Plädoyer: Wärmepumpe - ein Beitrag zum Klimaschutz

(10.12.2007) Der Zusammenhang zwischen Klimawandel und CO₂ ist ein fest in der Öffentlichkeit verankertes Thema: Anstieg des Meeresspiegels, Waldbrände, Hochwasser, Hurrikanes, Wüstenwachstum, Ernteausfälle machen die Auswirkungen deutlich.

Rekonstruktion der atmosphärischen CO₂-Konzentration der letzten 1100 Jahre (Quelle: Schönwiese 2003/04)

Die Gefahr eines zu hohen CO₂-Ausstoßes, der als einer der Hauptverantwortlichen für die aktuelle Erderwärmung und mit dieser wiederum für die klimabedingten Katastrophen gilt, wird global anerkannt. Mojib Latif, Professor an der Universität Kiel, warnt: "Wenn man die Erwärmung unter zwei Grad Celsius halten will, muss man den Ausstoß von Kohlendioxid bis 2050 um 50% reduzieren, bis 2100 um etwa 90%." Um diese Ziele zu erreichen, wurden und werden Maßnahmen zum Klimaschutz in internationalen Abkommen festgeschrieben, wie z.B. im Kyoto-Protokoll.

Solche Verträge geben Industriestaaten verpflichtende Reduktionsziele für CO₂-Emissionen vor, für Deutschland sind es 21% (bezogen auf 1990). Die letzte Weltklimakonferenz fand vom 3. bis 14. Dezember 2007 auf Bali statt. Hier sollten die Weichen für die Zeit nach 2012 gestellt werden. Konkrete Zahlen, welches Land wie viel reduzieren soll, konnten hier jedoch noch nicht festgelegt werden. Klar ist aber: Jeder kann selbst einen Beitrag zur CO₂-Reduktion leisten.

CO₂ - Motor der Natur und Fluch der Industrialisierung

Durch den Menschen werden jährlich ca. 32 Gt (= 32.000.000.000 Tonnen) CO₂in die Atmosphäre ausgestoßen. Dies geschieht zu einem wesentlichen Teil durch die Verbrennung fossiler Energieträger wie Erdöl, Erdgas und Kohle. CO₂ absorbiert und emittiert einen Teil der Wärmestrahlung und trägt somit zur globalen Erwärmung, d.h. zum Treibhauseffekt, bei. Der durch CO₂ verursachte Anteil am Treibhauseffekt beträgt bis zu 26% und ist somit entscheidend für das Klima der Erde mitverantwortlich.

Klimaschutz geht uns alle an

Private Haushalte haben mit 30,5% den größten Anteil am Strombedarf in Deutschland. Danach kommen erst Verkehr (27%), Industrie (24,9%) und Gewerbe/Handel/Dienstleistung (17,6%). Ein einzelner Mensch in Deutschland produziert zwischen 11.000 und 12.000 kg CO₂ pro Jahr. Eine Möglichkeit diese Menge zu reduzieren, ist die Nutzung von Strom, erzeugt aus erneuerbaren Energien, wie Wind- und Wasserkraft, Biomasse, Photovoltaik, Geothermie usw.

Grafik aus dem Beitrag "Zur Erinnerung: Das größte Stück vom Energiekuchen" vom 28.11.2007

Das größte Potential, in privaten Haushalten Energie einzusparen bzw. effizienter zu nutzen, liegt in der Wärmeerzeugung für die Beheizung des Gebäudes und die Bereitstellung von Warmwasser. 87% der Energie verbraucht ein Haushalt nur hierfür.

Erneuerbare statt fossile Energieträger nutzen

Um Kosten und CO₂ einzusparen, empfiehlt es sich, statt mit teurem Heizöl oder Erdgas, mit den kostenlos verfügbaren, natürlichen Energiequellen Erdreich, Außenluft oder Grundwasser zu heizen. Eine Wärmepumpe macht’s möglich. Als alternative Heizanlage kommt sie mit einem kleinen Anteil Strom aus und schöpft die restliche Energie aus der Umwelt. (Es gibt auch Wärmepumpen, die mit Gas anstatt Strom betrieben werden. Sie sind aber in Deutschland eher unüblich.)

Die nutzbare Heizenergie setzt sich dann aus beiden Energiemengen zusammen - Umweltenergie und elektrischer Strom produzieren also die nutzbare Heizwärme. Je geringer der Stromanteil, desto effektiver und Kosten sparender arbeitet die Wärmepumpe.

Maßzahlen für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe

Die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe wird durch das Verhältnis zwischen der in einem gesamten Jahr zugeführten elektrischen Arbeit und der von der Wärmepumpenanlage abgegebenen Wärmemenge, die sog. Jahresarbeitszahl (JAZ) beschrieben. Die JAZ bezieht sich immer auf eine bestimmte Heizungsanlage und berücksichtigt ihre jeweilige Auslegung. Je niedriger die Auslegungstemperatur einer Fußbodenheizung ist, desto besser ist die JAZ, sprich desto wirtschaftlicher ist die Wärmepumpe. So verbessert ein Grad Temperaturabsenkung bei der Vorlauftemperatur für die Heizung den Wirkungsgrad der Wärmepumpe um ca. 2,5%. Niedrigere Raumheizlasten durch z.B. gute Wärmedämmung und dichte Fenster begünstigen dies noch.

Im angloamerikanischen Sprachraum ist es üblich, den COP-Wert (= Coefficient of Performance) anzugeben, der ebenfalls in den Unterlagen von Wärmepumpenherstellern zu finden ist - siehe dazu Beitrag "Elektrowärmepumpe vs. Gaswärmepumpe: Effizienz von Wärmepumpen" vom 26.5.2006.

Wie viel CO₂ emittiert eine Wärmepumpe?

Die Jahresarbeitszahl und der Strom-Mix sind entscheidend für den tatsächlichen CO₂-Ausstoß durch eine Wärmepumpen-Heizungsanlage.

Eine Wärmepumpe stößt durchschnittlich 153 g/kWh CO₂ aus, ein Gasheizkessel bereits um die 242 g/kWh und ein Ölheizkessel rund 331 g/kWh. Gegenüber der Ölheizung kann mit einer Wärmepumpe also bis zu 46% weniger CO₂ in die Atmosphäre ausgestoßen werden, rechnet man beispielsweise beim Wärmepumpenhersteller Dimplex vor. Wird die Wärmepumpe durch eine Solaranlage unterstützt, lässt sich der CO₂-Ausstoß noch stärker verringern.

Vergleich der CO₂- Emissionen verschiedener Heizungsanlagen (Quelle: Berechnungen auf Basis von GEMIS 4.3 Zahlenmaterial)

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Der Ausstoß an CO₂ durch eine Wärmepumpen-Heizanlage hängt auch vom Strom- Mix des regionalen Stromanbieters ab. Je höher der Anteil erneuerbarer Energien für die Stromgewinnung des Stromanbieters ist, desto besser wird die CO₂-Bilanz der Heizungsanlage. Durch die aktuelle Klimaentwicklung geht man davon aus, dass auf die klimaneutrale Energieerzeugung durch Kernenergie oder erneuerbare Energien gesetzt wird - ein weiterer Pluspunkt und Entscheidungsgrund für eine Wärmepumpe. Wird die Wärmepumpe gänzlich mit Strom aus regenerativer Erzeugung betrieben, arbeitet sie völlig klimaneutral.

Nicht nur zum einfachen Heizen eignet sich die Wärmepumpe ...

Energie kann mit der Wärmepumpe auch aus kontrollierter Wohnungsabluft genutzt werden. Die kontrolliert abgeführte Wohnungsabluft wird über einen Wärmetauscher geleitet. Die aus ihr gewonnene Wärmeenergie wird zur Warmwasserbereitung verwendet. Eine optimale Symbiose aus Wohnraumlüftung und Brauchwasserbereitung.

Nutzung von Solarenergie als Unterstützung der Warmwasserbereitung: Durch einen Wärmetauscher wird Energie aus Solarkollektoren in den Warmwasserspeicher eingespeist. Scheint ausreichend die Sonne, wird das Brauchwasser nur durch Solarenergie erwärmt. Scheint die Sonne mal nicht, erledigt die Wärmepumpe die Brauchwasser-Erwärmung eigenständig. Der Vorteil dieser Kombination: eine übliche Solaranlage hat lediglich einen Deckungsanteil von 50%, eine Wärmepumpe funktioniert immer.

((Bild vergrößern)) Aufbau einer reversiblen Dimplex-Wärmepumpenanlage: (1) Wärmepumpenmanager WPM 2004; (2) Gebläsekonvektor für dynamische Kühlung; (3) Raumthermostat; (4) Stille Kühlung durch Nutzung vorhandener Heizflächen; (5) Raum-Klimastation; (6) Fußbodenheizung; (7) Taupunktwächter; (8) Abwärmenutzung zum Beheizen eines Schwimmbades und (9) zur Warmwasserbereitung im Kühlbetrieb; (10) Vorlauftemperatur von über 60°C zur Beheizung einzelner Räume (z.B. Bad) im Kühlbetrieb; (11) Nutzung des im Kühlbetrieb kostenlos erwärmten Warmwassers; (12) Reversible Luft/Wasser-Wärmepumpe für Außenaufstellung.

Reversible, also umschaltbare Luft/Wasser-Wärmepumpen bieten den Komfort eines kombinierten Heiz-/Kühlsystems. Im Winter arbeitet die Wärmepumpe als energieeffizientes Heizgerät. Durch Prozessumkehr wird die Wärmepumpe zum Kühlaggregat. Da zum Kühlen das wassergeführte Heizsystem genutzt wird, entfällt die Mehrinvestition für ein zusätzliches zweites System. Darüber hinaus sind weitere spürbare Kosteneinsparungen möglich, denn die dem Gebäude im Kühlbetrieb entzogene Wärme, kann zur Warmwasserbereitung oder zur Versorgung zusätzlicher Wärmeverbraucher, z.B. der Schwimmbadbeheizung, genutzt werden (siehe auch Beitrag "Reversible Wärmepumpen heizen und kühlen" vom 11.8.2006).

Hohe Leistungen nicht nur für den Wohnbau

Dimplex beispielsweise führt auch Wärmepumpen mit großen Leistungen: Sole/Wasser-Wärmepumpen von 24 bis 130 kW. Die Wärmepumpen verfügen dann über zwei Verdichter und bieten somit zwei Leistungsstufen, um die Energiebereitstellung zu optimieren. Somit sind sie bestens geeignet für Wohnbauprojekte oder industrielle Anwendungen.