Wärmepumpe: Wirtschaftlichkeit und Kosten

Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe ist nicht neu. Jeder kennt den umgekehrten Prozess im eigenen Haushalt beim Kühlschrank. Im Inneren des Gerätes wird die Wärme entzogen und als Abwärme nach außen abgegeben.

Eine Wärmepumpe arbeitet genau entgegengesetzt: Sie entzieht einer äußeren Wärmequelle Energie, hebt sie auf ein höheres Temperaturniveau und gibt die Wärme an das Heizsystem ab. Als Wärmequelle genügt ein verhältnismäßig geringes Temperaturniveau. Die üblichen Wärmepumpen nutzen dafür die Außenluft, das Erdreich oder das Grundwasser.

Im ersten Schritt nimmt eine Flüssigkeit (Sole = Wasser mit Frostschutzmittel), die in der sogenannten Wärmequellenanlage zirkuliert, die Umweltwärme auf und leitet sie an den Verdampfer weiter. Wird die Außenluft als Wärmequelle genutzt, saugt ein Ventilator die Luft an und gibt sie an den Verdampfer ab.

Im Verdampfer erwärmt die zugeführte Wärme ein Kältemittel, bis es zu verdampfen beginnt. Dieser Dampf strömt durch einen strombetriebenen Kompressor, der das Kältemittel verdichtet. Dadurch erhöht sich der Druck und die Temperatur steigt.

Das Kältemittel wird im nächsten Schritt in einen Verflüssiger geleitet. Dort kondensiert es und überträgt die Wärme über einen Wärmetauscher an den Heizungskreislauf. Das abgekühlte Kältemittel strömt weiter durch ein Entspannungsventil, das den Druck und die Temperatur wieder auf den Anfangszustand reduziert. Damit kann der Prozess wieder von vorne beginnen. 

Die Effizienz der Heizleistung einer Wärmepumpe wird mit der Jahresarbeitszahl (JAZ) angegeben. Sie wird aus dem Verhältnis der eingesetzten elektrischen Energie zur abgegebenen Wärme errechnet. 

Mit einer JAZ von 4 erzeugt sie aus einer Kilowattstunde Strom vier Kilowattstunden Wärme, die meisten Wärmepumpen erreichen eine Jahresarbeitszahl zwischen 3 und 5. Je höher die JAZ liegt, desto wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. In der Praxis ist die erreichte Jahresarbeitszahl von verschiedenen Faktoren abhängig, dazu gehören eine gute Planung und handwerkliche Umsetzung. Neben der JAZ gibt es noch den COP-Wert (Coefficient of Performance), einen im Labor ermittelten Wert, der in den Datenblättern der Wärmepumpen angegeben wird und vor allem dem Vergleich verschiedener Modelle dient.

Welche Bauarten von Wärmepumpen gibt es?

Entsprechend der unterschiedlichen Wärmequellen und Heizungsarten stehen verschiedene Typen von Wärmepumpen zur Auswahl:

Luft-Wasser-Wärmepumpe: Diese Bauart kommt am häufigsten zum Einsatz. Sie nutzt die in der Außenluft enthaltene Wärme und erzeugt daraus Heizenergie, die sie über einen wassergeführten Heizkreislauf an Heizflächen (Fußbodenheizung oder Heizkörper) abgibt. Ihre Jahresarbeitszahl liegt in Bestandsbauten bei ca. 3,0.

Sole-Wasser-Wärmepumpe: Bei dieser Bauart wird das Erdreich als Wärmequelle genutzt, entweder über einen flach im Boden verlegten Erdkollektor oder eine 40 bis 100 Meter tief im Boden versenkte Sonde. Die erzeugte Heizwärme gibt die Wärmepumpe an ein wassergeführtes Heizsystem ab. Die Jahresarbeitszahl beträgt ca. 4,1.

Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Diese Wärmepumpe nutzt die im Grundwasser enthaltene Wärme. Sie benötigt eine Tiefbohrung für die Entnahme des Wassers und eine für die Rückleitung. Die Heizwärme wird ebenfalls an ein wassergeführtes System abgegeben. Die Jahresarbeitszahl beträgt ca. 5,0.

Luft-Luft-Wärmepumpe: Diese Art der Wärmepumpe kommt vor allem als Klimaanlage zum Einsatz, sie kann aber auch als Heizung genutzt werden. Ihre Funktion unterscheidet sich von den anderen Bauarten, da sie keinen Kältemittelkreislauf hat und eher ein Lüftungssystem darstellt. Sie saugt die Außenluft an und erwärmt sie über einen Wärmetauscher, eventuell ergänzt durch einen Nacherhitzer. Die erwärmte Luft gibt sie über das Lüftungssystem ab. Die Jahresarbeitszahl liegt bei ca. 2,5 bis 3,0.

Was kosten die verschiedenen Wärmepumpen?

Bei den Kosten für die Wärmepumpen muss neben der Anlage und der Installation noch mit Ausgaben für die Erschließung der Wärmequelle gerechnet werden. Daher hängen die notwendigen Kosten von der Bauart und der gewählten Wärmequelle ab.  

Mit folgenden Investitionskosten, inklusive Anschluss der Wärmequelle und Installation, muss gerechnet werden (Quelle: CO2online):

Die Preise variieren je nach Region und aktueller Nachfrage. Daher ist es sinnvoll, mehrere Angebote einzuholen, um die Kosten besser vergleichen zu können.

Für den Klimaschutz im Gebäudesektor spielen Wärmepumpen eine wichtige Rolle. Sie bieten ein großes Potenzial zur Reduzierung der CO2-Emissionen aus dem Betrieb der Heizungen. Daher fördert der Staat den Einbau von Wärmepumpen in bestehenden Gebäuden. Durch den Druck, sich unabhängig vom Import fossiler Energieträger zu machen und Emissionen zu reduzieren, können sich die Förderkonditionen künftig noch verbessern.

Aktuell (27.06.2023) gilt für den Einbau einer neuen Wärmepumpe die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) mit dem Teilprogramm Einzelmaßnahmen (BEG EM). Gebäudeeigentümer können beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) einen attraktiven Zuschuss beantragen.

Dieser beträgt standardmäßig 25 Prozent der förderfähigen Kosten. Der Zuschuss erhöht sich

• um 10 Prozent beim Austausch einer funktionstüchtigen Öl-, Kohle-, Gas- oder Nachtspeicherheizung,
• um weitere 5 Prozent, wenn Eigentümer Erdreich, Grundwasser oder Abwasser als Wärmequelle oder eine Wärmepumpe mit einem natürlichen Kältemittel nutzen möchten.

Ist beispielsweise ein Austausch einer funktionierenden Ölheizung oder einer mindestens 20 Jahre alten Gasheizung geplant, beträgt der Zuschuss 35 Prozent.

Wenn dabei Grundwasser oder Erdreich als Wärmequelle genutzt werden sollen oder die Wärmepumpe mit einem natürlichen Kältemittel betrieben wird, erhöht sich der Zuschuss auf 40 Prozent.

Der maximale Fördersatz beträgt 40 Prozent der förderfähigen Kosten. Diese dürfen maximal 60.000 Euro betragen. Die Förderung summiert sich somit auf maximal 24.000 Euro.

Förderfähig sind die Kosten für

• Anschaffung und Installation der Wärmepumpe, inklusive Netzanschluss
• Erschließung und Anbindung der Wärmequelle
• Notwendige Arbeiten, wie Fundament oder Unterkonstruktion
• Leitungen zum Anschluss des Wärmeerzeugers bis zur Wärmeverteilung
• Inbetriebnahme, Einregulierung und Einweisung

Um förderfähig zu sein, müssen Wärmepumpen Anforderungen an die Effizienz einhalten. Das BAFA hat eine Liste der förderfähigen Wärmepumpen erstellt. Ist das gewünschte Produkt nicht auf der Liste enthalten, müssen die technischen Mindestanforderungen der Förderrichtlinie nachgewiesen werden.

Die Betriebskosten der Wärmepumpen sind deutlich niedriger als bei Heizungen, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten. Der größte Kostenfaktor ist der elektrische Strom für den Antrieb. 

Wer den Wärmebedarf seines Hauses kennt, kann daraus den Strombedarf einer Wärmepumpe berechnen:

• Strombedarf der WP in kWh = Wärmebedarf in kWh / JAZ

Wer bislang eine Öl- oder Gasheizung hat, kann den Wärmebedarf einfach ermitteln:

• Bei Gasheizungen steht der Verbrauch in kWh auf der Rechnung. 
• Bei Ölheizungen ist der Verbrauch in Litern bekannt, dieser muss mit dem Faktor 10 multipliziert werden, um den Wärmebedarf zu erhalten.

Daraus kann man nun die Stromkosten errechnen:

• Stromkosten der WP in Euro = Strombedarf in kWh x Strompreis in kWh/Euro

Je nach Wärmebedarf, Bauart der Wärmepumpe und gewähltem Stromtarif müssen Eigentümer mit Kosten von 500 bis 3.000 Euro im Jahr rechnen.

Ein Vergleich der Tarife verschiedener Anbieter für Wärmepumpenstrom kann sich lohnen und die Betriebskosten deutlich reduzieren. 

Wer eine eigene PV-Anlage hat, kann den Solarstrom für die Heizung nutzen und somit die Betriebskosten senken. Dieser Strom ist deutlich günstiger als Strom aus dem Netz, unabhängig vom gewählten Anbieter. In diesem Fall ist ein Pufferspeicher zur Speicherung der Wärme sinnvoll. Er kann Wärme zwischenspeichern, wenn die Solaranlage Strom liefert und das Haus keine Wärme benötigt.

Hinzu kommen noch Kosten für die Wartung der Wärmepumpe. Für die Kontrolle des Kältemittelkreislaufs, der Filter und mechanischen Teile muss mit ca. 50 bis 100 Euro im Jahr gerechnet werden.

Die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe ist von vielen Randbedingungen abhängig und kann hier nur als Beispiel dargestellt werden. 

In diesem Beispiel rechnen wir mit einer Erdwärmepumpe mit einem flach verlegten Erdkollektor. Hierfür fallen Kosten von 20.000 Euro an. Die Förderung beträgt 30 Prozent (6.000 Euro) durch die Nutzung des Erdreichs als Wärmequelle. Übrig bleiben Investitionskosten von 14.000 Euro. 

Die Haltbarkeit der Wärmepumpen wird mit 15 bis 20 Jahren angegeben, bei guter Wartung auch länger. Auf 15 Jahre gerechnet ergeben sich Kapitalkosten von 933 Euro pro Jahr.

Bei einem Altbau mit einem Wärmebedarf von 25.000 kWh und einer angenommenen Jahresarbeitszahl von 4 kommen wir auf einen jährlichen Strombedarf von 6.250 kWh für die Wärmepumpe. 

Beträgt der Strompreis 0,40 Euro pro Kilowattstunde (kWh), dann ergeben sich Kosten von 2.500 Euro pro Jahr. Wer Solarstrom vom eigenen Dach nutzen kann, hat die Möglichkeit, die Betriebskosten der Wärmepumpe zu reduzieren.

Für die Wartung von Wärmepumpen werden in der Regel 50 bis 100 Euro im Jahr angegeben. 

Damit belaufen sich in diesem Beispiel die jährlichen Kosten auf 3.533 Euro.

Bei neuen Gebäuden ist es verhältnismäßig einfach, den Einbau einer Wärmepumpe für die Heizung zu planen. Neubauten werden in der Regel so konzipiert, dass sie einen geringen Energiebedarf haben. Deshalb genügen geringe Vorlauftemperaturen zum Beispiel für Flächenheizungen. Das hat große Vorteile für die Effizienz der Wärmepumpen, denn bei geringeren Temperaturdifferenzen zwischen der Wärmequelle und dem Vorlauf im Heizkreis haben sie einen höheren Wirkungsgrad.

Bei Bestandsbauten ist es hingegen schwieriger, pauschale Aussagen zu treffen, ob der Betrieb einer Wärmepumpe ohne vorherige Sanierung sinnvoll ist. Im Altbau ist die Effizienz der Wärmepumpe vom Dämmstandard oder Wärmebedarf des Gebäudes und den vorhandenen Heizflächen abhängig. 

Heizkörper wurden früher in der Regel überdimensioniert, damit ein Raum sicher warm wird. Daher werden sie auch bei geringeren Vorlauftemperaturen warm. Das kann heute den Einsatz einer Wärmepumpe im Bestand erleichtern. Hilfreich ist es auch, einen hydraulischen Abgleich durchzuführen und die Heizkurve bedarfsgerecht einzustellen, bzw. einen Fachhandwerker für diese Aufgaben zu beauftragen.

Wer sicher sein möchte, ob eine Wärmepumpe auch im Bestandsgebäude für ausreichend Wärme sorgen wird, kann einen Praxistest durchführen, den die Energieberatung der Verbraucherzentrale empfiehlt. Dazu begrenzt man an einem kalten Wintertag die Vorlauftemperatur der Heizung auf 55 Grad und stellt alle Thermostatventile auf die Stufe “3”. Werden alle Räume ausreichend warm, kann eine Wärmepumpe ohne Probleme zum Einsatz kommen. Bleiben einzelne Räume kalt, reicht es vermutlich, in diesen Räumen größere Heizkörper einzubauen. Nur wenn alle Räume nicht ausreichend warm werden, ist eine energetische Sanierung des Gebäudes mit Dämmung und neuen Fenstern vor dem Einbau einer Wärmepumpe notwendig. 

Gas- und Ölheizungen sind in der Anschaffung deutlich günstiger als Wärmepumpen. Dafür sind ihre jährlichen Betriebskosten höher.

Für eine neue Gasheizung muss mit einer Investition von 10.000 Euro gerechnet werden. Eine Förderung für Heizungen mit fossilen Energieträgern gibt es nicht mehr. Auf 15 Jahre gerechnet ergeben sich Kapitalkosten von 667 Euro pro Jahr.

Bei einem Wärmebedarf von 25.000 kWh, wie im obigen Beispiel mit der Wärmepumpe, und einem Gaspreis von 0,12 Euro pro kWh (Höhe der Gaspreisbremse, Stand 06.07.2023) fallen jährliche Kosten von 3.000 Euro an. Hinzu kommen noch Wartungskosten von 150 Euro und 40 Euro für den Schornsteinfeger.

Auf 15 Jahre gerechnet kostet eine Gasheizung nach dieser Rechnung jährlich 3.857 Euro. Zum Vergleich: In obigem Beispiel beliefen sich die jährlichen Kosten für die Wärmepumpe auf 3.533 Euro. Es ist jedoch davon auszugehen, dass der Gaspreis durch den weiteren Anstieg des CO2-Preises steigen wird und damit auch der Vergleich zwischen beiden Heizarten immer stärker zugunsten der Wärmepumpe ausfällt. 

Wärmepumpen können sowohl einen Neubau als auch ein Bestandsgebäude mit unterschiedlichen Wärmequellen heizen. Im Altbau können eventuell zusätzliche Sanierungsmaßnahmen zur Reduzierung des Wärmebedarfs notwendig werden.

Die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpen wird durch attraktive staatliche Förderangebote erhöht. Hinzu kommt eine hohe Effizienz im Betrieb, für die eine gute Beratung und Planung sowie handwerkliche Umsetzung notwendig sind. Besonders wirtschaftlich ist es, Solarstrom vom eigenen Dach für den Betrieb der Wärmepumpe zu nutzen - er reduziert die Kosten und Emissionen für die Heizung.