Fraunhofer ISE : Wärmepumpen sind auch im Bestand klimafreundlich

Wärmepumpen heizen auch Bestandsgebäude effizient und klimafreundlich. Das belegt ein breites Forschungsprojekt des deutschen Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE), unter Beteiligung von zwei Energieversorgern und neun Wärmepumpenherstellern. Das Forschungsteam nahm dafür vier Jahre lang detaillierte Messungen an 77 Wärmepumpen in Ein- bis Dreifamilienhäusern vor. Das Ergebnis: Die Wärmepumpen erreichten Jahresarbeitszahlen von 2,6 bis 5,4. Die CO₂-Emissionen der Wärmepumpen – erstmals unter Berücksichtigung zeitvariabler Faktoren berechnet – lagen für das Jahr 2024 um 64 Prozent niedriger als jene von Erdgasheizungen. Das Forschungsteam führte zudem Langzeit-Schallmessungen durch und ermittelte, wie Photovoltaikanlagen in den Wärmepumpenbetrieb integriert werden können. 

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Wärmepumpen werden immer beliebter: Im ersten Halbjahr 2025 standen sie erstmals in der Geschichte des deutschen Heizungsmarkts an der Spitze der verkauften Heizungsanlagen. In Österreich ist das seit 2022 so. Im Neubau gilt die Wärmepumpe quasi als gesetzt; Zweifel, ob die Technologie auch für ältere Bestandsgebäude infrage kommt, gibt es aber noch immer. 

„Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Wärmepumpen auch in älteren Gebäuden effizient betrieben werden können und dass sie klimaschonend heizen, ohne dass die Gebäude auf Neubaustandard saniert werden müssen", betont Danny Günther, Teamleiter Wärmepumpen und Transformation Gebäudebestand am Fraunhofer ISE. Man habe aber auch Optimierungspotenziale aufgedeckt: Auf Basis der detaillierten Messdatenanalyse lasse sich nachvollziehen, welche Planungs- oder Installationsfehler besonders häufig auftreten und wo sich ineffizientes Betriebsverhalten zeigt, so Günther.

77 Wärmepumpenheizungsanlagen hat das Fraunhofer ISE für das Projekt unter realen Bedingungen analysiert. Im Vergleich zum im Jahr 2019 abgeschlossenen Projekt WPsmart im Bestand hat sich die Effizienz der Wärmepumpen verbessert. Luft/Wasser-Wärmepumpen erreichen im Durchschnitt eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von 3,4, im Projekt zuvor lag der Schnitt noch bei 3,1. Während die Luft/Wasser-Wärmepumpe mit der niedrigsten Effizienz auf eine JAZ von 2,6 kam, erreichte die mit der höchsten JAZ einen Wert von 4,9. Die im Schnitt effizienteren erdgekoppelten Anlagen wiesen eine mittlere JAZ von 4,3 auf (WPsmart im Bestand: 4,1). Die gesamte Bandbreite bei den Erdwärmepumpen reichte von 3,6 bis 5,4. 

⇨ Eine Korrelation zwischen Baujahr der Gebäude und Effizienz der Wärmepumpe konnte nicht festgestellt werden.

Die Untersuchung zeigte auch, dass die Form der Wärmeabgabe eine untergeordnete Rolle spielt. Ausreichend dimensionierte Heizkörper konnten im Mittel mit ähnlich niedrigen Temperaturen betrieben werden wie Flächenheizungen. Die Energieverbräuche der Elektroheizstäbe, die bei besonders niedrigen Temperaturen die Wärmepumpe unterstützen, spielten bei den vermessenen Anlagen eine untergeordnete Rolle, was auch mit den vergleichsweise milden Witterungsbedingungen in der vermessenen Periode zusammenhängt. Sie übernahmen bei den Luft/Wasser-Wärmepumpen lediglich 1,3 Prozent der elektrischen Arbeit, bei den Erdreichwärmepumpen lag der Anteil nahe null Prozent.

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Der effiziente Betrieb der Wärmepumpen hat zur Folge, dass sie im Vergleich zu Erdgasheizungen deutlich klimafreundlicher sind. Auf Grundlage des deutschen Strommix des vergangenen Jahres ergibt sich für den untersuchten Wärmepumpenpool eine errechnete CO₂-Vermeidung von 68 Prozent gegenüber Gasheizungen. Diese Bilanzierung auf Ebene der Jahreswerte berücksichtigt aber die unterjährige bzw. untertägige Varianz der Wärmepumpeneffizienz sowie der Beiträge einzelner Kraftwerkstypen zur Stromproduktion nicht.

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Die Studie hat daher nun erstmals auch die viertelstündlich berechneten Emissionswerte im deutschen Strommix berücksichtigt. Dadurch kann die Klimafreundlichkeit der Wärmepumpen präziser bewertet werden. Mit der dynamischen Bilanzierung sinkt die Einsparung, aber nur leicht. Im Jahr 2024 lag der CO₂-Ausstoß der untersuchten Wärmepumpen im Schnitt um 64 Prozent niedriger als bei Gasheizungen – vier Prozentpunkte weniger als bei der statischen Methode.

In dem Projekt haben die Forschenden zudem eine Methode zur Durchführung von Langzeit-Schallfeldmessungen an Luft/Wasser-Wärmepumpen entwickelt und an fünf zufällig gewählten Anlagen demonstriert:

• In zwei Gebäuden war der Umgebungslärm so dominant, dass die Wärmepumpen akustisch kaum ins Gewicht fielen und bei keiner der Wärmepumpen zurechenbare Grenzwertüberschreitungen feststellbar waren. 
• An den anderen drei Standorten korrelierte der Wärmepumpenbetrieb mit erhöhter Überschreitung der zulässigen Nachtimmissionen. Aber: Die Überschreitung lag konstant unterhalb des Umgebungslärms. 

Die Vorgaben der Vorgaben hätten durch Auswahl – mit Blick auf Schalleistungspegel – besserer Geräte, der Platzierung der Wärmepumpe oder gängiger Schallschutzmaßnahmen erfüllt werden können, so das Fazit des Forschungsteams.

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Zusätzlich analysierten die Forschenden die Kombination von Wärmepumpen mit Photovoltaikanlagen. Ein klassischer Ansatz zur Erhöhung des Eigenverbrauchs lokal erzeugten PV-Stroms ist die Anhebung von Solltemperaturen bei überschüssigem PV-Strom. Die Wärmepumpe vermehrt mit Solarstrom zu betreiben, kann vorteilhaft sein: Solarstrom ist günstiger als Strom aus dem Netz, auch bei Wärmepumpentarifen, Wärmepumpen lassen sich klimafreundlicher betreiben und das Verteilnetz zu bestimmten Zeiten entlasten.

Die Ergebnisse der Untersuchung von sechs Wärmepumpen/PV-Kombinationen: Ohne Batterie erreichen Gebäude mit einer PV-Anlage 25 bis 40 Prozent Autarkie und 22 bis 37 Prozent Eigenverbrauch. Mit Batterie verschieben sich diese Bereiche mit Werten für die Gebäude-Autarkie von 32 bis 62 Prozent und für den Gebäude-Eigenverbrauch von 40 bis 83 Prozent deutlich nach oben.

Trotz guter gemessener Effizienzwerte zeigte das Forschungsprojekt auch Optimierungspotenziale auf. Viele Wärmepumpen waren etwa auf den Verbrauch bezogen überdimensioniert, auch die Schalthäufigkeiten lagen bei einigen Anlagen im sehr hohen Bereich. Bei einem Teil der Anlagen mit Kombispeichern wurde keine zuverlässige Trennung der Temperaturniveaus für Raumheizung und Trinkwassererwärmung realisiert, was in Teilen zu unnötiger Wärmebereitstellung auf Warmwasser-Temperaturniveau führte.

Basierend auf der Analyse der Messdaten und den Rückmeldungen der Akteure hat das Forschungsteam des Fraunhofer ISE daher im Abschlussbericht eine Prozessmatrix erstellt. Sie dokumentiert für die einzelnen Phasen Planung, Installation und Inbetriebnahme mögliche Qualitätsdefizite. Wie diese zu beheben sind, zeigen die Fachleute darin ebenfalls.