieverbrauch von etwa 100 kWh/(m²a). Hier erreichte das System eine Effizienz von 3,7 und das bei einer Vorlauftemperatur von 45 Grad Celsius und den gleichen Plattenheizkörpern, die bereits zuvor bei der Ölheizung genutzt wurden.

Wie sieht es mit der Effizienz des Heizstabs als Zusatzheizung aus?

Oft sind Heizungssysteme mit Wärmepumpe zusätzlich mit einem Heizstab ausgestattet. Diese sind in der Lage, alleine oder parallel zum Wärmepumpen-Betrieb Wärme aus elektrischem Strom bereitzustellen. Das passiert in der Regel dann, wenn es draußen besonders kalt ist und wird gemacht, um die Größe und Leistung von Außenluft-Wärmepumpen zu begrenzen. Nun haben wir gelernt, dass Heizen mit Strom recht teuer und ineffizient ist. Wie sieht das bei den Heizstäben von Wärmepumpen aus?

Klar ist, dass der Heizstab eine Einheit Strom in eine Einheit Wärme verwandet. Eine Wärmepumpe hingegen kann eine Einheit Strom und drei oder vier Einheiten Wärme verwandeln. Die Effizienz von Heizstäben ist demnach wesentlich geringer. Kommen sie häufig zum Einsatz, ist das schlecht für Ökologie und Ökonomie. Sie werden es auf jeden Fall deutlich in Ihrem Portemonnaie merken.

In der Praxis sieht es jedoch so aus, dass die Heizstäbe sehr viel seltener zum Einsatz kommen, als man annehmen könnte. Die Messungen der Fraunhofer-ISE haben ergeben, dass der Anteil der von den Heizstäben benötigten Energie bei Luft-Wasser-Wärmepumpen im Mittel nur bei 2,8 Prozent, bei Erdreichwärmepumpen sogar nur bei 1,2 Prozent lag. In vielen Fällen mussten die Heizstäbe überhaupt nicht für die Wärmeproduktion verwendet werden. Selbst bei großer Kälte nicht.

Ökologie und Ökonomie von Wärmepumpen in Bestandsbauten?

Damit sich Wärmepumpen flächendeckend in Deutschland durchsetzen, muss neben dem ökologischen Vorteil auch die ökonomische Komponente stimmen. Nur wenn es sich für den Hausbesitzer finanziell lohnt, wird er bereits sein, in die Technik zu investieren. Dabei sind neben den Investitionskosten auch die Betriebskosten zu betrachten.

Berechnungen und Beobachtungen des Fraunhofer-ISE haben ergeben, dass sich aus ökologischer Sicht eine Wärmepumpe in Kombination mit erneuerbaren Energien eigentlich immer lohnt. Anhand der untersuchten Altbauten mit Wärmepumpe konnten sie nachweisen, dass selbst Luftwärmepumpen mit dem schlechtesten Jahresergebnis und einer Effizienz von 2,5 eine CO2-Ersparnis von 33 Prozent gegenüber Gasheizungen hatten. Insgesamt sparen sie bereits jetzt die Hälfte des Treibhausgases ein.

Die Betrachtung der ökonomischen Sicht ist nicht so einfach, hier spielt es eine wesentliche Rolle, dass die Energiepreise derzeit Karussell fahren und keiner wirklich weiß, wie es letztlich ausgeht. Klar ist lediglich, dass die Investitionskosten bei Wärmepumpen höher als bei vergleichbaren Gas- oder Ölheizungen sind. Das kann sich ändern, sobald mehr Wärmepumpen-Systeme verkauft werden.

Was die Betriebskosten angeht, ist es mehr oder weniger ein Stochern im Nebel. So sind die vom Fraunhofer-ISE berechneten Kosten für Heizen mit Wärmepumpe oder Gas längst überholt. Wir möchten daher an dieser Stelle nicht darauf eingehen. Es steht aber zu vermuten, dass Heizen mit Gas in Zukunft zunehmend teurer als das Heizen mit Wärmepumpe. Bei den derzeitigen Gaspreisen ist es auf jeden Fall so, dass Wärmepumpen günstiger als Gasheizungen betrieben werden können – ganz gleich, wie effizient die Systeme arbeiten.

Die Zahlen und Forschungsergebnisse des Fraunhofer-ISE, die wir für diesen Beitrag verwenden, stammen aus einer interessanten Blogreihe von Dr. Marek Miara über Wärmepumpen im Bestand. Dort finden Sie noch wesentlich mehr Informationen zu diesem Thema. Interessant auch das Gespräch, das der Wissenschaftler des Fraunhofer-ISE mit dem Youtube-Kanal „erneuerbare tv“ über Wärmepumpen im Altbau geführt hat.

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Ein Beitrag von:

  • Dominik Hochwarth

    Content-Manager beim VDI-Verlag. Nach einem Bauingenieurstudium und einer Weiterbildung zum Online-Redakteur, Volontariat und 20 Jahren als Webtexter für eine Internetagentur und einen Onlineshop, landete er bei ingenieur.de. Er schreibt hauptsächlich über Technik und Forschung.

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