Ein Heizsystem mit Zukunft

Ein geniales Prinzip: Wärmepumpen heizen mit Umweltwärme statt Gas oder Öl zu verbrennen. Dadurch können CO2-Emissionen massiv gesenkt werden, auch umweltfreundliche Kältemittel minimieren die negativen Folgen für die Natur. Sinkende Anschaffungskosten machen das Heizsystem immer beliebter. //Von Melanie Garofalo und Marcel Widenka

Zur Erreichung der Klimaziele von Paris ist die Wärmepumpe laut Bundesverband Wärmepumpe e.V. essenziell. Um die CO2-Emmissionen im Gebäudesektor um 80 Prozent senken zu können, sei das System kaum wegzudenken. Auch Marek Miara, Koordinator für Wärmepumpen vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE, und Heizungsinstallateur Vincent Pankonin sind der Meinung, die Wärmepumpe könne einen entscheidenden Beitrag zur Verminderung des Klimawandels leisten.

Prinzip der Wärmepumpe

Die Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank, nur statt zu kühlen heizt sie das Haus. Die Heizung entzieht ihrer Umgebung unter Zuführung von Strom Wärmeenergie und leitet diese weiter in das Haus. Das Kältemittel in der Wärmepumpe hat die besondere Eigenschaft, schon bei niedrigen Temperaturen zu verdampfen. Daher nimmt es im flüssigen Zustand die Energie der Umwelt aus Luft, Wasser oder Boden auf und verdunstet im Verdampfer. Durch den Wechsel des Aggregatzustands von flüssig zu gasförmig wird die Außenluft abgekühlt. Sind die Rohre der Wärmepumpe sehr kalt, friert das Kondenswasser darauf ein. Der Dampf wird im Kompressor verdichtet und erwärmt sich sehr stark. Der heiße Dampf gibt die Wärme anschließend an den Heizkreis innerhalb des Hauses ab, wodurch er abkühlt und wieder flüssig wird. Am Entspannungsventil wird der Druck minimiert und somit die Ausgangstemperatur angenommen.

Animation Wärmepumpe

Die Animation zeigt die Funktionsweise einer Wärmepumpe

Klimaneutral mit Eigenstrom

"Im Vergleich zu Öl- oder Gasheizsystemen sind Wärmepumpen wesentlich umweltfreundlicher, denn man kommt auch nur mit alternativen Energiequellen aus", so Florian Merkel, Umweltschutzexperte der Weyer Gruppe. Im Privathaushalt kann mithilfe von Photovoltaik-Anlagen eigener Strom erzeugt werden. Es ist aktuell möglich, etwa 60 bis 80 Prozent dieses eigenen Stroms direkt zu nutzen, beispielsweise für die Wärmepumpe. Der Rest könnte in separat eingebauten Akkus für einen späteren Zeitpunkt gespeichert werden. Durch die Eigenstrom-Nutzung ist es möglich, das Haus klimaneutral zu beheizen. Der zugeführte Strom ist ein wichtiges Thema in Bezug auf Klimafreundlichkeit. Installateur Vincent Pankonin erklärt: "Wenn ich Strom von einem Anbieter nutze, der sich diesen beim nächsten Kohle- oder Atomkraftwerk um die Ecke holt, macht das Ganze keinen Sinn." Damit der Einbau einer Wärmepumpe der Umwelt etwas Gutes tut, sollte darauf geachtet werden, dass der Nutzer grünen oder eigens produzierten Strom zum Heizen zuführt.

Kältemittel als größte Schwachstelle

Grundsätzlich ist das Funktionsprinzip der Wärmepumpe sehr umweltfreundlich. Ein Bestandteil ist jedoch problematisch: die chemisch hergestellten Kältemittel. Die Auswirkungen auf die Umwelt werden dabei am Global Warming Potential (GWP) festgemacht. Der GWP-Wert gibt an, wie groß der Beitrag des Kältemittels zum Treibhauseffekt im Vergleich zu CO2 ist. Durch die ständige Forschung an klimaneutralen Kältemitteln konnten bereits Alternativen zu chemisch hergestellten Kühlmitteln mit niedrigeren Auswirkungen gefunden werden, beispielsweise Propan.

Kältemittel und ihr GWP

Aktuell ist R410A das häufigste Kältemittel auf dem Markt. Das Gemisch aus den beiden Kohlenwasserstoffen R32 und R125 hat einen GWP von 2090, es ist also etwa 2000-mal schädlicher für die Umwelt als CO2. Eine steigende Nachfrage erfährt das Kühlmittel R32, dessen GWP bei 675 liegt. Da der Treibhauseffekt immer noch sehr hoch ist, forschen Experten an natürlichen Alternativen.

Umweltfreundliches Propan hat Nachteile

"Die Brennbarkeit und die Explosivität von Propan sind die größten Nachteile", sagt Doktor Marek Miara vom Fraunhofer ISE. Die Forschungseinrichtung testet Wärmepumpen basierend auf dem Kühlmittel Propan, auch R290 genannt. Der Kohlenwasserstoff hat ein Global Warming Potential von drei und besitzt somit ein 500 Mal niedrigeres Treibhauspotenzial als herkömmliche Kältemittel. Die thermodynamischen Eigenschaften von Propan seien dagegen ein Vorteil. Das natürliche Gas arbeite mit hohen Vorlauftemperaturen, was gut zum Heizen ist. Zudem reduziere sich die Menge an nötigem Kältemittel bei gleicher Leistung auf ein Viertel. Zu hohe Kosten würden es der umweltfreundlicheren Wärmepumpe auf dem Markt laut Miara aber schwer machen: "Die zu berücksichtigenden Sicherheitskonzepte machen das Ganze teuer." In der Industrie und im Gewerbe seien Propan-Wärmepumpen schon häufiger zu finden als in Privathaushalten. Dies liege an der besseren Logistik: In der Industrie sei genügend Platz für Räume mit guter Belüftung, in denen ein solches Heizungssystem aufgestellt werden kann.

Kältemittelentsorgung ist problematisch

"Abfall, Wirtschaft und Luftverunreinigung sind in Deutschland sehr streng geregelt", erklärt Umweltexperte Florian Merkel. Um mögliche Schäden zu vermeiden, müssen Kühlmittel speziell entsorgt werden. "Die meisten Komponenten der Wärmepumpe sind nicht toxisch und daher nicht umweltbelastend. Das Hauptproblem sind die Kältemittel", so Miara vom Fraunhofer ISE. Aus diesem Grund müssen sie immer in Recyclingflaschen abgefüllt und zur Verbrennung abgegeben werden. Heizungsinstallateur Vincent Pankonin erläutert dazu die Realität: "Leider ist der Alltag so, dass das Kältemittel manchmal einfach in die Umwelt freigegeben wird. Dann kommt es eben zu Ozonschäden oder es kann ins Grundwasser gelangen."

Noch keine große Nachfrage

Laut Angaben des Bundesverbands Wärmepumpe e.V. gibt es in Deutschland etwa 21 Millionen Heizungssysteme, wovon lediglich eine Millionen Wärmepumpen sind. Installateur Pankonin sieht das Problem in den noch sehr hohen Anschaffungskosten: "Obwohl die Fördermittel sehr gut sind, haben viele Leute Angst ihr Geld in eine Technik zu investieren, die sich gerade erst im Anfangsstadium befindet." Miara beschreibt die Lage in anderen Ländern als weiter fortgeschritten. In den skandinavischen Ländern sei die Nachfrage deutlich höher. In Norwegen gebe es pro 1000 Wohneinheiten 40 Wärmepumpen, während es in Deutschland nur zwei seien. Er sieht den Grund dafür beim Strom: "In Skandinavien wird der Strom regenerativ gewonnen, zum Beispiel in Wasserkraftwerken. Dadurch ist der Strom sehr sauber und es gibt keine Probleme mit der Umweltbilanz, anders als in Deutschland, wo der Strom sehr unsauber ist."

Boom in der Zukunft

Da das Heizsystem ein wichtiger Faktor zur Reduzierung der CO2-Emissionen im Gebäudesektor sei, müsse es laut dem Bundesverband Wärmepumpe in Zukunft noch mehr gefördert werden. Daher fordert der Verband unter anderem eine Kostensenkung des grünen Stroms, wodurch alle Wärmepumpen mit diesem betrieben werden könnten und sie damit das CO2-ärmste Heizsystem am Markt wäre. Heizungsinstallateur Pankonin und Fraunhofer ISE-Koordinator Miara vermuten in der Zukunft einen Boom auf dem Markt. Beide sehen Propan künftig als Kältemittel der Wahl, auch für Privathaushalte. Umweltexperte Merkel äußert Bedenken: "R290 wird niemals alle Kältemittel ablösen können, zumindest nicht in der Industrie. Man wird aber auch weiterhin nach Alternativen forschen, denn auch Propan ist fossil." Dennoch sind sich alle Experten einig, dass die Wärmepumpe – unabhängig vom Kältemittel – ein Heizsystem mit Zukunft ist.

Teaserbild: Bedienung einer Wärmepumpe // Quelle: Marcel Widenka

Die Autoren

Autorenfoto: Melanie Garofalo

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