Wie effizient laufen Wärmepumpen? EnergieSchweiz schaut hin

Jedes Jahr werden rund 20’000 Wärmepumpen in der Schweiz verkauft, und diese Zahl wird in Zukunft weiter zunehmen. Wärmepumpen nutzen zum Heizen viel erneuerbare Wärme aus der Umgebungsluft, aus Erdwärmesonden, Grundwasser oder Oberflächengewässer. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zur CO₂-Emissionsreduktion im Gebäudepark und zu den nationalen Klimazielen.

2018 wurde noch immer mehr Strom für Elektroheizungen als für Wärmepumpen eingesetzt, d.h. dass der Zubau von Wärmepumpen-Anlagen bei gleichzeitigem Ersatz der Elektroheizungen vorerst ohne Erhöhung der Stromnachfrage erfolgen kann. Damit das Bundesamt für Energie die Grundlagen für energiepolitische Entscheide hat, schaut EnergieSchweiz ganz genau hin und zwar mittels sogenannter Feldmessungen. Diese werden über einen längeren Zeitraum gemacht, in dem die Anlage im Normalbetrieb läuft.

Zwischen 2015-2019 wurden auf diese Weise 15 Wärmepumpen-Anlagen detailliert vermessen. Und zwar so gut, dass wir nicht einfach Kennzahlen vergleichen, sondern mitbewerten, welche Arbeitsanforderungen die einzelne Anlage erbracht hat. Ganz wichtig dabei ist der zu überwindende Temperaturhub. So hat die Wärmepumpe in einem gut gedämmten Gebäude mit vielen Bewohnern und hohem Warmwasserbedarf unter Umständen eine schlechtere Effizienz, als ein mittelmässiges Gebäude, in dem eine sparsame Einzelperson wohnt. Zudem liefern die Feldmessungen wichtige Hinweise auf das noch verbleibende Effizienzpotenzial heutiger Anlagen. Dazu werden die eingestellten Parameter nach mindestens einem Messjahr einjustiert und die Effizienzverbesserung gemessen. Technikinteressierte Leserinnen und Leser finden den Schlussbericht Feldmessungen zur ersten Messreihe 2015-2019 hier publiziert. Die Messungen wurden zwischenzeitlich neu ausgeschrieben und laufen 2020 weiter (Feldmessungen 2019-2024). Neu sollen Mehrfamilienhäuser mitaufgenommen werden.

Die Innerstaatliche Hochschule für Technik Buchs (NTB), die auch das Wärmepumpentestzentrum betreibt, führt die Feldmessungen im Auftrag von EnergieSchweiz durch. Auf Basis ihrer Erfahrung aus diversen, auch internationalen Projekten hat die NTB die mögliche Entwicklung von Wärmepumpen-Anlagen bis 2050 skizziert. Die nachfolgende Tabelle zeigt sowohl die heutige mittlere Effizienz von Heizungswärmepumpen, als auch die zukünftige Entwicklung, wenn die wirtschaftlichen/politischen Rahmenbedingungen so gelegt werden, dass die Industrie die Technologie weiterentwickelt. Damit sollte zukünftig 65% des thermodynamischen Limits erreicht werden, was einer markanten Steigerung der Effizienz gegenüber heute entspricht.

Die Tabelle zeigt die Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen unterteilt für den Heizbetrieb und die Warmwassererwärmung. Dabei wird berücksichtigt, dass die Effizienz stark von der Vorlauftemperatur abhängt. Der Begriff maximale Vorlauftemperatur steht für die Temperatur im Heizungswasser ab Wärmepumpe. Eine Jahresarbeitszahl von 3 bedeutet, dass über das ganze Jahr hinweg mit jeder kWh Strom 3 kWh Wärme produziert wird. Bei einer Jahresarbeitszahl von 5 sind es 5 kWh Wärme pro kWh Strom.

Einfaches Rechenbeispiel:
Ein bestehendes Gebäude mit einem Energiebedarf für Heizen und Warmwasser von 120 kWh pro m2 und 150 m2 Energiebezugsfläche, einer Radiatorheizung mit 45°C und einem alten Ölkessel mit Wirkungsgrad von 85%, benötigt ca. 18 MWh Wärme (Nutzenergie) oder 2’100 Liter Heizöl pro Jahr (Endenergie). Dieses Haus emittiert jährlich ca. 5,6 Tonnen CO₂. Würde nun eine Luft/Wasser-Wärmepumpe diese Wärme liefern, dann würden für die nötigen 18 MWh Nutzenergie nur 5-6 MWh Strom bezogen werden. Und falls dieser Strom sogar erneuerbar ist, wie z.B. aus Wasserkraft, dann verursacht die Wärmepumpe gar keine CO₂ Emissionen mehr. Etwas effizienter schneidet eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonden ab. Sie benötigt für die 18 MWh nur noch rund 4 MWh Strom und sie kann im Sommer sogar für GeoCooling verwendet werden.

 

Heizen Sie noch mit fossilen Energieträgern oder mit einer Elektroheizung und möchten gerne wechseln auf ein System mit erneuerbaren Energieträgern? Alle Informationen dazu finden sie auf der Webseite www.erneuerbarheizen.ch.

Rita Kobler, BFE-Fachspezialistin erneuerbare Energien