Wärmepumpen im Vergleich

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Bewertung von Wärmepumpen. Die Leistungszahl einer Wärmepumpe ermöglicht den Vergleich verschiedener Wärmepumpen unterschiedlicher Hersteller untereinander. Will man Wärmepumpen mit anderen Wärmeerzeugern vergleichen, so wird die Sache ungleich komplexer. Wie verhält sich eine Wärmepumpe zum Beispiel im Vergleich zu einer modernen Gas-Brennwerttherme?


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 wurde der Primärenergieaufwand, der zur Raumheizung und Brauchwassererwärmung nötig ist, und die daraus resultierende Treibhausgasemissionen verglichen.

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

In der oberen Abbildung 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.

Deutlich weniger Co2

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%.

Allerdings zeigt sich auch, dass bei Wärmepumpen mit sehr geringen Jahresarbeitszahlen – je nach Effizienz des Vergleichssystems – nur geringe oder keine Einsparungen mehr erreicht werden können. Es gibt also auch bei Wärmepumpen deutliche Unterschiede.

Die Treibhausgase, die durch den Endenergiebedarf einer Wärmepumpe und eines Brennwertkessels erzeugt werden, sind ebenfalls in der Grafik dargestellt. Es zeigen sich ähnliche Einsparpotenziale für die Treibhausgasemissionen bei der Wärmebereitstellung mit Wärmepumpen gegenüber Gas-Brennwertkesseln wie für die Primärenergie.

So erreichen 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.

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

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Leistungszahlen von Wärmepumpen im Nenn-Normbetriebspunkt nach EN 14511 © FhG-ISE

Zu berücksichtigen: Kältemittelverluste

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.

Standardisierung sorgt für Sicherheit

Druck
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).

Nur Mindestwerte bekommen Fördergelder

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.

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Leistungszahl 4 bei einer Wärmepumpe bedeutet: für 1 kW gekaufte Energie erhalte ich 4 kW zu verbrauchende Wärmeenergie.

Zur Einordnung von Arbeitszahlangaben sollten neben den Bilanzgrenzen und Bilanzzeiträumen die Art der Wärmequelle, das Einsatzgebiet (z. B. Gebäudestandard, Heizungssystem, Verhältnis Heizungsbedarf zu Brauchwarmwasserbedarf) 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.

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Comments

  1. carsten fangerau says:

    Was bringt die neue Energie wenn man sich das eh nicht mehr leisten kann da die stromversorger die preise dauernd anheben bald kann sich den Strom nur noch mittelständische und reiche leisten ist leider so

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