Eine Studie des Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP hat 37 über ganz Deutschland verteilte Modellprojekte einzeln im Rahmen eines wissenschaftlichen Begleitprogramms ausgewertet. Für fast alle Wärmepumpen-Anlagen zeigten sich große Verbesserungspotenziale sowohl im Laufe der ersten beiden Betriebsjahre als auch nach dem Ende der Messungen. Einige Systeme mussten sogar schon im ersten Messjahr komplett ersetzt werden. Es erfolgten zudem laufende Nachjustierungen bei den Betriebsparametern, beispielsweise in der Einstellung der Vorlauftemperaturen. Leider waren nicht für alle Anlagen wegen begrenzter Messdaten die Gründe der ineffizienten Betriebsweise im Detail analysierbar. Eine Reihe symptomatischer Ursachen konnten jedoch herausgearbeitet werden:
Studie: Wärmepumpe in Praxis weit weniger effizient
Nur wenige Anlagen erreichen lt. Fraunhofer IBP die Zielwerte des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz.
Trinkwarmwasser senkt Effizienz
Eine der Herausforderungen besteht darin, dass das Nutzen der Wärmepumpe zur Erwärmung des Trinkwassers höhere Systemtemperaturen erfordert. Dies bedeutet, dass die Wärmepumpe mit höheren Temperaturen arbeiten muss, um das Trinkwarmwasser auf die geforderte Temperatur zu bringen. So soll z.B. die Bildung von Legionellen in den Wasserleitungen vermieden werden. Dadurch steigt aber der Energiebedarf der Wärmepumpe und die Effizienz wird deutlich verringert.
Verluste durch Stand-by
Ein weiterer Nachteil ist der ganzjährige Betrieb heizungsrelevanter Anlagenteile, der zu erhöhten Stand-by-Verlusten führt. Dies bedeutet, dass die Wärmepumpe auch in Zeiten geringen Wärmebedarfs aktiv ist, was den Energieverbrauch erhöht und die Effizienz verringert. Eine sorgfältige Anpassung der Betriebsparameter und eine Optimierung der Regelstrategien können eventuell dazu beitragen, diese Stand-by-Verluste zu reduzieren.
Unzureichende Planung, Dokumentation und Optimierung
Des Weiteren können fehlende Optimierungen bei der Regelung oder eine unzureichende Dokumentation und mangelhafte Planung der Anlage zu ineffizientem Betrieb führen. Eine detaillierte Ausführungsplanung und die Dokumentation des hydraulischen Abgleichs sind daher entscheidend, um eine effiziente Nutzung der Wärmepumpe sicherzustellen. Leider werden in der Praxis diese Punkte gerne vernachlässigt.
Nutzerverhalten und Umgebungstemperaturen
Zusätzlich beeinflussen natürlich die Umgebungstemperaturen und das Nutzerverhalten die Effizienz der Wärmepumpe. Bei niedrigen Außentemperaturen muss die Wärmepumpe härter arbeiten, um die gewünschte Raumtemperatur aufrechtzuerhalten, was den Energieverbrauch erhöht. Die meisten Luft-Wärmepumpen haben deshalb einen eigenen elektrischen Heizstab, um bei kalten Wintertagen trotzdem heizen zu können. Nur leider wird dadurch sehr ineffizient geheizt, da man zur rein elektrischen Wärmeerzeugung noch zusätzlich Leitungs- und Verteilungsverluste hat. Eine angemessene Dämmung und Wärmeisolierung des Gebäudes kann dazu beitragen, diesen Effekt zu verringern.
Viele Wärmepumpen in Praxis NICHT gesetzeskonform
Nur wenige Anlagen, welche im Rahmen dieser Studie messtechnisch überwacht wurden, erreichten in der Praxis die Vorgaben des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz. Wasserwärmepumpen lagen im Mittel bei einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von nur 1,5. Die mittleren Werte der Erdwärmepumpe waren bei 2,5. Sowohl für Erdwärmepumpen als auch für Wasserwärmepumpen sieht das Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz aber eine JAZ von mindestens 3,8 vor. Luftwärmepumpen erreichten im Mittel eine JAZ von 2,2 und lagen damit ebenfalls unter der gesetzlich geforderten JAZ von 3,3.
Um den effizienten Betrieb sicherzustellen, müssen lt. Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP zahlreiche Faktoren penibel berücksichtigt werden, wie die Anpassung der Betriebsparameter, die Optimierung der Regelstrategien, die genaue Abstimmung der geplanten Temperaturen und dem tatsächlichen Bedarf sowie die Dokumentation und Schulung der ausführenden Fachleute. Nur durch diese Maßnahmen kann die Wärmepumpe zuverlässig und effizient arbeiten. Des Weiteren erachtet das Fraunhofer-Institut für Bauphysik IBP ein Monitoringkonzept zur Überprüfung und Optimierung laufender Systeme und das Einführen einer Performance-Garantie für das Gesamtsystem durch die Hersteller als anstrebenswert.
Aktualisierung: Neue Studie des Fraunhofer ISE in 2020
Die Fraunhofer-Studie 2020 zu Wärmepumpen in Bestandsgebäuden zeigt im Vergleich zur Studie von 2017 auf den ersten Blick verbesserte Ergebnisse, weist jedoch bedeutende methodische Schwächen auf:
- Die ermittelte Jahresarbeitszahl (JAZ) wurde in 2020 anders definiert, wichtige Verluste wurden nicht berücksichtigt, Das führt zu einer anfänglich höheren JAZ. Nach Korrekturen fällt die JAZ (Luftwärmepumpe) auf 2,1 und liegt damit unter dem Wert von 2017 (2,2).
- Wetterdaten der 2020er-Studie waren nicht normiert, der Winter war deutlich milder, was die Ergebnisse positiv beeinflusste.
- Hybrid-Systeme wurden in die Berechnungen einbezogen, was die Ergebnisse zusätzlich verzerrte.
- Gebäude mit nahezu Neubaustandard dominierten die 2020er-Stichprobe, während 2017 ältere Bestandsbauten untersucht wurden.
Die Studie, teils von Wärmepumpenherstellern finanziert, zeigt, dass die reale Effizienz der Wärmepumpen (JAZ 2,1) deutlich hinter den Herstellerangaben liegt und ihre ökologische Bilanz (CO2-Emissionen) und Wirtschaftlichkeit daher schlechter sind als erwartet.
Mehr Informationen zur Wärmepumpe finden Sie in unserem Vergleich Infrarot vs. Wärmepumpen
