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 und gibt die Wärme an das Heizsystem ab. Als Wärmequelle genügt ein verhältnismäßig geringes Temperaturniveau. Die üblichen Wärmepumpen gewinnen die Energie zum Heizen aus der Außenluft, dem Erdreich oder aus Grundwasser.

Im ersten Schritt nimmt eine Flüssigkeit (Sole = Wasser mit Frostschutzmittel), die in einem Wärmequellen-Kreislauf zirkuliert, die Umweltwärme auf und leitet sie an den Verdampfer weiter. Wird die Außenluft als Wärmequelle genutzt, saugt ein Ventilator die Luft an und lässt sie über den Verdampfer strömen.

Im Verdampfer der Wärmepumpe 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 damit die Temperatur wieder reduziert. Damit kann der Prozess von vorne beginnen. 

Die Effizienz einer Wärmepumpe hinsichtlich der Heizleistung wird mit der Jahresarbeitszahl (JAZ) angegeben. Sie wird aus dem Verhältnis der eingesetzten elektrischen Energie zur abgegebenen Wärme errechnet. 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. In der Praxis hat der COP-Wert nur eine untergeordnete Bedeutung.

Mit einer JAZ von 4 erzeugt eine Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom vier Kilowattstunden Wärme. Die meisten Wärmepumpen erreichen eine Jahresarbeitszahl zwischen 3 und 5. Hierbei muss allerdings unterschieden werden, ob die Wärmepumpe zum Heizen oder zur Warmwasser-Bereitung verwendet wird. Im zweiten Fall ist die notwendige Temperatur höher und damit die JAZ niedriger.

Je höher die JAZ liegt, desto wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. In der Praxis ist die erreichte Jahresarbeitszahl von verschiedenen Faktoren abhängig. Um das Optimum an Leistung einer Wärmepumpe zu erreichen, ist eine gute Planung und handwerkliche Umsetzung der Installation vonnöten.  

Welche Bauarten von Wärmepumpen gibt es?

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

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

Sole-Wasser-Wärmepumpe: Bei dieser auch als Erdwärmepumpe bezeichneten 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. Anschaffung und Installation dieser Wärmepumpe verursachen somit hohe Kosten. Dafür ist die Wärmepumpe aber besonders effizient: Ihre 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.

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

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

Die Preise für eine Wärmepumpe 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 beim Heizen. 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 Nachtspeicher-Heizung,
• um weitere 5 Prozent, wenn  als Wärmequelle Erdreich, Grundwasser oder Abwasser oder eine Wärmepumpe mit einem natürlichen Kältemittel genutzt werden sollen.

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

Werden dabei Grundwasser oder Erdreich als Wärmequelle für die Heizung genutzt 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 einer Heizung, die mit fossilen Brennstoffen arbeitet. Der größte Kostenfaktor bei der Wärmepumpe 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 (Heizleistung ca. 10 kWh/ l).

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. Wird Solarstrom genutzt, der vor allem tagsüber zur Verfügung steht, ist ein Pufferspeicher sinnvoll. Er kann Wärme zwischenspeichern, wenn die Solaranlage Strom liefert und das Haus keine Wärme benötigt.

Zu den Kosten für Anschaffung und Betrieb kommen noch Kosten für die Wartung der Wärmepumpe. Für die Kontrolle des Kältemittelkreislaufs, der Filter und mechanischen Teile muss mit ca. 100 bis 250 Euro im Jahr gerechnet werden.

Die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe ist von vielen Randbedingungen abhängig und kann hier nur anhand eines Beispiels 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 deutlich zu reduzieren.

Für die Wartung von Wärmepumpen werden in der Regel 100 bis 250 Euro im Jahr angegeben. 

Damit belaufen sich in diesem Beispiel die jährlichen Kosten auf ca. 3.600 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 und damit vom Wärmebedarf des Gebäudes sowie von 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 der Heizung 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. 

Eine Öl- oder Gasheizung ist in der Anschaffung deutlich günstiger als eine Wärmepumpe. Dafür sind deren jährliche Betriebskosten niedriger.

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 3.600 Euro. Es ist jedoch davon auszugehen, dass der Gaspreis durch den weiteren Anstieg des CO₂-Preises steigen wird. Damit fällt auch der Vergleich zwischen beiden Heizarten immer stärker zugunsten der Wärmepumpe aus und es lässt beim umweltfreundlichen Heizen mehr Geld sparen. 

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, die durch eine gute Beratung und Planung sowie eine fachgerechte Installation optimal gestaltet werden. Besonders wirtschaftlich ist es, Solarstrom vom eigenen Dach für den Betrieb der Wärmepumpe zu nutzen - das reduziert die Kosten und Emissionen der Heizung.