Fraunhofer ISE Forschung: Wärmepumpen auch im Altbau effizient

(19.12.2025) Wärmepumpen arbeiten auch in älteren Gebäuden zuverlässig, effizient und klimafreundlich. Das zeigt ein vierjähriges Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE). Die Wissenschaftler überwachten 77 Anlagen im Realbetrieb und dokumentierten Jahresarbeitszahlen zwischen 2,6 und 5,4. Damit sinken die CO₂-Emissionen gegenüber Erdgasheizungen – dynamisch berechnet – um durchschnittlich 64 %. Neben der Effizienz wurden auch Schallemissionen und Kombinationsmöglichkeiten mit Photovoltaikanlagen untersucht.

Nutzenergiebezogene Emissionsfaktoren des Wärmepumpenpools auf Basis der Messdaten 2023 und 2024 im Vergleich zum Gaskessel (dunkelbau statische Berechnung, hellblau dynamisch) sowie die CO₂-Vermeidung (grün statisch, hellgrün dynamisch). (Bild: Fraunhofer ISE) 

Wärmepumpen im Bestand: Effizienter Betrieb auch ohne Vollsanierung möglich

Im Rahmen des Projekts „Wärmepumpen-Qualität im Gebäudebestand” führte das Fraunhofer ISE ein detailliertes Monitoring an 77 Wärmepumpenanlagen in Ein- bis Dreifamilienhäusern durch. Ziel war es, die tatsächliche Effizienz und Klimabilanz unter Alltagsbedingungen zu erfassen. Das Ergebnis: Auch in älteren Gebäuden können Wärmepumpen wirtschaftlich und emissionsarm betrieben werden.

„Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Wärmepumpen auch in Bestandsgebäuden effizient betrieben werden können und dass sie klimaschonend heizen, ohne dass die Gebäude auf Neubaustandard saniert werden müssen”, erläutert Danny Günther, Teamleiter „Wärmepumpen und Transformation Gebäudebestand” am Fraunhofer ISE. Gleichzeitig zeigten die Analysen Optimierungspotenzial bei Planung, Dimensionierung und Betriebsführung.

Wärmepumpenanlage und Speicher mit Wärmemengenzählern in der Hydraulik. (Bild: Fraunhofer ISE) 

Messdaten: Jahresarbeitszahlen zwischen 2,6 und 5,4

Im Vergleich zum Vorgängerprojekt „WPsmart im Bestand” (Abschluss 2019) konnte die Effizienz der untersuchten Wärmepumpen deutlich verbessert werden.

• Luft/Wasser-Wärmepumpen erzielten durchschnittlich eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von 3,4 (vorher 3,1).
• Erdgekoppelte Sole/Wasser-Systeme erreichten im Mittel 4,3 („WPsmart im Bestand”: 4,1).
• Die Spanne reichte von 2,6 bis 4,9 bei Luft/Wasser- und von 3,6 bis 5,4 bei Erdreichwärmepumpen.

Eine Abhängigkeit zwischen Gebäudealter und Effizienz konnte nicht festgestellt werden. Heizkörper in sanierten Altbauten ermöglichten ähnlich niedrige Vorlauftemperaturen wie Flächenheizungen. Elektroheizstäbe, die in Spitzenzeiten unterstützen, leisteten im Mittel nur 1,3 % der elektrischen Arbeit – ein Zeichen für stabile Systemauslegung und milde Witterungsverhältnisse im Beobachtungszeitraum.

CO₂-Bilanz: Bis zu 68 % Einsparung gegenüber Gasheizungen

Die auf Messdaten basierende Klimabilanz zeigt erhebliche Emissionseinsparungen. Unter Berücksichtigung des deutschen Strommix 2024 emittierten die Wärmepumpen im Durchschnitt 64 % weniger CO₂ als vergleichbare Gasheizungen.
Neu war die dynamische Berechnung auf Basis viertelstündlicher Strommixdaten. Sie ermöglicht eine realitätsnahe Bewertung der tatsächlichen Klimawirkung im Betrieb. Die Differenz zur herkömmlichen, statischen Bilanzierung liegt bei nur vier Prozentpunkten.

Langzeit-Schallmessungen und Photovoltaik-Kopplung

Für die akustische Bewertung entwickelte das Forschungsteam ein Verfahren zur Langzeit-Schallfeldmessung. In fünf zufällig ausgewählten Anlagen wurde es erfolgreich eingesetzt. Während in zwei Gebäuden der Umgebungslärm dominierte, zeigten drei Standorte Korrelationen zwischen Wärmepumpenbetrieb und erhöhten Nachtimmissionen. Die Grenzwertüberschreitungen blieben jedoch unterhalb des Umgebungslärms und hätten durch gezielte Maßnahmen – wie geeignete Gerätewahl oder Positionierung – vermieden werden können.

Zudem untersuchte das Fraunhofer ISE die Integration von Photovoltaikanlagen in den Wärmepumpenbetrieb. Ziel war die Steigerung des Eigenverbrauchs und die Entlastung der Stromnetze.

• Ohne Batteriespeicher erreichten die untersuchten Systeme 25 bis 40 % Autarkie und 22 % bis 37 % Eigenverbrauch.
• Mit Batteriespeicher stiegen diese Werte auf 32 % bis 62 % bzw. 40% bis 83 %.

Optimierungspotenziale und Prozessmatrix

Trotz insgesamt hoher Effizienz wurden Schwachstellen festgestellt: Einige Anlagen waren überdimensioniert oder zeigten zu hohe Schalthäufigkeiten. Bei Kombispeichern fehlte teilweise die Trennung der Temperaturniveaus für Heizung und Warmwasser, was zu Energieverlusten führte. Das Fraunhofer ISE entwickelte daraufhin eine Prozessmatrix, die typische Qualitätsdefizite in den Phasen Planung, Installation und Inbetriebnahme dokumentiert und entsprechende Maßnahmen zur Behebung aufführt. Diese Empfehlungen sollen Planern, Installateuren und Betreibern künftig helfen, die Systemqualität weiter zu steigern.

Untersuchungsrahmen und Partner

Von den 77 analysierten Anlagen nutzten 61 die Wärmequelle Außenluft, 16 Erdreich. Die Gebäude wurden zwischen 1826 und 2001 erbaut, mit Wohnflächen zwischen 90 und 370 m² (Mittelwert 170 m²). Rund die Hälfte der vor 1977 errichteten Häuser war teil- oder vollsaniert, insbesondere im Fassadenbereich.

Projektpartner waren die Hersteller Bosch Thermotechnik, Glen Dimplex Deutschland, Max Weishaupt, NIBE Systemtechnik, Panasonic HVAC Europe, Daikin Airconditioning Germany, Stiebel Eltron, Viessmann und Vaillant sowie die Energieversorger Lechwerke und Stadtwerke Stuttgart. Das Vorhaben wurde durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE) unter dem Förderkennzeichen FKZ 03EN2029A unterstützt.