15.02.2010 - Ausgabe 1/2010 - von
Experten sind sich einig, dass die Industriestaaten angewiesen sind, den Energieverbrauch massiv zurückzufahren – die Reduktion des Wärmeaufkommens für die Hauswärme bietet ein großes Potential. wia präsentiert zwei Studien zur Wärmepumpe.
Zur Beschreibung der Energieeffizienz von Wärmepumpen wird die Arbeitszahl oder Jahresarbeitszahl herangezogen. Die Jahresarbeitszahl ist der Quotient aus Wärmeabgabe und aufgenommener elektrischer Energie bei Betrieb über ein ganzes Jahr bzw. über die Heizperiode. Auch wenn in dieser Definition nicht alle Nebenverbräuche, wie zum Beispiel der Aufwand für die Verteilenergie für Ventilatoren oder Umwälzpumpen, die Abtauvorrichtungen zum Beispiel für Heizstäbe oder die Soleumwälzpumpen enthalten sind, so ist die Arbeitszahl doch eine relevante Kennzahl, auf deren Basis ein genereller Vergleich mit anderen Heizsystemen möglich ist.
Ein Umstand, den sich gleich zwei Studien zu Nutze gemacht haben: Einerseits die Studie „Energiewirtschaftliche Bewertung der Wärmepumpe in der Gebäudeheizung“ der Abteilung Energiewirtschaft und Anwendungstechnik der TU München und andererseits die Studie Vergleich und Bewertung der ökologischen, energetischen und ökonomischen Performance des Heizsystems Wärmepumpe mit fossilen Energieträgern und Pellets Heizsystemen des Linzer Energieinstituts.
Untersuchungsbereich. In der Studie der TU München werden der Primärenergieeinsatz und die CO2-Emissionen von Wärmepumpen mit Gas- und Öl-Brennwertheizungen und älteren Ölkesseln, jeweils für den Strommix von 2008 verglichen. Grundlage für den Vergleich ist dabei die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe. Außerdem errechnet die Studie auch die Werte für das Jahr 2030 bzw. stellt dar, welche Auswirkungen eine weitere Zunahme an Wärmepumpen auf den Kraftwerksbau hat.
Im Fokus des Linzer Energieinstitutes wiederum stehen die Vermeidungskosten hinsichtlich CO2, Staub, Schwefel- und Stickstoffdioxid sowie flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan bei Neubauten und sanierten Altbauten hinsichtlich der Verbrauchsparameter Raumwärme und Warmwasser.
Klare Energieersparnis. Die Studie der TU München kommt zu dem Ergebnis, dass bereits mit dem derzeitigen Strommix eine Wärmepumpe im Vergleich zu einem hocheffizienten Gas-Brennwertkessel ab einer Jahresarbeitszahl von 2,2 Primärenergie einspart. Ab einer Jahresarbeitzahl von 4,5 benötigt die Wärmepumpe sogar nur mehr die Hälfte der Energie, die ein Gas-Brennwertkessel benötigt. Außerdem reduziert die Wärmepumpe die Abhängigkeit von einem einzelnen Energieträger – und damit die Abhängigkeit von spezifischen Energieimporten, so die Münchner Forscher.
Geringere Kosten. Die Linzer Wissenschaftler erstellten unabhängig von den Kollegen in München in ihrer Arbeit unter anderem eine ökonomische Bewertung der jährlichen Gesamtkosten diverser Wärmepumpensysteme im Vergleich zu anderen geläufigen Heizsystemen wobei in die Untersuchung die Investitionskosten, die Betriebskosten und die Verbrauchskosten eingeflossen waren.
Wenig überraschend korrespondiert das Ergebnis der Linzer bezüglich der Gesamtkosten der Systeme Erdreich/Wasser-Wärmepumpe mit der Reduktion des Energieaufwandes, was bedeutet, dass diese beiden Systeme in einer Gesamtbetrachtung günstiger sind, als beispielsweise Heizsysteme, die mit Erdgas, Pellets oder Heizöl betrieben werden. Einzig im sanierten Altbau kommt eine mit Erdgas betriebene Anlage günstiger.
Überraschend jedoch stellen die Linzer fest, dass eine Luft/Wasser Wärmepumpe bezüglich ihrer Gesamtkosten deutlich von den anderen Wärmepumpen-Systemen ausschert und speziell im sanierten Altbau bezüglich der anfallenden Gesamtkosten nicht konkurrenzfähig ist. Im Neubau ist eine Luft/Wasser Wärmepumpe zwar günstiger als eine Öl- oder Pelletsheizung, verursacht aber deutlich mehr Kosten als eine Erdgasanlage oder eine Erdreich/Wasser-Wärmepumpe.
Weniger Schadstoffe. Bei den CO2 Emissionen zeigt sich, so die Studie der TU München, dass bereits 2008 eine Wärmepumpe ab einer Jahresarbeitszahl von mehr als 2,0 geringere CO2-Emissionen im Vergleich zum effizientesten Referenzsystem, einem Gas-Brennwertkessel, aufweist – bei einer Jahresarbeitszahl von 4,0 sinken die CO2-Emissionen sogar um 50 Prozent. Generell weisen Wärmepumpensysteme mindestens eine Jahresarbeitszahl von 3,0 auf, da sie sonst als nicht effizient gelten.
In der Studie der Linzer Forscher wurde das Untersuchungsfeld deutlich ausgeweitet, und es wurden nicht nur die CO2 Emissionen erhoben, sondern auch die Emissionen von Staub, Schwefel- und Stickstoffdioxid sowie flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan ermittelt, wobei die Linzer zum Schluss kommen, dass Wärmepumpen bei der Betrachtung der Parameter Raumwärme und Warmwasser insgesamt die saubersten Wärmeenergieerzeuger sind. Lediglich im Bereich der CO2 Emissionen der Wärmepumpen werden die CO2 Werte von Pelletsheizungen unterschritten. Die Pelletsheizung liegt jedoch in allem anderen Bereichen deutlich über der Wärmepumpe. In die Betrachtung der Linzer Forscher flossen neben der Quantifizierung der Schadstoffemissionen auch sämtliche vorgelagerte Prozesse der Energieträger ein.
Zukunftstechnologie. Noch deutlich günstiger als auf Basis der gegenwärtigen Zahlen fällt der Vergleich der Studie der TU München für die Zukunft der Wärmepumpe aus. 2030 werden Wärmepumpen bereits ab einer Jahresarbeitszahl von 1,8 besser als die effizientesten fossilen Heizsysteme abschließen, was einer schleichenden Energierevolution gleich kommt. Sofern eine Jahresarbeitszahl von 3,5 erreicht wird, werden sogar 50 Prozent Primärenergie eingespart werden können, so die Münchner Forscher.
Für Deutschland, dem Untersuchungsgebiet der Studie, ergibt sich somit, dass bei einem prognostizierten Zuwachs von einer Million zusätzlichen Wärmepumpen-Heizungsanlagen bis ins Jahr 2030 im Vergleich zu Gas-Brennwert-Anlagen letztlich pro Jahr 9,49 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Primärenergie eingespart werden können.
2030, so die Studie weiter, wird eine Wärmepumpe bereits ab einer Jahresarbeitszahl von 3,6 die Marke von 100 Gramm CO2/kWh Wärme unterschreiten – das sind lediglich ein Drittel der Emissionen eines Öl-Brennwertkessels oder 40 Prozent eines Gas-Brennwertgeräts. Insgesamt werden die prognostizierten zusätzlichen Wärmepumpen in Deutschland im Jahr 2030 im Vergleich zu Gas-Brennwertheizungen jährlich 2,3 Millionen Tonnen CO2 einsparen.
Keine Zusatzbelastung. Darüber hinaus wurde in der Studie untersucht, ob die Auswirkungen des Zuwachses von einer Million Wärmepumpen bis 2030 Auswirkungen auf den Kraftwerkspark in Deutschland haben. Dabei kommen die Wissenschaftler zu dem Ergebnis, dass für eine Million zusätzlicher Wärmepumpen ein vergleichsweise geringer Prozentsatz an zusätzlichem Strom erforderlich ist. Das Ausmaß des zusätzlich benötigten Stroms umfasst lediglich 0,7 Prozent des Nettostromverbrauchs von 2006. Selbst an den kältesten Tagen, so die Studie, würden alle Wärmepumpen zusammen nur eine mittlere Leistung von 1,3 Gigawatt oder 1,3 Millionen kW verbrauchen – zum Vergleich: Die Windkraftwerke in der Bundesrepublik Deutschland produzieren eine Leistung von 24 GW pro Jahr.
Ein Umstand, den sich gleich zwei Studien zu Nutze gemacht haben: Einerseits die Studie „Energiewirtschaftliche Bewertung der Wärmepumpe in der Gebäudeheizung“ der Abteilung Energiewirtschaft und Anwendungstechnik der TU München und andererseits die Studie Vergleich und Bewertung der ökologischen, energetischen und ökonomischen Performance des Heizsystems Wärmepumpe mit fossilen Energieträgern und Pellets Heizsystemen des Linzer Energieinstituts.
Untersuchungsbereich. In der Studie der TU München werden der Primärenergieeinsatz und die CO2-Emissionen von Wärmepumpen mit Gas- und Öl-Brennwertheizungen und älteren Ölkesseln, jeweils für den Strommix von 2008 verglichen. Grundlage für den Vergleich ist dabei die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe. Außerdem errechnet die Studie auch die Werte für das Jahr 2030 bzw. stellt dar, welche Auswirkungen eine weitere Zunahme an Wärmepumpen auf den Kraftwerksbau hat.
Im Fokus des Linzer Energieinstitutes wiederum stehen die Vermeidungskosten hinsichtlich CO2, Staub, Schwefel- und Stickstoffdioxid sowie flüchtiger organischer Verbindungen ohne Methan bei Neubauten und sanierten Altbauten hinsichtlich der Verbrauchsparameter Raumwärme und Warmwasser.
Klare Energieersparnis. Die Studie der TU München kommt zu dem Ergebnis, dass bereits mit dem derzeitigen Strommix eine Wärmepumpe im Vergleich zu einem hocheffizienten Gas-Brennwertkessel ab einer Jahresarbeitszahl von 2,2 Primärenergie einspart. Ab einer Jahresarbeitzahl von 4,5 benötigt die Wärmepumpe sogar nur mehr die Hälfte der Energie, die ein Gas-Brennwertkessel benötigt. Außerdem reduziert die Wärmepumpe die Abhängigkeit von einem einzelnen Energieträger – und damit die Abhängigkeit von spezifischen Energieimporten, so die Münchner Forscher.
Geringere Kosten. Die Linzer Wissenschaftler erstellten unabhängig von den Kollegen in München in ihrer Arbeit unter anderem eine ökonomische Bewertung der jährlichen Gesamtkosten diverser Wärmepumpensysteme im Vergleich zu anderen geläufigen Heizsystemen wobei in die Untersuchung die Investitionskosten, die Betriebskosten und die Verbrauchskosten eingeflossen waren.
Wenig überraschend korrespondiert das Ergebnis der Linzer bezüglich der Gesamtkosten der Systeme Erdreich/Wasser-Wärmepumpe mit der Reduktion des Energieaufwandes, was bedeutet, dass diese beiden Systeme in einer Gesamtbetrachtung günstiger sind, als beispielsweise Heizsysteme, die mit Erdgas, Pellets oder Heizöl betrieben werden. Einzig im sanierten Altbau kommt eine mit Erdgas betriebene Anlage günstiger.
Überraschend jedoch stellen die Linzer fest, dass eine Luft/Wasser Wärmepumpe bezüglich ihrer Gesamtkosten deutlich von den anderen Wärmepumpen-Systemen ausschert und speziell im sanierten Altbau bezüglich der anfallenden Gesamtkosten nicht konkurrenzfähig ist. Im Neubau ist eine Luft/Wasser Wärmepumpe zwar günstiger als eine Öl- oder Pelletsheizung, verursacht aber deutlich mehr Kosten als eine Erdgasanlage oder eine Erdreich/Wasser-Wärmepumpe.
Weniger Schadstoffe. Bei den CO2 Emissionen zeigt sich, so die Studie der TU München, dass bereits 2008 eine Wärmepumpe ab einer Jahresarbeitszahl von mehr als 2,0 geringere CO2-Emissionen im Vergleich zum effizientesten Referenzsystem, einem Gas-Brennwertkessel, aufweist – bei einer Jahresarbeitszahl von 4,0 sinken die CO2-Emissionen sogar um 50 Prozent. Generell weisen Wärmepumpensysteme mindestens eine Jahresarbeitszahl von 3,0 auf, da sie sonst als nicht effizient gelten.
In der Studie der Linzer Forscher wurde das Untersuchungsfeld deutlich ausgeweitet, und es wurden nicht nur die CO2 Emissionen erhoben, sondern auch die Emissionen von Staub, Schwefel- und Stickstoffdioxid sowie flüchtigen organischen Verbindungen ohne Methan ermittelt, wobei die Linzer zum Schluss kommen, dass Wärmepumpen bei der Betrachtung der Parameter Raumwärme und Warmwasser insgesamt die saubersten Wärmeenergieerzeuger sind. Lediglich im Bereich der CO2 Emissionen der Wärmepumpen werden die CO2 Werte von Pelletsheizungen unterschritten. Die Pelletsheizung liegt jedoch in allem anderen Bereichen deutlich über der Wärmepumpe. In die Betrachtung der Linzer Forscher flossen neben der Quantifizierung der Schadstoffemissionen auch sämtliche vorgelagerte Prozesse der Energieträger ein.
Zukunftstechnologie. Noch deutlich günstiger als auf Basis der gegenwärtigen Zahlen fällt der Vergleich der Studie der TU München für die Zukunft der Wärmepumpe aus. 2030 werden Wärmepumpen bereits ab einer Jahresarbeitszahl von 1,8 besser als die effizientesten fossilen Heizsysteme abschließen, was einer schleichenden Energierevolution gleich kommt. Sofern eine Jahresarbeitszahl von 3,5 erreicht wird, werden sogar 50 Prozent Primärenergie eingespart werden können, so die Münchner Forscher.
Für Deutschland, dem Untersuchungsgebiet der Studie, ergibt sich somit, dass bei einem prognostizierten Zuwachs von einer Million zusätzlichen Wärmepumpen-Heizungsanlagen bis ins Jahr 2030 im Vergleich zu Gas-Brennwert-Anlagen letztlich pro Jahr 9,49 Milliarden Kilowattstunden (kWh) Primärenergie eingespart werden können.
2030, so die Studie weiter, wird eine Wärmepumpe bereits ab einer Jahresarbeitszahl von 3,6 die Marke von 100 Gramm CO2/kWh Wärme unterschreiten – das sind lediglich ein Drittel der Emissionen eines Öl-Brennwertkessels oder 40 Prozent eines Gas-Brennwertgeräts. Insgesamt werden die prognostizierten zusätzlichen Wärmepumpen in Deutschland im Jahr 2030 im Vergleich zu Gas-Brennwertheizungen jährlich 2,3 Millionen Tonnen CO2 einsparen.
Keine Zusatzbelastung. Darüber hinaus wurde in der Studie untersucht, ob die Auswirkungen des Zuwachses von einer Million Wärmepumpen bis 2030 Auswirkungen auf den Kraftwerkspark in Deutschland haben. Dabei kommen die Wissenschaftler zu dem Ergebnis, dass für eine Million zusätzlicher Wärmepumpen ein vergleichsweise geringer Prozentsatz an zusätzlichem Strom erforderlich ist. Das Ausmaß des zusätzlich benötigten Stroms umfasst lediglich 0,7 Prozent des Nettostromverbrauchs von 2006. Selbst an den kältesten Tagen, so die Studie, würden alle Wärmepumpen zusammen nur eine mittlere Leistung von 1,3 Gigawatt oder 1,3 Millionen kW verbrauchen – zum Vergleich: Die Windkraftwerke in der Bundesrepublik Deutschland produzieren eine Leistung von 24 GW pro Jahr.
