Betrachtet man die Umweltbilanz von Herstellung bis Rückbau, so fällt diese bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe im untersuchten Einfamilienhaus – wenn überhaupt – nur geringfügig schlechter aus als bei einer vergleichbaren Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonde. Wählt man die preiswertere Luft-Wasser-Wärmepumpe und investiert die freiwerdenden finanziellen Mittel in eine Photovoltaik-Anlage, so ist bei gleichen Investitionskosten die Umweltbilanz dieses Gesamtsystems signifikant besser und der bilanziell verbleibende Strombezug aus dem Netz deutlich niedriger als bei einer Anlage mit Sole-Wasser-Wärmepumpe.
1 Hintergrund
Viele Einfamilienhausbesitzer stehen vor der Entscheidung, welche Wärmepumpe für ihren Anwendungsfall die Richtige ist. Die Wahl fällt dabei meistens auf eine Luft-Wasser-Wärmepumpe (LWWP), in den übrigen Fällen häufig auf eine Sole-Wasser-Wärmepumpe (SWWP) mit Erdwärmesonde (EWS). Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Erdkollektoren und Grundwasser-Wärmepumpen werden aufgrund ihres geringen Anteils am Absatz von unter drei Prozent in dieser Untersuchung nicht betrachtet.
Das Sole-Wasser-Wärmepumpen-System wird aufgrund der höheren Effizienz meist als die umweltfreundlichere Lösung angesehen. Ob die einseitige Fokussierung auf den effizienten Betrieb (Jahresenergiebedarf) und die daraus abgeleitete Bewertung der Wärmepumpen gerechtfertigt ist, soll hier überprüft werden, indem neben der Betriebsphase auch der restliche Lebensweg der Anlagen untersucht wird.
Beim Sole-Wasser-Wärmepumpen-System werden mehr Investitionsmittel gebunden, die bei der Wahl einer Luft-Wasser-Wärmepumpe für andere klimaschutzwirksame Maßnahmen verwendet werden könnten. Im gewählten Beispiel wird die Luft-Wasser-Wärmepumpe daher gedanklich um eine Photovoltaik-Anlage ergänzt, deren Größe so gewählt wird, dass das Gesamtsystem investitionskostengleich zur Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonde ist.
2 Untersuchte Systeme
In Abbildung 1 sind die wichtigsten Kennwerte der untersuchten Systeme dargestellt. Um bewerten zu können, ob die Mehrinvestition in die Sole-Wasser-Wärmepumpen-Anlage gerechtfertigt ist, werden folgende mögliche Zusatzinvestition zum System Luft-Wasser-Wärmepumpe betrachtet:
- eine Photovoltaik-Anlage auf dem eigenen Hausdach;
- eine Investitionsbeteiligung an einer quartiersnahen Photovoltaik-Freiflächenanlage.
Quelle: TU Dresden
Als Referenzgebäude dient ein für die Baujahre 1995 bis 2001 typisches Einfamilienhaus durchschnittlicher Größe. Die Luft-Wasser-Wärmepumpe wird bivalent monoenergetisch mit einem Bivalenzpunkt von – 5 Grad Celsius ausgeführt und die Sole-Wasser-Wärmepumpen monovalent ausgeführt.
Die Investitionskosten für die drei Erdwärmesonden mit je 82 Meter Tiefe wurden auf 18.000 Euro und damit auf etwa 73 Euro pro Meter (inklusive Zuführung zum Hausanschlussraum) abgeschätzt.
Zusammen mit den Kosten für Installation sowie Anschaffungskosten der Wärmepumpe ergeben sich für das Sole-Wasser-Wärmepumpen-System gegenüber der Luft-Wasser-Wärmepumpe um 17.300 Euro höhere Investitionskosten.
Mit diesem Differenzbetrag lassen sich bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe Zusatzinvestitionen in Form einer Photovoltaik-Dachanlage von 12,4 Kilowattpeak Leistung – Preisannahme von 1.400 Euro pro Kilowatt – oder einer Beteiligung an einer Photovoltaik-Freiflächenanlage von 20,4 Kilowattpeak (Annahme 850 Euro pro Kilowattpeak) realisieren. Dies kann als Untergrenze interpretiert werden, da Kosten der Erdwärmesonde aktuell eher in Richtung 100 Euro pro Meter tendieren.
Für den Anteil an der quartiersnahen Freiflächenanlage wird angenommen, dass eine (verlustfreie) örtliche Netzdurchleitung realisierbar wäre. Der Photovoltaik-Strom ist also hier ebenso in Eigenverbrauch und Einspeisung aufgeteilt, wissend dass dies aktuell in Deutschland weder ökobilanziell noch technisch zulässig ist. In anderen Ländern hingegen ist die Umsetzung der Renewable Energy Directive (RED, Europäische Union 2018) in Form von Energiegemeinschaften, deren Produzenten und Abnehmer im lokalen Nahbereich (also auf Niederspannungsebene) oder regionalen Bereich angeschlossen sind, bereits weit fortgeschritten.
3 Strombilanzen
Der jährliche Netzbezug des Gebäudes (inklusive Haushaltsstrom) lässt sich durch den Einbau der Sole-Wasser-Wärmepumpe (Jahresarbeitszahl 4,51) um 12 Prozent gegenüber dem Gebäude mit Luft-Wasser-Wärmepumpe (Jahresarbeitszahl 3,55) reduzieren. Durch die alternative Investition in eine Photovoltaik-Anlage reduziert sich der Netzbezug allerdings deutlich stärker um 34 Prozent (Dachanlage) respektive 38 Prozent (Freiflächenanlage). Die Regelung der Wärmepumpe erfolgt hier rein wärmegeführt ohne Optimierung des Eigenverbrauchs. Insofern sind die Werte des verbleibenden Netzbezugs eher als obere Grenze zu interpretieren.
In den Monatsbilanzen (Abbildung 2) ist zu sehen, dass selbst in den kältesten Monaten Dezember und Januar der Netzbezug der Gebäude mit Photovoltaik-Anlage unter dem des Gebäudes mit Sole-Wasser-Wärmepumpen liegt.
Quelle: TU Dresden
4 Umweltbilanzen der Systeme
4.1 Methodik
Für die Bewertung der Umweltfreundlichkeit und Klimaschutzwirksamkeit werden die CO2-äquivalenten Treibhausgasemissionen (THG-Emissionen) und der nicht-erneuerbare Primärenergieverbrauch (kumulierter Energieverbrauch KEVNE) der Systeme bilanziert.
Als Referenz dient ein fiktives Gebäude ohne Wärmeerzeuger, welches ausschließlich Haushaltsstrom vom Netz bezieht. Der Bilanzzeitraum wird entsprechend der Lebensdauer von Wärmepumpen auf 20 Jahre festgelegt (IGC Bochum 2017). Da für die Einhaltung der Klimaziele alle jetzt verursachten Emissionen relevant sind, werden auch Herstellungsemissionen von Komponenten mit einer höheren Lebensdauer vollständig dem betrachteten Bilanzzeitraum zugerechnet.
Aufgrund der anstehenden großen Veränderungen in der Stromerzeugung in den nächsten Jahrzehnten wird für den Strombezugsmix ein mittlerer Wert für den Bilanzzeitraum 2022 bis 2042 angenommen. Basierend auf dem Nationalen Energie- und Klimaplan Emissionen entstehen pro verbrauchter Kilowattstunde Elektroenergie durchschnittlich Emissionen von 243 Gramm CO2-Äqivalent sowie ein Primärenergiebedarf von 0,815 Kilowattstunden.
Zusätzlich werden die Errichtung und Herstellung der Anlagen betrachtet, sowie der Einfluss des Kältemittels. Den größten Einfluss haben hier jeweils der Dieselverbrauch beim Bohrvorgang der Erdwärmesonde sowie Leckagen des Kältemittels. Hier wurde das am häufigsten genutzte Kältemittel R410a angenommen. Zumindest bei Luft-Wasser-Wärmepumpen findet bereits das Kältemittel R290 immer häufiger Anwendung, wodurch die Umweltwirkung der Leckage vernachlässigbar klein wird.
Für die Photovoltaik-Anlagen werden Daten vom Umweltbundesamt für den ökobilanziell ungünstigsten Fall der Produktion in China verwendet.
4.2 Ergebnisse
Das Luft-Wasser-Wärmepumpen-System hat im ganzheitlichen Vergleich mit der Sole-Wasser-Wärmepumpe die schlechtere Umweltbilanz. Die erzielten Einsparungen belaufen sich jedoch lediglich auf 5 bis 6 Prozent. Vergleicht man die Technologien hingegen mit der Methodik des Gebäudeenergiegesetzes, bilanziert also lediglich den Betrieb mit einem über die gesamte Betriebszeit konstanten Strommix (laut Gebäudeenergiegesetz 1,8 kWhprimär/kWhel und 560 g CO2-Äq./kWhel), wird der Sole-Wasser-Wärmepumpe eine Verbesserung von 21 Prozent gegenüber der Luft-Wasser-Wärmepumpe attestiert (Abbildung 3).
Die Luft-Wasser-Wärmepumpen-Systeme mit Photovoltaik-Anlage weisen auch ohne Berücksichtigung des eingespeisten Stroms eine deutlich verbesserte Umweltbilanz gegenüber der Sole-Wasser-Wärmepumpe auf. Die Aufwendungen für die Wärmequellanlage der Sole-Wasser-Wärmepumpe lassen sich je nach Bodenbeschaffenheit noch reduzieren. Jedoch bleibt auch dann die Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Photovoltaik-Anlage ökobilanziell günstiger.
Würde man den eingespeisten Photovoltaik-Strom in Form einer Stromgutschrift in den Vergleich der Systeme einbeziehen, fiele das Ergebnis noch deutlicher zugunsten der Systeme mit Photovoltaik aus.
Quelle: TU Dresden
5 Weitere Aspekte
Zwischen den beiden Systemen gibt es weitere wesentliche Unterschiede, welche sich zahlenmäßig nicht in der Umweltbilanz widerspiegeln.
Der Rückbau der Erdwärmesonde ist ein noch wenig beachtetes Thema. Meist wird am Lebensende nur eine Stilllegung durchgeführt. Bei Undichtigkeiten im Ringraum kann jedoch eine Sanierung oder sogar ein vollständiger Rückbau notwendig sein (VDI 4640-2 2019). Eine Eintrittswahrscheinlichkeit für die Notwendigkeit eines Rückbaus kann jedoch nicht benannt werden, wodurch die Auswirkungen auf die Umweltbilanz und Wirtschaftlichkeit nur qualitativ diskutiert werden können. Neuartige Konzepte zum kostengünstigen Rückbau von Erdwärmesonden als Alternative zum Überbohren befinden sich momentan noch in der Entwicklung. Hierbei werden Kosten von 10 000 Euro pro 100 Meter Bohrung angestrebt (Burkhardt und Zorn 2017).
Aufgrund der nicht klaren geologischen Bedingungen am Bohrungsstandort kann es vorkommen, dass Bohrungsvorgänge abgebrochen und aufgegeben werden müssen (Ullrich 2018). Dies führt zu zusätzlichen Kosten, Emissionen und Primärenergieverbräuchen. Beim Durchbohren von wasserundurchlässigen Schichten werden Grundwasserstockwerke verbunden. Bei nicht-sachgemäßem Verpressen des Ringraums kann es zur stetigen Verbindung und somit Verunreinigungen bzw. Auswilderung eines gespannten Grundwasserleiters kommen. Ebenso besteht durch mangelnde Ringraumdichtung die Gefahr der Bildung von Kontaminationspfaden. So können grundwassergefährdende Stoffe von der Oberfläche ins Grundwasser gelangen (Aquino et al. 2021; Sass 2018).
Es besteht weiterhin die Gefahr des Austritts von Wärmeträgerflüssigkeit in das Grundwasser. Während die Abbaubarkeit der Frostschutzmittel bei einem Austritt als unproblematisch eingestuft wird, kann zur Abbaubarkeit der sehr unterschiedlichen Additive keine allgemeingültige Aussage getroffen werden (Ilieva 2013).
6 Fazit
Das Sole-Wasser-Wärmepumpen-System weist trotz deutlich höherer Investitionskosten verglichen mit dem Luft-Wasser-Wärmepumpen-System nur eine geringfügig verbesserte Umweltbilanz auf. Ein investitionskostengleiches System aus Luft-Wasser-Wärmepumpe und Photovoltaik-Anlage verbessert die Umweltbilanz hingegen signifikant und reduziert gleichzeitig den Strombezug des Gebäudes stark.
Im Widerspruch dazu werden Sole-Wasser-Wärmepumpen durch die in Deutschland existierende Förderkulisse (durch die prozentuale Förderung der Investitionskosten) mit deutlich höheren Summen gefördert als Luft-Wasser-Wärmepumpen-Systeme. Hinzu kommen die nicht quantifizierten Aspekte Rückbau und Schadenspotential der Erdwärmesonde.
Es konnte gezeigt werden, dass neben dem Jahresenergiebedarf weitere Aspekte relevant für die Umweltbilanz von Wärmepumpensystemen sind, und somit in die Bilanzierung nach Gebäudeenergiegesetz aufgenommen werden sollten.
Die korrekte Dimensionierung und Regelung der Luft-Wasser-Wärmepumpe ist von enormer Wichtigkeit, da beispielsweise ein zu häufiger Betrieb des Elektroheizstabs zu signifikant höheren Lastspitzen und somit einem anderen Fazit führen kann.
Die Ergebnisse sind stark wetter- und vor allem einstrahlungsabhängig. Für eine Verallgemeinerung ist eine systematische Untersuchung für verschiedene Wetterszenarien notwendig. Dies betrifft auch verschiedene Netzbelastungsszenarien im Winter und deren Wertung im Kontext.
In der Möglichkeit der quartiersnahen Netzdurchleitung wird aufgrund der finanziellen, energetischen und ökobilanziellen Vorteile, der direkten Beteiligung der Bürger an der Energiewende sowie dem ortsnahen Verknüpfen von Strombedarf und Stromerzeugung ein großes Potenzial gesehen, für das in Deutschland die gesetzlichen und technischen Grundlagen zu schaffen sind.
Die Langfassung ist verfügbar unter: https://doi.org/10.25368/2023.14
Über die Autoren:
Felix Bumann ist Diplomand an der Technischen Universität Dresden im Fachbereich Energietechnik. Er beschäftigt sich mit Fragestellungen im Kontext der Wärmewende.
Felix Panitz war von 2010 bis 2023 wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung der TU Dresden und arbeitete dort an systemischen Fragestellungen in den Themenfeldern Fernwärme, Solarenergie, Erzeugereinsatz- und Investitionsoptimierung sowie Ökobilanzierung.
Clemens Felsmann ist Inhaber der Professur für Gebäudeenergietechnik und Wärmeversorgung an der Technischen Universität Dresden.
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Danke für den Vergleich. Mir war nicht klar, dass der Abstand in der Effizienz von SWWP und LWWP nicht sehr groß ist.
Dass ortsnahe Freiflächen PV Anlagen für Eigenverbrauch ermöglicht werden sollten ist auch naheliegend. Aber dem Gesetzgeber scheint das noch nicht in den Sinn gekommen zu sein.
@RGS „Dass ortsnahe Freiflächen PV Anlagen für Eigenverbrauch ermöglicht werden sollten ist auch naheliegend. Aber dem Gesetzgeber scheint das noch nicht in den Sinn gekommen zu sein.“
Das ist dem aktuellen Gesetzgeber schon vorgekommen. Der nachfolgende Link belegt, dass dies spätestens seit März 2022 der Fall ist:
https://www.buendnis-buergerenergie.de/aktuelles/news/artikel/2022-3-9/offenen-brief-verschickt-breite-allianz-macht-auf-die-potentiale-von-energy-sharing-zur-steigerung-der-energiesicherheit-aufmerksam
Bei einer JAZ der SWWP von 4,51 und der LWWP von 3,55 ist der Unterschied in der Effizienz schon relevant (5690 vs. 4520 kWh/a – entspricht 21% weniger Stromverbrauch durch die SWWP). Nur ist dieser Stromverbrauch eben nicht der Einzige Faktor für die Umweltbilanz der Systeme. Zudem sinkt der Anteil des Stromverbrauchs an der Umweltbilanz des Systems mit zunehmender Dekarbonisierung der Stromerzeugung.
der Strom zum Betrieb der Wärmepumpen kommt in den Wintermonaten primär aus Kohle- und Gaskraftwerken, die nicht nur einen Wirkungsgrad von 40% haben, sondern einen erheblichen CO2-Rucksack mitbringen. Wie groß ist denn der Unterschied zu einer Gastherme oder einem Erdgas-BHKW. das Atom und Wärme liefert?
Hallo,
ein wichtiger Punkt, der mir bei der ökologischen Betrachtung fehlt ist die Belastung des Stromnetzes in einer Kälteperiode:
Während die Solewärmepumpe dann immer noch einen Großteil der Energie aus der Wärmequelle holt bricht der COP der Luftwärmepumpe ein, wenn nicht sogar ein Heizstab zuheizen muss. Das sind nicht viele Stunden im Jahr (und auch nicht überall/jedes Jahr), aber Infrastruktur, Stromerzeuger und Stromspeicher müssen darauf ausgelegt werden.
mfg
Hallo Christian,
Schauen gerne mal in die Langfassung, da haben wir neben den monatlichen Strombilanzen auch wöchentliche Bilanzen betrachtet (Kapitel 3.2). Hier werden die Unterschiede zwischen den Systemen in Kälteperioden nochmal deutlicher.
Sobald tägliche oder stündliche Netzbezüge verglichen werden sollen, müssen Themen wie Lastverschiebung mitdiskutiert werden. Außerdem gewinnt dann der Einfluss des gewählten Wetterjahrs (PV-Erzeugung an kalten Tagen) von Bedeutung. Diese Dinge konnten wir im Rahmen unserer Studie leider nicht gewissenhaft abbilden. Eine Erweiterung der Betrachtung um diese Punkte wäre jedoch sehr interessant.
Generell lässt sich jedoch sagen:
Die Potentiale der Lastverschiebung zur Nutzung des Überschussstroms in den Mittagsstunden für die Beladung des Wärmespeichers oder der Nutzung der Wärmekapazität des Gebäudes ist insbesondere bei der PV-Freiflächenanlage sehr groß.
Vielen Dank für dein Interesse an unserem Artikel.
Hallo Christian,
Das ist eine sehr verallgemeinerte Annahme.
Ich habe festgestellt, dass die Bodentemperatur (Flachkollektor) im April, Mai und Juni so niedrig sind, dass meine Luftwärmepumpe tagsüber schon ähnliche Werte wie im Sommer erreicht, während die Erdwärmepumpe dann am besten raus genommen wird, dass sich der Boden erholen kann. Viel bringt sie dann sowieso nicht.
Dafür kann die Erdwärmepumpe bis Januar noch von den höheren Bodentemperaturen zehren.
Die Erdwärmewärmepumpe kann möglicherweise einen höheren COP erzielen, das muss aber keinesfalls sein und schon gar nicht über den ganzen Winter gesehen. Außerdem hat die Erdwärmepumpe nahezu garantiert einen deutlich höheren Stromverbrauch.
Tagsüber wird es noch noch variabler, während eine wohl-platzierte Luftwärmepumpe von der Mittagssonne profitieren kann, wird sie häufig zu Spitzenlastzeiten, sofern nicht gepuffert, wesentlich weniger belastend für das Netz sein. Ein erhöhter Energiebedarf ist eben nicht identisch mit einem höheren Strombedarf.
Diverse Erdwärmepumpen leiden auch unter dem großen Kompressor, welcher teils mittels elektrischer Beheizung auf Temperatur gehalten werden muss.
Danke ebenfalls für das sehr genaue Betrachten der Sachlage. Es lohnt sich eigentlich immer und überall, sehr genau hinzusehen und den gesamten Lebenszyklus einer Sache zu bedenken.
Die Umsetzung des Energy Sharings im Sinne der Richtlinie 2018/2001/EU zur Förderung der Nutzung von Energie aus erneuerbaren Quellen (RED II) sollte man bei der Gelegenheit in der PV-Strategie des Bundes vielleicht noch mal sehr deutlich einfordern?
Sehr schönes Rechenbeispiel! 🙂 Ich hoffe sehr auf die Erweiterung der Eigenverbrauchsmöglichkeiten in Quartieren. Was spricht gegen die Errichtung größerer Anlagen im näheren Umfeld von Gebäuden, die an einem Netzknoten hängen und die Erzeugung mittels Digitalisierung bilanziell untereinander verrechnen können? In anderen Ländern bereits gelebte Praxis.
Interessant aber auch erschreckend ist der hohe Stromverbrauch der (zentralen) Luft-Wasser-Wärmepumpe (zLWWP) bei dem Beispiel-Haushalt mit 10 MWh (insgesamt), bei gleichzeitig hohen Investkosten (? 35000-40000 Euro?) – m.E. eine schlechte Kosten Nutzen-Bilanz. Ob dann noch weitere 17.300 Euro für eine PV ohne Batteriespeicher sinnvoll und verfügbar sind, muß hinterfragt werden.
Stattdessen sollten alternative kostengünstigere Systeme hinsichtlich CO2-Bilanz und laufenden Energiekosten betrachtet werden:
– reine PV Anlage mit Heizstäben und Batteriespeicher
– dezentrale LWWP (z.B. x Klimageräte jeweils pro Raum), zusätzlich PV mit Heizstab für Brauchwasser, mit/ohne Batterie-Speicher
– SWWP mit PVT-Kollektoren, ohne/mit Batterie-Speicher und zusätzlichen PV
– Solarthermie mit Langzeitspeicher und zusätzlich PV mit Batterie und Infrarot-Heizung.
– Sole-Wasser-Wärmepumpen mit Erdkollektoren (mit geringer Leistung als zLWWP) mit zusätzlichen PV (z.B.nur 4 KWp), dafür mit Batteriespeicher
Der Vergleich LWWP MIT PV gegenüber SWWP OHNE PV erscheint unter finanziellen Aspekten zunächst logisch („investitionsgleich“), ist jedoch systematisch wie kommuniktiv schwierig. – Kommuniktiv schwierig, da aufgrund des Stille-Post-Phänomens am Ende beim Laien nur noch die Aussage „LWWP ist ökologischer/besser als SWWP“ übrig bleibt. Dafür können die Autoren natürlich nichts. Wichtig wäre, „ganz ganz dolle“ und immer wieder darauf hinzuweisen, dass diese Betrachtung immer nur für die Annahme „investitionsgleich“ gilt. – In der Systematik schwierig, da hier in gewisser Weise Äpfel mit Birnen verglichen werden (ähnlich „ein ungedämmtes Haus ohne Bewohner ist in der Gesamtbetrachtung ökobilanziell günstiger als ein bewohntes Niedrigenergiehaus“). Problem: Die Ausgaben für PV werden gleichgesetzt mit den Kosten für die Wärmepumpe. Die PV spielt ihre Investkosten jedoch wieder rein, die Wärmepumpe kostet jedoch nur (und liefert dafür Wärme). Es spricht ja nichts dagegen, auch eine SWWP um eine PV zu ergänzen. Zwar ist dann die Erstinvestition noch höher, aber die PV-Mehrkosten werden ja wieder eingespielt. Daher sind m.E. die Investkosten für eine PV hier nicht relevant. Auch ist nicht verständlich, warum in diesem Vergleich die LWWP nur 6,6 kW, die SWWP aber 8,9 kW hat. Auch hier Äpfel mit Birnen? Bei gleicher Leistung sollte die SWWP mit maximal 2 Bohrungen auskommen. Ich will auf keinen Fall der SWWP das Wort reden und danke den Autoren für diese sehr umfangreiche Betrachtung, die zum Nachdenken anregt. Was aber nicht vergessen werden darf: je mehr Parameter in einen Vergleich einfließen, desto schwieriger wird es, daraus (im besten Falle allgemeingültige) Schlüsse zu ziehen.
Im Prinzip richtig Ihre Überlegung. Man kann es noch kürzer ausdrücken: Wenn es darum geht, mit begrenztem Geld möglichst viel ökologischen Nutzen zu erzielen, dann ist die Schlussfolgerung der Autoren des Artikels richtig. Wenn es aber darum geht, mit dem Bau eines Hauses möglichst wenig ökologischen Schaden anzurichten und noch etwas Nutzen für andere (in Form von PV-Stromlieferung), dann sollte man sich doch überlegen, ob nicht die Erdsonde eine sinnvolle Investition ist.
Leider wird in unserem Land immer noch die Verfügung über viel Geld als Freibrief für die Erhöhung des CO2-Fußabdrucks gesehen. Wenn es mal üblich würde, viel Geld als Möglichkeit zu sehen, seinen ökologischen Fußabdruck zu verringern, dann wäre viel erreicht.
An den Kommentaren oben sehe ich, dass die Schlussfolgerung der Autoren die Gedanken in die falsche Richtung lenkt: Die meisten verstehen das als Aufforderung und Rechtfertigung dafür, für sich einen finanziellen Vorteil herauszuschlagen ohne die Folgen für das Ganze zu bedenken. Der Eigenverbrauchswahnsinn illustriert das am deutlichsten: Wertvoller Strom wird ineffizient verbraten, weil man es darf, und die Vergütungsstruktur es begünstigt. Aber statt dass dieser Wahnsinn mal begrenzt wird, fordern die Kommentatoren noch seine Ausweitung, in der Hoffnung, dass sie persönlich einen größeren Vorteil daraus herausschlagen könnten, als es einen Nachteil für sie bedeutet, wenn alle anderen es genauso machen.
„Der Eigenverbrauchswahnsinn illustriert das am deutlichsten: Wertvoller Strom wird ineffizient verbraten, weil man es darf, und die Vergütungsstruktur es begünstigt. Aber statt dass dieser Wahnsinn mal begrenzt wird […]“
Es wird nicht besser, wenn man es immer wieder wiederholt. Die Studien dazu sind Studien, die zeigen, dass Menschen mit mehr/steigendem Vermögen mehr Energie verbrauchen (oder dass Menschen mit Erdbeerbeeten mehr Erdbeeren essen).
Was Sie „Wahnsinn“ nennen, ist normales Verhalten und liegt nun in der Natur der Sache. Irgendwie haben Sie da ein sehr spezielles Problem mit, das mir noch immer nicht ganz klar wird, zumal Sie das mit drastischer Wortwahl an jeder sich bietenden Stelle raushauen. Warum?
Dass jemand viel Erdbeeren isst, der sie selbst anbaut, ist nicht das Problem. Das Problem fängt an, wenn er auf dem Markt einen staatlich garantieren Preis für die erlösen möchte, die er selber nicht essen konnte, und über überhöhte Preise schimpft, wenn sein Acker zu wenig Erdbeeren geliefert hat. Sie sehen: ihr Beispiel passt nicht so recht, denn der Erdbeermarkt ist wesentlich freier als der Strommarkt, umgekehrt ist es auch kein großes Unglück, wenn man mal etwas weniger davon zu essen hat. Da wollen wir die BLÖD-Schlagzeilen doch gar nicht lesen, wenn es wegen Unterproduktion zu Abschaltungen kommt.
Jetzt winden Sie die Argumentation hin und her wie sie gerade passt.
Mal ist der erhöhte Eigenverbrauch das Problem („[…] ineffizient verbraten […]“ -> Futtert zu viele Erdbeeren) , und dann ist es der Einspeisepreis ([…]staatlich garantierter Preis […] -> jammert über den Erdbeerpreis).
Es ist komplex und es ergibt wenig Sinn auf die eine oder die andere Seite einseitig zu kritisieren, denn ohne die jeweils eine Seite, gäbe es die andere nicht. Der Einspeisepreis ist bekanntermaßen kein natürlicher Marktpreis, sondern als Förderung gedacht gewesen – und das ist es im Grunde bis heute – nur das dieser Förderpreis mittlerweile dem Marktpreis so nahe gekommen ist, dass der Fördercharakter der Vergangenheit unscharf wird und mit dem Marktpreis zu verschwimmen scheint. Und ja: Jeder, absolut jeder staatliche Eingriff in marktwirtschaftliche Preisstrukturen hat unerwartete und (oft) dumme Folgen (siehe die „Gaspreisbremse“ -> der Endkundenpreis wird auf magische Weise nie wieder unter die 12 Cent fallen, solange diese Regelung besteht), die meist nur langsam wieder abgebaut / angepasst werden.
-> Gaspreis ist wieder auf „marktnormalniveau“, während die Preisbremse bis Ende 2023 in Kraft ist.
-> Mitnahmeeffekte sind unausweichlich.
Beim Thema Geld ist sich eben jeder selbst der Nächste.
Dass es bei der Untersuchung der TU Dresden um einen Systemvergleich von WP-Anlagen geht, ist schön und gut – und sicher auch aussagekräftig in diesem Bereich.
Was mir in der ganzen Sache fehlt: Wir stecken in einer reinen Ergieaufbringungsdiskussion fest. Dabei wäre gerade im Gebäudebereich ein anderer Ansatz wichtig: eine Einsparungsdiskussion!
Ganz abgesehen davon, dass ein Familienhaus mit einem Heiz-Energiebedarf von etwa 15 MWh / Jahr längst nicht mehr Stand der Technik ist: Bei einer Investition in eine reine Erneuerung des Heizsystems wird (primärenergieseitig) nicht besonders viel eingespart.
Trotzdem bleibt eine Verbesserung der Gebäudehülle bei den meisten Untersuchungen und Vergleichen außen vor, obwohl dadurch ein wesentlich höheres Einsparungspotenzial mit vergleichbaren Investkosten zu realisieren wäre. Insbesondere bei Dämmstoffen auf Basis nachwachsender Materialien wie Holz (Weichfaser), Zellulose oder Hanf/Flachs könnte auch die CO2-Bilanz der Maßnahme sehr günstig ausfallen. Auch die voraussichtliche Lebensdauer der Maßnahmen würden die angenommenen 20 Jahre für die WP-Anlagen mit Sicherheit übersteigen.
Auf „Nebenschauplätze“ wie die Kapazität der Übertragungsnetze, und das durchaus auch regional bzw lokal, wurde ja in anderen Kommentaren bereits hingewiesen. Auch hier entstehen massive Kosten und Aufwendungen, die letzlich in einen umfassenden Systemvergleich einbezogen werden müssten, wenn dieser nicht „hinken“ soll.
Aber als langgedienter Energieberater ist mir natürlich klar: Wärmedämmung ist angesichts der hochtechnischen Diskussionen über Wasserstoff, PV, Wärmepumpen, Brennstoffzellen usw. einfach zu wenig sexy …
Und wieso vergleicht man nicht im Artikel gleiches mit gleichem? Was wäre denn SoleWasser mit Pv kombiniert?
Die Folge wären noch höhere Investitionskosten als die SWWP ohne PV. In der Studie wurden Lösungen mit etwa gleichen Investitionskosten verglichen. Vergleiche von gleichem mit genau gleichem sind wenig sinnvoll – es muss schon Unterschiede geben. Nur die Änderung von zu vielen Parametern gleichzeitig macht die Sache unübersichtlich.
PV ist zwar bei der gegebenen Gebührenstruktur durchaus eine Möglichkeit, Geld zu sparen, aber eigentlich passen PV und Wärmepumpe nicht gut zusammen: Wenn die PV viel liefert – im Sommer – verbraucht die WP kaum Strom, wenn man eine Solarthermieanlage betreibt gar keinen. Die WP braucht viel Strom, wenn die PV – im Winter – viel zu wenig Strom liefert.
Die kostenwahre Gebührenstruktur sähe also so aus, dass man für den sommerlichen Strom, den man ins Netz abgibt, weil man selbst keine Verwendung dafür hat, fast nichts bekommt, für den Reststrom, den man im Winter aus dem Netz beziehen muss, aber deutlich mehr als bisher bezahlt. Wirklich teuer muss der WP-Strom trotzdem nicht werden, wenn man die WP vorzugsweise dann betreibt, wenn ausreichend Windstrom im Netz ist. Gerade daran wird es allerdings mangeln, wenn der Windausbau weiterhin so schleppend verläuft. Wegen des politischen Widerstandes gegen die Windenergie wird in Zukunft wohl mehr PV- als Wind-Leistung zugebaut werden. Für die Wärmepumpen wird das hoch problematisch. Und für diejenigen, die hofften mit eigenerzeugtem PV-Strom für die WP viel Geld sparen zu können, könnte sich das als Fehlkalkulation herausstellen, wenn der WP-Strom aus dem Netz zumindest zeitweise sehr teuer wird.
Für sich genommen sind natürlich beide Investitionen (PV und WP) sinnvoll und wünschenswert. Aber auf Dauer wird sich der Preisvorteil für die Eigenstromverbraucher nicht halten lassen, denn er geht auf Kosten derjenigen, die diese Kombination nicht schaffen.
Danke für diesen ausführlichen Vergleich, der viele wichtige Aspekte berücksichtigt.
Allerdings fehlt mir einerseits der Umweltaspekt Geräuschentwicklung, der unbedingt vor allem auch bei dichter Wohnbebauung relevant ist. Zudem fehlt eine weitere Variante der LWWP: die Kombination mit PVT-Kollektoern statt Außengerät. Diese sollen angeblich auch in Frostperioden deutlich effizienter sein als Außengeräte. Stimmt das? Wie sieht die Investitionsseite aus? und wie die gesamte Klimabilanz?
Technisch ist das keine schlechte Lösung mit PVT-Kollektoren. Wenn man das „T“ auf Luft übertragen lässt, sollte es eigentlich auch kostengünstig zu realisieren sein. Nicht mal mit sommerlicher Wärmeüberproduktion hätte man dann Schwierigkeiten. Die einzige Lösung, die ich kenne, scheint aber ziemlich teuer zu sein: https://www.pv-magazine.de/2022/10/21/paxos-und-th-koeln-entwickeln-solardachpfanne-fuer-strom-und-waerme/
Aber da ist das letzte Wort vielleicht noch nicht gesprochen. Oft sind Preise bloß hoch, weil die Stückzahlen zu niedrig sind. Mit etwas staatlicher Anschubfinanzierung könnte man die Stückzahlen erhöhen und damit die Preise senken – hat bei der PV ja auch gut geklappt.
Ich hätte mir auch einen Sole-WP mit PV im Vergleich gewünscht.
Mein System ist eine Sole-WP (Hersteller Ecoforest: Macht aus 5 K Differenz ein Top Heizergebnis)
– MIT 6 Erdkörben der Fa. Betatherm (Kosten ~ 12 Tsd. Euro ~vergleichbar mit 2 Bohrungen à 100m)
– mit PV (7,84 kWp)
– und Batteriespeicher 8,8 kWh
– die WP läuft so gut wie nur am TAG: Wahrscheinlichkeit hoch, dass die PV auch was bringt
Was vielfach vergessen wird: Es kann mit Sole-WP auch GEKÜHLT werden und der Boden wird regeneriert bzw. Wärmeenergie wird im Boden gespeichert (Wie effizient auch immer…aber in 4,5 m Tiefe Erwärmung auf ca. 14 °C)
Fazit: Das System ist bis in den Winter hinein effizienter!
Gesamtstromverbrauch der WP in einem Jahr (2022): 2.730 kWh elektr., JAZ: 5,1; Heizenergie: 11800 kWh therm, Kühlenergie 2.100 kWh therm
Meine Meinung: Luftwärmepumpen sind teilweise zu laut und nicht schick irgendwo ans Haus gestellt. –> Der Mehrpreis einer Sole-WP ist gerechtfertigt, wenn baulich möglich und die Kühlung im Sommer wollte ich nicht mehr missen
Die Luft-Wasser Pumpe hat auch einige Vorteile. Sie ist nun mal in der Summe deutlich günstiger und sie wird bei 80% Anteil und der enormen Skalierung wohl auch noch billiger und noch einfacher (Monoblock) beim Einbau „von der Stange“ sein. Sie ist in einem immer größeren Bereich invertierend, das macht sie immer universeller bzw. narrensicherer im Einbau.
Der SCOP Abstand schmilzt von Jahr zu Jahr, liegt aktuell bei ca. 20%, bei den besten Modellen sogar schon nahezu gleichauf mit SCOP Werten um die 6. Da geht also noch immer was, weil die weltweite Forschung und Entwicklung bei diesem großen lukrativen Luft/Wasser Bereich derzeit sogar verstärkt wird, zum Beispiel auch für den Altbau und höhere Vorlauftemperaturen. Gekühlt werden kann auch mit dieser Pumpe, wenn auch energieaufwändiger…
Wie absurd günstig eine solche Pumpe sein kann, habe ich mit dem Selbstbau vor 3 Jahren erlebt. Sie hat mich ohne Förderung und mit allem Zubehör 4k gekostet… und ich denke, die Entwicklung geht auch zukünftig in Richtung 10k inkl. Einbau bei optimalen Verhältnissen… will see.
Vielen Dank für diese spannende Studie (auch wenn ich in der Konsequenz anderer Auffassung bin).
Offensichtlich wurde die ganzheitliche Betrachtung darauf fokussiert, wie man pro 1€ den größten CO2 senkenden Erfolg hat – kann man ja machen, dennoch sehe ich einige entscheidende Fehler in der Annahme.
Mein Hintergrund: Ich bin nur versierter Laie, der seinen Altbau (DHH aus 65, mit Heizkörpern beheizt) erfolgreich umgestellt hat.
1) Annahme Kosten LWWP vs SWWP mit EWS
Die EWS ist nicht mit defekt der WP in xy Jahren auch defekt, sie hält mindestens 50 Jahre. Die Kosten (bei uns ~18000€ für 2x99m) sind also auf 50 Jahre zu betrachten (übern Daumen also 360/a).
Bei guter Planung kommt eine modulierende SWWP auch bei Heizkörpern OHNE Pufferspeicher (als Trennpuffer, hydraulische Weiche) aus. Hier ist die SWWP um diesen Punkt (2000-3000€) günstiger.
Wie lange hält eine LWWP (Wind und Wetter ausgesetzt), wie lange die SWWP?
2) „Ganzheitliche Betrachtung“ der Hydraulik im Altbau mit Heizkörpern
Um das System WP und Haushydraulik bewerten zu können, sind die realisierbaren Volumenströme von entscheidender Bedeutung! Eine LWWP benötigt Abtauenergie und spätestens dann auch sehr hohe Volumenströme (1,2-1,8 cbm/h) und eine entsprechende Wassermenge im System. Modulierende SWWP brauchen das nicht und kommen auch mit weniger Volumenstrom aus (0,5 – 1 cbm/h) Daher werden in der Regel LWWP im Altbau nur mit Pufferspeicher verbaut. Diese reduzieren nach Aussage von Prof. W. Schenk und auch dem Fraunhofer Institut die JAZ um ca.1.
Empfehlenswert auch der Vergleich der Prospektwerte von LWWP und realen Werten aus der Wärmepumpen-Verbrauchsdatenbank. Das ist manchmal ernüchternd.
3) Effizienzbetrachtung
Kann eine SWWP ohne Puffer realisiert werden wird sie (bei korrekter Planung und Einstellung) immer deutlich effizienter sein als eine LWWP, keinen Heizstab brauchen und in Zeiten, wo das Netz am stärksten belastet sein wird mit deutlich weniger Energieeinsatz auskommen.
In Zahlen:
für unsere 15MWh Wärmebedarf braucht die SWWP höchstens 3000kWh elektr. Energie (aktuelle JAZ deutlich besser 5!)
Eine LWWP mit Puffer wird bei den HK typischen Systemtemperaturen allenfalls eine JAZ von 3,75 schaffen, wir benötigten dann 4000kWh. Das sind je nach lokalem Strompreis 300-400€/a Mehraufwand, damit ist der Mehraufwand für EWS ausgeglichen.
Wo ist der Preisvorteil der LWWP?
Der Unterschied zwischen Angebot LWWP und unser realisierten SSWWP mit EWS lag vor Förderung bei ca 9000€ nach Förderung bei ca 5000€. Betrachtet man die höhere Effizienz für die Lebensdauer der EWS und die vermutlich geringere Lebensdauer der LWWP, ist das gut investiertes Geld.
Und die PV sollte man ohnehin zusätzlich bauen aber nicht mit durch geringere Effizienz „gesparten“ Geld!
Mit freundlichen Grüßen
R. Schmidt
Der geringe Unterschied zwischen Luft-Wasser- und Solar-Wasser-WP überrascht mich, und trifft möglicherweise nur unter idealen Bedingungen zu, insbesondere bei niedriger Vorlauftemperatur der Heizung. Der in Zukunft besonders hohe Strompreis an kalten Tagen, an denen die Luft-Wasser-WP nur noch als Widerstandsheizung fungiert, müsste auch einkalkuliert werden. Bei Boden-WP bestehen zudem Möglichkeiten der aktiven Regeneration durch Wärmeeintrag im Sommerhalbjahr. Luft-WP haben zudem den Nachteil der beträchtlichen Lärmbelästigung, die gern verschwiegen wird.
Vielleicht solle v.a. allem angestrebt werden, die Kosten für die Bohrungen durch weniger Bürokratie und Masseneinsatz zu senken und bei diesen WP ein umweltverträgliches Kühlmittel einzusetzen?
Sehr geehrter Herr Bumann,
sehr geehrte Damen und Herren,
herzlichen Dank für den interessanten Artikel, der mich davor bewahrt hat, eine teure Sole-Wärmepumpe zu kaufen und mehrere 100 m Plastikrohr im Boden zu versenken.
Um den ganzheitlichen Ansatz, noch etwas weiter zu fassen, habe ich mich gefragt, ob sich die Investitionen in eine PV Anlage unabhängig vom Sole-Vergleich rein wirtschaftlich überhaupt lohnt, oder ob ich es bei einer Wärmepumpe belassen soll?
Da ich weder Ökonom noch Ingenieur bin, habe ich rein überschlägig gerechnet und bin bei einer Investition von 17.300€, einer Nutzungsdauer von 30 Jahren, einem Kapitalzins von 4% auf jährliche Grundkosten der PV-Investition von 1.269€ gekommen. Demgegenüber stehen Erträge in Form von Minderbezug und Einspeisevergütung in Höhe von 1.290€ pro Jahr.
Jetzt könnte man sich freuen, dass der Markt funktioniert, denn offenbar kommt es zu einer sinnvollen Bilanz. Ob sich der Kauf einer PV Anlage jedoch tatsächlich lohnt, wie im Artikel geschlussfolgert sei dahingestellt. Wer Spaß an der Auseinandersetzung mit Netzbetreibern und Handwerkern hat, kommt sicherlich auf seine Kosten 🙂
Mit freundlichen Grüßen!