Analyse des deutschen Wärmepumpenmarktes

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Aktualisierung der Studie
Analyse des deutschen Wärmepumpenmarktes
- Bestandsaufnahme und Trends -
Bochum, Februar 2014
Analyse des deutschen Wärmepumpenmarktes – Bestandsaufnahme und Trends
Diese Studie wurde erstellt von:
Internationales GeothermieZentrum Bochum
Hochschule Bochum – Bochum University of Applied Sciences
Autoren:
Kirsten Appelhans, M.Sc.
M. Techn. Dipl.-Biol. Stephan Exner
Prof. Dr. Rolf Bracke
Bochum, Februar 2014
Auftraggeber:
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung
Baden-Württemberg (ZSW)
für die
Arbeitsgruppe Erneuerbare Energien Statistik (AGEE-Stat)
Kontakt:
Prof. Dr. Rolf Bracke
Hochschule Bochum
Lennershofstraße 140 - 44801 Bochum
T: 0234 - 32-10233 / F: 0234 - 32-14890
2
Zusammenfassung
Die Europäische Union und die Bundesregierung haben angesichts limitierter Ressourcen fossiler
Energieträger sowie der durch ihren Einsatz entstehenden hohen Emissionen an Kohlenstoffdioxid
klare Ziele für eine schrittweise Energiewende und den Klimaschutz definiert. Ein wichtiger
Bestandteil zur Erreichung der Ziele ist neben der energetischen Sanierung von Gebäuden und der
Errichtung effizienter Neubauten auf Grundlage der Energieeinsparverordnung (EnEV) die
Bereitstellung von Wärme durch erneuerbare Energien.
Hierbei stellt die Wärmepumpe eine für verschiedene Einsatzzwecke verwendbare Möglichkeit
dar, die in der Umwelt gespeicherte Wärme aus Erdreich, Luft und Grundwasser bzw. alternativen
Wärmequellen wie Abluft oder Abwasser unter Zuführung elektrischer oder thermischer Energie
zur Bereitstellung von Nutzwärme und Trinkwarmwasser zu nutzen.
Entwicklung des Wärmepumpenbestands bis 2013
Absatzzahlen und Anlagenbestand
Nach einem starken Anstieg der Absatzzahlen elektrischer Heizungswärmepumpen im Zeitraum
2006 bis 2008, in denen im Vergleich zu vorangegangenen Jahren mehr als doppelt so viele
Anlagen verkauft wurden, und einem dann folgenden Rückgang, ist die Anzahl verkaufter Systeme
seit 2011 wieder zunehmend. Im Jahr 2013 wurden 60.000 elektrische Heizungswärmepumpen
verkauft. Im Vergleich zu 2012 entspricht dies einem Anstieg von weniger als 1 %. In den letzten
Jahren ist ein deutlicher Trend zu Luft-Wasser-Wärmepumpen zu verzeichnen. Hinzu kommen
12.100 verkaufte Brauchwasser-Wärmepumpen, die ausschließlich zur Bereitstellung von
Trinkwarmwasser eingesetzt werden sowie rund 1.300 gasbetriebene Wärmepumpen
(s. Abbildung 0.1). Da diese Systeme erst vor einigen Jahren in den Markt eingeführt wurden, sind
die Absatzzahlen im Vergleich zu den anderen Wärmepumpentypen noch relativ gering.
Absatzzahlen Wärmepumpen 1990 bis 2013
60.000
50.000
1400
Luft
Sole
1200
1000
Wasser
40.000
30.000
Brauchwasser-Wärmepumpen
Gas-Wärmepumpen gesamt
800
600
20.000
400
10.000
200
0
Absatz Gas-Wärmepumpen
Absatz elektr. Heizungswärmepumpen/
Brauchwasser-WP
70.000
0
Abbildung 0.1: Absatzzahlen von Wärmepumpen in Deutschland im Zeitraum 1990 bis 2013 (5)(13 a-c)(3 a+b)
3
Insgesamt waren im Jahr 2013 ca. 760.000 Wärmepumpen (elektrische, gasbetriebene und
Brauchwasser-Wärmepumpen) in Deutschland installiert. Dies entspricht in etwa einer
Verdopplung des Wärmepumpenbestands seit der Jahrtausendwende.
Heizleistungen
Die durchschnittlichen Heizleistungen der derzeit in Deutschland installierten Wärmepumpen
liegen für Luft-Wasser-Anlagen und Sole-Wasser-Anlagen bei 12 kW. Grundwasserbetriebene
Wärmepumpen haben eine durchschnittliche Heizleistung von 16 kW. Aufgrund eines
vorwiegenden Einsatzes im industriellen und gewerblichen Bereich weisen Gaswärmepumpen
eine vergleichsweise hohe durchschnittliche Heizleistung von 37 kW auf. Reversible
Wärmepumpen werden bislang überwiegend in Nichtwohngebäuden und gewerblichen
Anwendungen genutzt, sodass die durchschnittliche Heizleistung höher liegt als bei nicht
reversiblen Anlagen. Durch einen zunehmenden Dämmstandard von Gebäuden haben sich die
Heizleistungen von elektrischen Wärmepumpen seit 1990 um durchschnittlich 5 kW verringert.
Anlagenstandorte
Im Jahr 2012 wurden 62 % der elektrischen Heizungswärmepumpen in Neubauten installiert. Für
das Jahr 2013 geht der Bundesverband Wärmepumpe von einem Anteil von über 80 % aus. In den
kommenden Jahren wird der Gebäudesanierung eine gesteigerte Bedeutung zukommen, sodass
der Einsatz von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden nach einer zuletzt rückläufigen Entwicklung
wieder zunehmen wird. Im Gebäudebestand werden oftmals Luft-Wasser-Wärmepumpen
eingesetzt, da sie im Gegensatz zu einer für erdgekoppelte Anlagen erforderlichen umfangreichen
Wärmequellenerschließung mit einem vergleichsweise geringen Aufwand installiert werden
können.
Effizienz
Aus den am Wärmepumpen-Testzentrum Buchs durchgeführten Prüfstandmessungen nach
EN 14511 geht hervor, dass Luft-Wasser-Wärmepumpen eine durchschnittliche Leistungszahl von
derzeit 3,5 (bei A2/W35) aufweisen. Die durchschnittliche Leistungszahl von Sole-WasserWärmepumpen liegt bei 4,4 für B0/W35. Die nach EN 16147 getesteten BrauchwasserWärmepumpen weisen einen COP von 2,8 auf. Aktuell betragen die durchschnittlichen
Jahresarbeitszahlen 3,0 für Luft-Wasser-Anlagen und 3,8 für Sole-Wasser-Wärmepumpen. Der
durchschnittliche Heizwert von Gaswärmepumpen liegt bei 1,38.
Investitionskosten, Förderprogramme und Finanzhilfen für Wärmepumpenanlagen
Investitionskosten
Zu den Investitionskosten für Wärmepumpen gehören neben dem reinen Gerätepreis auch die
Kosten für die Erschließung der Wärmequelle sowie für Montage und Material. Für die durch das
Bundesamt für Wirtschafts- und Ausfuhrkontrolle (BAFA) geförderten Wärmepumpen-Anlagen
lagen die durchschnittlichen Investitionskosten bei 17.800 € für Sole-Wasser-Wärmepumpen, ca.
15.100 € für Wasser-Wasser-Wärmepumpen und rund 13.900 € für Luft-Wasser- Wärmepumpen.
Diese Angaben beziehen sich ausschließlich auf die Installation von Wärmepumpen in
Bestandgebäuden.
4
Förderinstrumente
In Deutschland werden Wärmepumpen seit Januar 2008 (mit kurzzeitigem Programmstopp im
Jahr 2010) im Rahmen des Marktanreizprogramms (MAP) über das Bundesamt für Wirtschaftsund Ausfuhrkontrolle staatlich gefördert. 2013 wurden im MAP 5.349 Wärmepumpen mittels
eines Investitionskostenzuschusses unterstützt. Insgesamt wurden im MAP im Zeitraum 2008 bis
2013 84.675 Wärmepumpen-Projekte bezuschusst. Darüber hinaus werden Wärmepumpen in
unterschiedlichen Programmen der KfW-Bankengruppe mittels Darlehen oder Zuschüssen
gefördert. Seit 2009 wurden bis Mitte des vergangenen Jahres etwa 2.600 Projekte mit dem
Verwendungszweck Wärmepumpe durch die KfW unterstützt.
Prognose zur zukünftigen Entwicklung des Wärmepumpenmarktes
Entwicklungsprognose 2013 bis 2020
Das in dieser Studie dargestellte Entwicklungsszenario für Wärmepumpenanlagen bis 2020 wurde
basierend auf Prognosen vom Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) und des
Bundesindustrieverbands Deutschland Haus- Energie- und Umwelttechnik e.V. (BDH) erstellt.
Hiernach wird sich der Feldbestand in Deutschland installierter Wärmepumpen bis 2015 auf
ca. 925.000 und bis 2020 auf rund 1,37 Mio. Anlagen erhöhen. Der Gesamtabsatz steigt hierbei
von derzeit ca. 72.750 auf etwa 106.100 Wärmepumpen im Jahr 2020. Die Bedeutung von
Luft-Wasser-Wärmepumpen wird weiter von aktuell ca. 47 % aller installierten elektrischen
Heizungswärmepumpen auf rund 59 % in 2020 steigen.
Für Brauchwasserwärmepumpen wird ein Anstieg des Anlagenbestands auf ca. 300.000 Anlagen
im Jahr 2020 prognostiziert. Dies entspricht ausgehend von in 2013 ca. 226.000 installierten
Anlagen einem Wachstum von 33 %. Die Entwicklung des Marktes von Gas-Wärmepumpen kann
aufgrund der erst wenige Jahre zurückliegenden Markteinführung schlecht abgeschätzt werden.
Der Bundesverband Wärmepumpe geht von einem Anstieg der Absatzzahlen von GasSorptionswärmepumpen auf 5.000 und einem Feldbestand von rund 23.200 in 2020 aus.
Technologie- und Nachfragetrends
Vor dem Hintergrund einer Umstrukturierung des Energienetzes hin zu einer dezentralen
Versorgung kommt der intelligenten Verknüpfung und Steuerung von Energieerzeugern eine
steigende Bedeutung zu. Ein wichtiger Bestandteil ist hierbei der flächendeckende Einbau
intelligenter Messsysteme, sog. Smart Meter. Des Weiteren wird eine kombinierte Nutzung
mehrerer Wärmeträger in Form von Hybridwärmepumpen zunehmend an Bedeutung erlangen.
Als weitere Trendentwicklung kann die Erschließung alternativer Wärmequellen wie Abwasser
sowie eine Erweiterung des Leistungs- und Temperaturspektrums bzw. ein vermehrter Einsatz von
Groß-Wärmepumpen in Industrie und Gewerbe genannt werden.
5
Inhaltsverzeichnis
Zusammenfassung.............................................................................................................................. 3
Inhaltsverzeichnis ............................................................................................................................... 6
1
2
Einleitung.................................................................................................................................... 8
1.1
Änderungen und Ergänzungen ........................................................................................... 8
1.2
RES-Directive ...................................................................................................................... 8
Datengrundlage und Methodik .................................................................................................. 9
2.1
3
Datenerhebung bei Branchenverbänden ......................................................................... 10
2.1.1
(BDH)
Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V.
11
2.1.2
Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) .............................................................. 11
2.2
Datenerhebung bei Förderinstitutionen .......................................................................... 11
2.3
Datenerhebung bei Forschungsinstitutionen................................................................... 12
2.3.1
Wärmepumpen-Testzentrum Buchs (WPZ) ............................................................. 12
2.3.2
Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) ................................................ 13
Entwicklung des Wärmepumpenbestands 2009 (1990) bis 2013 ............................................ 15
3.1
Entwicklung der allgemeinen Marktsituation .................................................................. 15
3.2
Anlagenbestand nach Art der genutzten Wärmequelle und Antriebsart ........................ 19
3.2.1
Wärmequelle Außenluft ........................................................................................... 20
3.2.2
Wärmequelle Erdreich ............................................................................................. 22
3.2.3
Wärmequelle Grundwasser ..................................................................................... 24
3.2.4
Reversible Wärmepumpen....................................................................................... 26
3.2.5
Gas-Wärmepumpen ................................................................................................. 28
3.3
Installierte Leistung und Energieverbrauch des Anlagenbestands .................................. 31
3.3.1
Energiemengen ........................................................................................................ 32
3.3.2
Reversible Anlagen ................................................................................................... 34
3.4
Anlagenbestand nach Art der Anwendung ...................................................................... 36
3.4.1
Brauchwasser-Wärmepumpen ................................................................................ 36
3.4.2
Alter des Anlagenbestands....................................................................................... 39
3.5
Anlagenbestand nach Leistungsklassen ........................................................................... 40
3.6
Anlagenbestand nach Gebäudeart................................................................................... 42
3.6.1
3.7
Ausstattung der Anlagen mit Wärmespeicher ......................................................... 45
Entwicklung der Effizienz von Wärmepumpen ................................................................ 46
3.7.1
Leistungszahlen ........................................................................................................ 47
6
3.7.2
4
Investitionskosten, Förderprogramme und Finanzhilfen für Wärmepumpenanlagen ............ 58
4.1
Investitionskosten für Wärmepumpen ............................................................................ 58
4.2
Förderprogramme und Finanzhilfen des Bundes ............................................................. 61
4.2.1
Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien ................................................... 62
4.2.2
Förderprogramme der KfW-Bank............................................................................. 68
4.3
5
Jahresarbeitszahlen .................................................................................................. 51
Förderprogramme und Finanzhilfen der Bundesländer .................................................. 73
Prognose zur zukünftigen Entwicklung des Wärmepumpenmarktes ...................................... 78
5.1
Prognose zur Entwicklung des Anlagenbestands bis 2020 .............................................. 78
5.1.1
Entwicklung des Wärmemarktes.............................................................................. 78
5.1.2
Entwicklung des Wärmepumpenmarktes ................................................................ 80
5.2
Aktuelle Technologie- und Nachfragetrends ................................................................... 86
5.2.1
Erweiterung des Leistungsspektrums: Wärmepumpen in Industrie und Gewerbe . 86
5.2.2
Alternative Wärmequellen: Abwasser-Wärmepumpen .......................................... 88
5.2.3
Kombination mit anderen Energieträgern: Hybridsysteme ..................................... 89
5.2.4
Intelligente Überwachung und Steuerung von Wärmepumpen: Smart Metering .. 91
6
Literaturverzeichnis .................................................................................................................. 93
7
Abbildungsverzeichnis .............................................................................................................. 98
8
Tabellenverzeichnis ................................................................................................................ 101
7
1
1.1
Einleitung
Änderungen und Ergänzungen
Die vorliegende Studie stellt eine Aktualisierung der im Jahr 2010 veröffentlichten Analyse des
deutschen Wärmepumpenmarkts dar. Neben einer Fortschreibung der Daten seit 2009 wurden
die damalig erfassten Werte einer umfassenden Prüfung und allfälligen Überarbeitung und
Anpassung unterzogen.
Darüber hinaus wurden Gas-Wärmepumpen und reversible Elektrowärmepumpen mit in die
Erhebung aufgenommen, obschon in beiden Fällen eine relativ unsichere Datenlage besteht. Die
diesbezüglich in dieser Studie getroffenen Aussagen beruhen auf Einzelwerten und
Abschätzungen und fußen nicht auf einer breiten Datenbasis.
1.2
RES-Directive
In Ergänzung zur Richtlinie 2009/28/EG des Europäischen Parlaments, der sogenannten
„Ökodesign-Richtlinie“ oder auch „RES-Directive“ (RES = Renewable Energy Sources), wurde im
März 2013 ein Beschluss (2013/114/EU) verabschiedet, welcher der Festlegung von Leitlinien für
die EU-Mitgliedsstaaten zur Berechnung der durch Wärmepumpen gewonnenen Energie dienen
soll.
Durch diese Leitlinien soll eine einheitliche Erhebung der in den einzelnen Mitgliedsstaaten durch
Wärmepumpen erzeugten Wärme ermöglicht werden, bei der die jeweiligen Randbedingungen
der Länder wie das Klima, Wärmequellenart oder der technische Standard respektive der
durchschnittlichen Jahresarbeitszahlen berücksichtigt werden.
Als Grundlage zur Bewertung der Effizienz von Anlagen dient der SPF (seasonal performance
factor), der im Wesentlichen der Jahresarbeitszahl entspricht. Seitens der EU wird gefordert, dass
wenig effiziente Anlagen nicht in die Berechnung der Energiemengen mit einfließen. Laut der
Richtlinie gelten nur solche Anlagen als effizient, die einen SPF von mehr als das 1,15-fache des
Kehrwertes vom Gütegrad (Eta) aufweisen.
Der Gütegrad stellt hierbei das Verhältnis der gesamten Bruttoelektrizitätserzeugung zum
Primärenergieverbrauch für die Elektrizitätserzeugung dar. Für einen gesetzten Eta-Wert von
45,5 % ergibt sich ein Mindest-SPF von 2,5 (2). Alle Anlagen, die diesen Wert unterschritten
haben, wurden aus den Energiemengen herausgerechnet.
Für Deutschland gilt dies für Luft-Wasser-Anlagen, die im Zeitraum von 1990 bis 2001 diesen Wert
im Durchschnitt aller installierten Anlagen nicht erreicht haben.
Darüber hinaus gibt die Richtlinie eine Differenzierung nach reversiblen und nicht reversiblen
Wärmepumpen vor. Reversible Anlagen ermöglichen eine aktive Kühlung und können mit jeder
Art von Wärmequelle betrieben werden. In Deutschland überwiegen allerdings reversible
Luft-Wasser-Wärmepumpen, die den Großteil der Anlagen zur aktiven Kühlung ausmachen
(s. Abschnitt 3.2.4).
8
2
Datengrundlage und Methodik
Ziel dieser Studie ist eine möglichst genaue, detaillierte und nach Wärmequellen und Betriebsart
differenzierte Erfassung des Feldbestands der aktuell in der Bundesrepublik installierten
Wärmepumpen und der von ihnen erzeugten Nutzwärme. Neben einer Aktualisierung der im
Gutachten von 2010 erfassten Daten für den Zeitraum von 2008 bis 2013 wurden sämtliche Daten
seit 1990 überprüft und bei allfälligen neuen Erkenntnissen und Daten angepasst. Darüber hinaus
wurden die Datenreihen soweit möglich um reversible und gasbetriebene Wärmepumpen
ergänzt. Hierbei fußte die Datenerfassung weitestgehend auf den vom Bundesverband
Wärmepumpe e.V. (BWP) und dem Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und
Umwelttechnik e.V. (BDH) erhobenen Bestands- und Absatzzahlen. Im Bereich der
Gaswärmepumpen wurden ergänzend Angaben der Arbeitsgemeinschaft für sparsamen und
umweltfreundlichen Energieverbrauch e.V. (ASUE) sowie des Bundesverbands der Energieund Wasserwirtschaft e. V. (BDEW) herangezogen.
Zur Abschätzung der Effizienz von Wärmepumpenanlagen dienten vorwiegend langjährig erfasste
Testergebnisse des Wärmepumpen-Testzentrum Buchs (WPZ) sowie des Fraunhofer Instituts für
Solare Energiesysteme (ISE). Beide Forschungseinrichtungen verfügen durch umfassende Tests
und Studien über eine große unabhängig erfasste Datenmenge verschiedenster Wärmepumpen.
Die Angaben zu Förderungen gründen sich auf die Förderstatistiken des Bundesamts für
Wirtschafts- und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und der KfW-Bank. Ergänzend hierzu erfolgten
Recherchen bezüglich Förderprogrammen in einzelnen Bundesländern bei den jeweiligen
Förderinstitutionen sowie über die Förderdatenbank des Bundesministeriums für Wirtschaft und
Energie (BMWi). Sämtliche Angaben über Verteilungen von Wärmepumpen auf neu fertiggestellte
Wohn- und Nichtwohngebäude erfolgten auf Grundlage der Bautätigkeitsstatistiken des
Statistischen Bundesamtes.
Des Weiteren erfolgten ergänzend zu oben genannten Datenquellen Experten- und Installateurbefragungen zur Einschätzung aktueller Trends sowie hinsichtlich der durchschnittlichen
Heizleistungen und Investitionskosten von Wärmepumpenanlagen. Darüber hinaus wurden zu
den bereits genannten Punkten sowie im Hinblick auf Technologietrends und Prognosen der
künftigen Marktentwicklung im Wärmepumpensektor umfassende Literatur- und
Internetrecherchen durchgeführt.
Aufgrund eines nur geringen Erfolgs einer im Rahmen der letzten vom Internationalen
GeothermieZentrum Bochum (GZB) erstellten Marktanalyse durchgeführten Herstellerbefragung
bei vierzig im Bereich Wärmepumpen relevanten Herstellerfirmen wurde bei dieser Aktualisierung
auf eine direkte Befragung der Unternehmen verzichtet. Seitens der Branchenverbände BWP und
BDH wird monatlich eine Erfassung der Verkaufszahlen mittels eines notariellen
Treuhänderverfahrens durchgeführt, sodass sich die in dieser Studie angeführten Daten
hauptsächlich auf diese Erhebungen gründen.
9
2.1
Datenerhebung bei Branchenverbänden
Wesentliche Grundlage der Bestandsaufnahme für diese Studie bilden die gemeinsam von den
beiden Branchenverbänden Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) und Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V. (BDH) erhobenen Bestands- und
Absatzzahlen verschiedener Wärmepumpenhersteller. In diesen Verbänden sind unterschiedliche
Unternehmen der Wärmepumpenbranche organisiert. Zu den Themenfeldern beider Verbände
gehören neben der Marktbeobachtung und Öffentlichkeitsarbeit im Haustechnik- bzw.
Wärmepumpensektor auch die Bearbeitung politischer und technischer Fragestellungen im
Hinblick auf Förderungen sowie technische Normen.
Die beiden Verbände veröffentlichen jährlich gemeinsam die aktuellen Absatzzahlen im
Wärmepumpensektor. Bislang umfasst dies ausschließlich elektrische Heizungswärmepumpen
sowie Brauchwasserwärmepumpen. Verkaufszahlen von gasbetriebenen Wärmepumpen,
Lüftungswärmepumpen und Hybridsystemen sowie spezieller Wärmepumpentypen wie
Direktverdampfungswärmepumpen werden derzeit zwar teilweise erfasst, aufgrund einer
geringen oder unzureichenden Datenlage aber nicht veröffentlicht. Zur Erfassung der
Absatzzahlen melden die in den Verbänden organisierten Herstellerfirmen ihre monatlichen
Absatzzahlen an einen treuhänderisch eingesetzten Notar, der die gemeldeten Zahlen
anonymisiert an den BWP und den BDH weiterleitet.
Da sehr viele Herstellerfirmen innerhalb der beiden Verbände organisiert sind und rund 40
Unternehmen regelmäßig ihre Absatzzahlen an die Verbände melden, spiegeln die erhobenen
Zahlen einen Großteil der deutschen Wärmepumpenbranche wider und weisen damit eine hohe
Marktabdeckung auf. Dennoch werden hierüber nicht sämtliche in Deutschland verkauften
Wärmepumpen erfasst, weil in diesen Zahlen neben den nicht gemeldeten Daten auch Importe
nicht enthalten sind. Daher wird seitens des BWP angenommen, dass der Anteil nicht
berücksichtigter Wärmepumpen für die Jahre 2011 und 2012 bei 5 % liegt, im Zeitraum 2001 bis
2010 bei 10 % und zwischen 1991 und 2000 bei 15 %. Für sämtliche Jahre davor wurde dieser
Anteil auf 20 % angenommen. Diese Abschätzung begründet sich darauf, dass in vorangegangen
Jahren jeweils noch deutlich weniger Hersteller im BWP bzw. BDH organisiert waren (13 d).
Bei den Angaben zum Feldbestand der installierten elektrischen Heizungswärmepumpen und
Brauchwasserwärmepumpen wurde eine Rückbauquote einberechnet, die unter anderem die
Zusammenlegung von Heizungsanlagen oder den Abriss von Gebäuden samt Heizungsanlagen
sowie den Ersatz von Heizungen durch Fernwärmenutzung berücksichtigt. Darüber hinaus sind in
die Daten von BWP und BDH Austauschraten für Heizungswärmeerzeuger eingeflossen. Hierbei
wurde zugrunde gelegt, dass die maximale Lebensdauer eines Wärmeerzeugers bei 30 Jahren
liegt. Nach Schätzungen des BWP werden 50 % der Heizungsanlagen nach 22 Jahren und 80 %
nach 25 Jahren ausgetauscht.
Die vom BWP und BDH durchgeführte Erhebung der monatlichen Absatz- (und Bestands-)zahlen
von Wärmepumpen stellt durch die hohe Marktabdeckung die aktuell belastbarste Datenquelle in
Bezug auf den deutschen Wärmepumpenmarkt dar und bildet daher die wesentliche Grundlage
dieser Studie.
10
2.1.1 Bundesindustrieverband Deutschland Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V.
(BDH)
Dem BDH gehören 102 Unternehmen und zwei assoziierte Verbände der Versorgungstechnik mit
Schwerpunkt Heizungstechnik an. Der BDH vertritt gegenüber Politik, Öffentlichkeit,
Marktpartnern und Verwaltung die wirtschaftlichen, technischen und politischen Interessen
seiner Mitglieder. Die im BDH organisierten Herstellerfirmen repräsentieren einen Marktanteil
von 60 % am europäischen Markt. Zu den Mitgliedern des BDH zählen unter anderem Hersteller
von Wärmeerzeugern, Wärmeübergabesystemen und Anlagen zur Trinkwarmwasserbereitung auf
der Basis fossiler wie erneuerbarer Energieträger (6).
2.1.2 Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP)
Der Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) ist ein die gesamte Wärmepumpenbranche
repräsentierender Verband mit Sitz in Berlin, in dem rund 600 Mitglieder organisiert sind. Hierzu
gehören neben Wärmepumpenherstellern, Bohrunternehmen und Fachhandwerkern auch
Energieversorgungsunternehmen sowie Planer und Architekten. Neben rund 40
Wärmepumpenherstellern, die einen Großteil des deutschen Marktes abdecken, sind 26
Energieversorgungsunternehmen und rund 50 Bohrfirmen sowie über 400 Fachhandwerker,
Planer und Zulieferer im BWP gelistet (13h).
2.2
Datenerhebung bei Förderinstitutionen
Zur Analyse der im Bereich Wärmepumpen bereitgestellten und in Anspruch genommenen
Fördergelder wurden die im Rahmen der bundesweiten vom Bundesamt für Wirtschaft und
Ausfuhrkontrolle (BAFA) und der KfW Bankengruppe (Kreditanstalt für Wiederaufbau) getragenen
Förderprogramme erfassten Förderstatistiken herangezogen. Neben verschiedenen
Förderprogrammen der KfW-Bankengruppe, in denen Wärmepumpen insbesondere in
Verbindung mit der energetischen Sanierung von Gebäuden gefördert werden, konzentriert sich
die Förderung der Installation von Wärmepumpen seit 2008 vor allem auf das
„Marktanreizprogramm zur Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im
Wärmemarkt“ (MAP). Zusätzlich zu den Programmen für Wohngebäude im Förderschwerpunkt
Wohnen unterstützt die KfW in den Feldern Energieeffizienz und Erneuerbare Energien
(Förderschwerpunkt Umwelt)
auch Maßnahmen wie Großwärmepumpen und Wärmerückgewinnung/Abwärmenutzung mittels Zuschüssen und Darlehen.
Zur Auswertung der seit 2009 in Anspruch genommenen Fördergelder dienten einerseits die
jährlich publizierten Förderstatistiken der KfW sowie seitens des BAFA für diese Studie
bereitgestellte Daten.
Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) ist eine dem Geschäftsbereich des
Bundesministeriums für Wirtschaft und Energie (BMWi) zugehörige Bundesoberbehörde, die in
den Bereichen Außenwirtschaft, Wirtschaftsförderung und Energie administrative Aufgaben
wahrnimmt. Im Themenfeld Energie liegt ein Schwerpunkt des BAFA in der Umsetzung des vom
11
Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMU) getragenen MAP
zur Förderung erneuerbarer Energien (4a)(18).
Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW Bankengruppe) ist eine im Jahr 1948 gegründete, im
Eigentum von Bund und Ländern stehende staatliche Förderbank, die mittels verschiedenster
Programme unter anderem in den Bereichen Umwelt, Nachhaltigkeit, Wohnungswirtschaft und
Infrastruktur eine nachhaltige Verbesserung der wirtschaftlichen, ökologischen und sozialen
Bedingungen unterstützt. In den Förderschwerpunkten Wohnen und Umwelt werden Projekte
wie die energetische Sanierung bzw. Modernisierung von Gebäuden durch Zuschüsse und
Darlehen finanziell unterstützt. Förderfähig sind Maßnahmen, die zu einer Verbesserung der
Energieeffizienz und damit dem Schutz der Umwelt und des Klimas beitragen (35f).
2.3
Datenerhebung bei Forschungsinstitutionen
Zusätzlich zu den ökonomischen Faktoren sind für das wesentliche Ziel dieser Studie - die
Erfassung und Berechnung der durch Wärmepumpen regenerativ erzeugten Nutzwärme vorrangig die technologischen Kennzahlen von Bedeutung. Für einen standardisierten Vergleich
der energetischen Effizienz von Wärmepumpen dienen die Leistungszahl (Coefficient of
Performance – COP) und die Jahresarbeitszahl (JAZ). Diese beiden Kennzahlen geben Auskunft
über die Effizienz der Wärmepumpen unter vorgegebenen Testbedingungen (COP) sowie im
realen Betrieb (JAZ). Grundlage der in dieser Studie getroffenen Aussagen bezüglich der Effizienz
von Wärmepumpen bildeten vorrangig Veröffentlichungen des der Interstaatlichen Hochschule
für Technik Buchs zugehörigen Wärmepumpen-Testzentrums (WPZ) sowie des Freiburger
Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE).
2.3.1 Wärmepumpen-Testzentrum Buchs (WPZ)
Das Wärmepumpen-Testzentrum Buchs ist ein nach EN 17025 akkreditiertes Prüfzentrum und
bietet im Themenfeld Wärmepumpen unterschiedliche Prüfleistungen für Produktions- und
Handelsunternehmen an. Die angebotene Leistungsprüfung umfasst die Ermittlung der
Heizleistung und der wärmeseitigen Leistungszahlen (COP-Werte) nach EN 14511 (elektrische
Heizungswärmepumpen) bzw. EN 16147 (Brauchwasser-Wärmepumpen). Zusätzlich bietet das
WPZ Wärmepumpen-Prüfungen nach den erweiterten Anforderungen des Prüfreglements der
European Heat Pump Association (EHPA), dem europäischen Wärmepumpen-Dachverband und
des EcoLabel-Prüfreglements (nach Beschluss 2007/742/EG) an. Mit den am WPZ durchgeführten
Prüfungen können damit diese beiden europäischen Gütesiegel erlangt werden.
Bei der vom WPZ angebotenen Leistungsprüfung werden abhängig vom Wärmepumpentyp die
Heizleistung, die elektrische Leistungsaufnahme und die heizungsseitige Leistungszahl (COP) bei
der nach EN 14511 definierten Prüfpunkten unter konstanten Prüfbedingungen ermittelt.
Ergänzend können Prüfungen nach EHPA-Vorgaben oder für von Kunden gewünschte Prüfpunkte
durchgeführt werden.
12
Die Prüfergebnisse werden in regelmäßigen Abständen mit Einverständnis der Auftraggeber in
einem Bulletin des WPZ veröffentlicht. Zur Veröffentlichung kommen nur die nach den Normen
bzw. EHPA-Reglement ermittelten Testergebnisse. Zusätzliche vom Auftraggeber gewünschte
Messpunkte werden nicht veröffentlicht (41f).
2.3.2 Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE)
Das Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme (ISE) in Freiburg hat in den letzten Jahren
unterschiedliche Langzeittests zur Beurteilung der Effizienz von Wärmepumpen unter realen
Nutzungsbedingungen durchgeführt (26).
2.3.2.1
Feldtest „Wärmepumpen-Effizienz“
In Zusammenarbeit mit sieben Wärmepumpenherstellern (Alpha-InnoTec, Bosch Thermoteknik,
Hautec, NIBE Systemtechnik, Stiebel Eltron, Vaillant, Viessmann Wärmepumpen) und zwei
Energieversorgungsunternehmen (EnBW Energie Baden-Württemberg, E.ON Energie AG) hat das
Fraunhofer ISE im Zeitraum von 2007 bis 2010 insgesamt 112 Wärmepumpenanlagen
kontinuierlich messtechnisch überwacht. Das Projekt wurde von den genannten Herstellern und
Energieversorgern sowie zu 50 % vom BMWi finanziert.
Im Rahmen dieses Feldtests wurden hauptsächlich Sole-Wasser-Wärmepumpen und Luft-WasserWärmepumpen in überwiegend neuen, energieeffizienten Gebäuden mit einem Leistungsbereich
zwischen 5 und 12 kW untersucht. Zentrales Ziel der Studie war eine unabhängige Erfassung der
Effizienz elektrischer Kompressionswärmepumpen im realen Betrieb. Darüber hinaus sollen die
umfangreichen Testergebnisse als Grundlage für die Analyse und Optimierung des
Systemverhaltens unterschiedlicher Wärmepumpen dienen (26b).
2.3.2.2
Feldtest „Wärmepumpen im Gebäudebestand“
Ergänzend zu dem in energieeffizienten Neubauten durchgeführten Feldtest „WärmepumpenEffizienz“ wurden zwischen 2006 und 2009 Wärmepumpen in unsanierten Bestandgebäuden
messtechnisch überwacht. Die Studie wurde im Auftrag der E.ON Energie AG erstellt. Sämtliche
untersuchten Gebäude wurden zuvor mittels Ölkesseln beheizt, die vor Beginn der Überwachung
durch eine Wärmepumpenanlage ersetzt wurden. Das Wärmeverteilsystem sowie der
bautechnische Energiestandard der Gebäude wurden beibehalten.
Untersucht wurden 71 Wärmepumpen der Hersteller Alpha Innotec, Viessmann, Stiebel Eltron,
Ochsner, Nibe, Dimplex, Waterkotte, Buderus, Vaillant und Heliotherm. Hierbei handelte es sich
zu etwa gleichen Teilen um Sole-Wasser-Wärmepumpen und Luft-Wasser-Wärmepumpen mit
maximal 20 kW Heizleistung. Zusätzlich wurden zwei Grundwasser-Wärmepumpen überwacht,
die aufgrund der geringen Datenmenge keinen Eingang in die Auswertungen gefunden haben. Im
Vergleich zu energieeffizienten Gebäuden ist die Vorlauftemperatur der Heizungsanlage in
Bestandsgebäuden mit bis zu 60 °C höher, was zu einer höheren Temperaturspreizung und somit
13
zu einer geringeren Effizienz der Wärmepumpen führt. Ziel des Feldtests war es, neben der
Auswertung der energetischen Effizienz über eine Erfassung der Arbeitszahlen auch eine
wirtschaftliche sowie ökologische Betrachtung von Wärmepumpen im Vergleich zu Ölheizungen
durchzuführen.
2.3.2.3
Projekt „Wärmepumpen-Monitor“
Im Projekt „Wärmepumpen-Monitor“ des Fraunhofer ISE werden 83 Wärmepumpen-Systeme
verschiedener Hersteller in Neu- und Bestandsgebäuden hinsichtlich ihrer Effizienz untersucht.
Über die Hälfte der Anlagen wurden bereits im Rahmen des „WP Effizienz“-Tests messtechnisch
überwacht. Hinzu kamen Systeme, die in den vorangegangen Feldtests noch nicht berücksichtigt
wurden (z.B. Direktverdampfungssysteme, Anlagen mit drehzahlgeregelten Verdichtern).
Analog der anderen beiden durchgeführten Feldtests ist das Ziel der Untersuchung eine
unabhängige, vergleichende Vermessung unterschiedlicher Wärmepumpensysteme hinsichtlich
ihrer im realen Betrieb erreichbaren Effizienz. Zudem sollen Optimierungsmöglichkeiten und
potenzielle Fehler bei Betrieb und Installation von Wärmepumpen identifiziert sowie Aussagen
zur Ökologie und Wirtschaftlichkeit getroffen werden (26 d+e).
14
3
Entwicklung des Wärmepumpenbestands 2009 (1990) bis 2013
In diesem Kapitel wird neben der Entwicklung der allgemeinen Marktsituation für Deutschland die
Entwicklung der Anlagenbestände an Wärmepumpen unterschieden nach folgenden Kriterien
dargestellt:





Art der genutzten Wärmequelle bzw. Antriebsart
Art der Anwendung
Leistungsklassen
Gebäudeart
Effizienz der Wärmepumpen
Hierbei liegt das Hauptaugenmerk auf den Jahren 2009 bis 2013. Neben der Betrachtung des
aktuellen Anlagenbestandes werden die Entwicklungen von 1990 bis 2008 in Grundzügen
erläutert.
3.1
Entwicklung der allgemeinen Marktsituation
Der Wärmepumpenmarkt hat in den letzten Jahren nach einer vorangegangenen sehr positiven
Entwicklung einen leichten Rückgang der Absatzzahlen im Vergleich zum Jahr 2008 zu
verzeichnen. Seit 2010 gibt es allerdings wieder einen Aufwärtstrend.
Aus den Abbildungen 3.1 und 3.2 geht hervor, dass die Absatzzahlen elektrisch betriebener
Wärmepumpen, die Luft oder das Erdreich als Wärmequelle nutzen, sowie von BrauchwasserWärmepumpen mit den jeweils aktuellen Preisen für Heizöl korrelieren. Bereits Ende der 1970er
Jahre führten die weltweite Ölkrise und die damit einhergehenden hohen Preise für die damalig
wie gegenwärtigen Hauptenergieträger Heizöl und Gas zu einem sprunghaften Anstieg der Anzahl
neu installierter Wärmepumpen. Durch einen sinkenden Heizölpreis und Installations- und
Auslegungsfehler bzw. noch unausgereifte Wärmepumpensysteme ist der Absatz elektrischer
Wärmepumpen bis zum Ende der 1980er Jahre stark zurückgegangen. Während 1980 noch über
26.000 elektrische Heizungswärmepumpen installiert wurden, waren es 1989 lediglich noch 660.
Erst in den 1990er Jahren entwickelte sich der Absatz von Wärmepumpen wieder positiv. Durch
Förderprogramme vom Bund, den Bundesländern und Energieversorgungsunternehmen in
Verbindung mit einem erneuten Anstieg der Energiepreise konnte sich so vor allem für
erdgekoppelte Anlagen ein Markt entwickeln.
Der aus Abbildung 3.1 und 3.2 ersichtliche sprunghafte Anstieg der Absatzzahlen von 2005 zu
2006 liegt neben einem erneuten starken Preisanstieg für Heizöl darin begründet, dass es
2005/2006 einen strengen Winter gab und so der Bedarf an einer finanziell attraktiven Alternative
zu herkömmlichen Heizungssystemen groß war. Nach einer Absatzsteigerung von rund 27 % im
Jahr 2008 (62.452 Anlagen, 2007: 49.097), welche sich unter anderem durch die Aufnahme der
Wärmepumpe in das Marktanreizprogramm des Bundesamtes für Wirtschaft und
Ausfuhrkontrolle (BAFA) erklärt, wurden in den Jahren 2009 und 2010 jeweils weniger Anlagen
installiert als im Vorjahr (2009: 54.800, 2010: 51.000).
15
Entwicklung Absatz elektrische Heizungswärmepumpen - Heizölpreis
90.000
90,00
80.000
80,00
70.000
70,00
60.000
60,00
50.000
50,00
40.000
40,00
30.000
30,00
20.000
20,00
10.000
10,00
0
0,00
Luft
Sole
Wasser
Preis (ct/l)
Abbildung 3.1: Absatzzahlen elektrischer Heizungswärmepumpen in Deutschland und Entwicklung des Heizölpreises
1978 bis 2013 (13 a-c)(17a)
Absatzzahlen Brauchwasser-Wärmepumpen - Heizölpreis
18.000
90,00
16.000
80,00
14.000
70,00
12.000
60,00
10.000
50,00
8.000
40,00
6.000
30,00
4.000
20,00
2.000
10,00
0
0,00
Preis (ct/l)
Abbildung 3.2: Absatzzahlen Brauchwasserwärmepumpen in Deutschland und Entwicklung des Heizölpreises 1990 bis
2013 (13 a-c)(17a)
Der im Jahr 2010 trotz eines Anstiegs des Heizölpreises und eines strengen Winters 2009/2010 zu
verzeichnende Rückgang der Verkaufszahlen von 7 % im Vergleich zum Vorjahr ist unter anderem
mit dem zwischenzeitlichen Förderstopp im Marktanreizprogramm zu erklären. Hierbei wurde die
16
Förderung erneuerbarer Energien seitens des BAFA kurzfristig eingestellt. Vom 03.05.2010 bis
zum 12.07.2010 konnten keine Förderanträge beim BAFA eingereicht werden. Seit der Aufhebung
des Förderstopps sind durch eine Änderung der Richtlinien Wärmepumpen in Neubauten nicht
mehr förderfähig. Da ein Großteil der verkauften Wärmepumpen im Neubaubereich eingesetzt
werden (2010: 56 %, siehe auch Abschnitt 3.6) hat sich diese Änderung der Förderrichtlinien
folglich auch auf den Absatz elektrischer Wärmepumpen ausgewirkt.
Seit 2010 steigt die Zahl der jährlich installierten Anlagen wieder an. So wurden im Jahr 2012
59.600 Heizungswärmepumpen1 sowie zusätzlich 10.700 Brauchwasserwärmepumpen installiert.
In den vergangenen Jahren haben Luft-Wasser-Wärmepumpen eine zunehmende Bedeutung
erfahren. Während 2006 der Anteil von Sole-Wasser-Anlagen am Gesamtabsatz1 mit 59 % noch
deutlich über dem von Luft-Wasser-Wärmepumpen (33 %) lag, hat sich die Verteilung inzwischen
zugunsten der Luft-Wasser-Wärmepumpen verschoben. So wurden 2012 37.400 Luft-WasserWärmepumpen abgesetzt, was einem Marktanteil von 62,8 % entspricht, welchen im Vergleich
hierzu lediglich 19.400 verkaufte Sole-Wasser-Anlagen entgegenstehen (Marktanteil 32,6 %).
Dieser Trend wird sich in den kommenden Jahren fortsetzen (siehe Kapitel 5).
Gegenüber erdgekoppelten Wärmepumpen, die mit relativ aufwändigen und kostenintensiven
Installationsmaßnahmen einhergehen, profitieren Luft-Wasser-Wärmepumpen durch einen
vergleichsweise einfachen Einbau und daraus folgend geringeren Investitionskosten
(vgl. Abschnitt 4.1). Hinzukommt, dass Luft-Wasser-Wärmepumpen im Gegensatz zu ErdreichAnlagen keine Genehmigung seitens der Unteren Wasserbehörde bzw. der Bergbehörde
erfordern, was für viele Hauseigentümer einen deutlichen Anreiz darstellt. Während Luft-WasserWärmepumpen ohne weitergehende Genehmigungsverfahren installiert werden können, besteht
bei erdgekoppelten Wärmepumpen in der Planungsphase eine mitunter große Unsicherheit,
inwieweit die Bohrungen erlaubt oder gegebenenfalls mit Auflagen versehen werden. Darüber
hinaus gestaltet sich die Nachrüstung von Bestandsgebäuden mittels Luft-Wasser-Wärmepumpen
oftmals einfacher als mit erdgekoppelten Anlagen, die Bohrarbeiten (Sonden/Brunnen) bzw.
Erdarbeiten (Kollektoren) erfordern.
Diese Faktoren führen in der Summe dazu, dass sich viele Hauseigentümer trotz geringerer
Arbeitszahlen (Abschnitt 3.7) eher für den Einbau einer Luft-Wasser-Wärmepumpe als für eine
erdgekoppelte Wärmepumpe entscheiden.
Nach wie vor wird der Wärmeerzeugermarkt in Deutschland von den konventionellen Techniken
der Gas- und Ölheizungen bestimmt. Über die vergangenen Jahre war der Anteil von
Gasheizungen am Absatz von Wärmeerzeugern mit ca. 70 % weitgehend konstant mit leicht
steigender Tendenz. Hierbei muss zwischen Brennwertkesseln und Niedertemperaturkesseln
unterschieden werden, denn während der Anteil an Brennwertkesseln steigt, lässt sich bei
Niedertemperaturkesseln ein rückläufiger Trend beobachten. Der Anteil von Ölheizungen sinkt
seit Jahren kontinuierlich. Während er 1998 noch bei ca. 28 % lag, machten Ölheizungen 2012 nur
mehr einen Anteil von 12 % am Wärmeerzeugermarkt aus.
1
Hier bezogen auf elektrische Heizungswärmepumpen mit Wärmequellen Luft, Sole, Wasser.
17
Marktentwicklung Wärmeerzeuger 2006 - 2012
100%
7%
6%
90%
80%
16%
70%
5%
60%
20%
3%
8%
6%
10%
12%
7%
7%
8%
11%
9%
20%
17%
3%
9%
4%
8%
900.000
10%
3%
9%
5%
9%
18%
17%
17%
600.000
3%
8%
6%
4%
9%
17%
800.000
700.000
500.000
50%
400.000
40%
30%
46%
20%
49%
50%
60%
57%
55%
52%
300.000
200.000
100.000
10%
0%
0
2006
Gas-Brennwert
2007
Gas-NT
2008
2009
Öl-Brennwert
2010
Öl-NT
2011
2012*
Wärmepumpen
Biomasse
Abbildung 3.3: Marktentwicklung Wärmeerzeuger 2006 bis 2012 (BDH)
Die Bedeutung von Wärmepumpen am Wärmeerzeugermarkt war über die letzten Jahre gesehen
nahezu konstant. Von den im Jahr 2012 in Deutschland verkauften 673.500 Wärmeerzeugern
belief sich der Anteil der Wärmepumpen auf rund 9 %. Damit stellen Wärmepumpen nach Gasund Ölheizungen in Deutschland den drittwichtigsten Wärmeerzeuger dar. Nachdem sich der
Anteil von Wärmepumpen seit 1998 innerhalb von 10 Jahren kontinuierlich von unter 1 % auf gut
10 % gesteigert hat, machten Wärmepumpen in den Jahren 2009 bis 2012 jeweils ca. 8 bis 9 % am
Wärmeerzeugermarkt aus.
Tabelle 3.1: Anteile der vorwiegend verwendeten Heizenergien in neu fertiggestellten Wohngebäuden in den Jahren
2000, 2008 und 2012 (17b)
Heizenergie
2000
2008
2012
Koks/Kohle2
0,1 %
0,2 %
0,4 %
Öl
19,5 %
5,8 %
1,9 %
Gas
73,6 %
63,5 %
52,4 %
Strom
1,4 %
1,4 %
1,2 %
Fernwärme
4,2 %
4,6 %
6,7 %
Wärmepumpe
0,6 %
18,5 %
30,2 %
Solarthermie
0,1 %
0,5 %
0,5 %
Sonstige3
0,4 %
5,7 %
6,7 %
2
„Koks/Kohle“ ab 2010 unter „Sonstige“, 2012: erste Zeile „keine Energie“
U.a. Holz, Biogas, sonstige Biomasse
3
18
Aus Tabelle 3.1 geht hervor, dass die Bedeutung von Ölheizungen besonders in Neubauten
innerhalb der vergangenen Jahre deutlich abgenommen hat. So wurden im Jahr 2012 lediglich
1,9 % der neu fertiggestellten Wohngebäude mit einer Ölheizung als vorwiegend verwendeter
Heizenergie ausgestattet, während im Jahr 2000 noch in fast ein Fünftel der Gebäude eine
Ölheizung eingebaut wurde. Zwar machten auch im Jahr 2012 Gasheizungen mit einem Anteil von
52,4 % noch über die Hälfte der in Neubauten installierten Heizwärmeerzeuger aus, doch geht
auch ihr Anteil deutlich zurück.
Dagegen konnten Wärmepumpen einen stetig größeren Marktanteil verzeichnen. Allein in der
Zeit von 2008 bis 2012 steigerte sich ihr Anteil von 18,5 % auf 30,2 %. Damit wurde 2012 in fast
jedes dritte neu fertiggestellte Wohngebäude eine Wärmepumpe als primärer
Heizwärmeerzeuger eingebaut. In den vergangenen Jahren konnte sich somit die Wärmepumpe
als zweitwichtigster Heizenergieträger nach Gas in Neubauten etablieren. Der Anteil anderer
erneuerbarer Energien ist dagegen sehr gering. Mit lediglich einem halben Prozent spielt
beispielsweise die Solarthermie als vorwiegend verwendete Heizenergie in Neubauten in
Deutschland eine untergeordnete Rolle.
3.2
Anlagenbestand nach Art der genutzten Wärmequelle und Antriebsart
Wärmepumpen nutzen Umweltwärme und sparen dadurch gegenüber konventionellen
Heizwärmeerzeugern Primärenergie ein. Neben den natürlichen Wärmequellen Außenluft,
Grundwasser und Erdreich können auch Abwasser oder Abluft als Wärmequelle für eine
Wärmepumpe dienen.
Die Entscheidung, welche Wärmequelle erschlossen werden soll, hängt neben einer möglichst
hohen Wärmequellentemperatur auch von den am Standort vorliegenden Randbedingungen wie
Platzangebot oder Geländeform ab.
Für die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe sind neben den Kosten zur Erschließung der
Wärmequelle auch die erreichbare Wärmequellentemperatur sowie die geplante Nutzung von
Bedeutung. Bislang werden in Deutschland im Bereich der Heizungswärmepumpen überwiegend
die natürlichen Wärmequellen (Außenluft, Grundwasser, Erdreich) genutzt. BrauchwasserWärmepumpen nutzen v.a. Wärme aus Raumluft oder der Abluft aus Lüftungsanlagen und
können daher auch als Abluft-Wasser-Wärmepumpen bezeichnet werden.
Da in Deutschland bis jetzt Abwasser-Wärmepumpen nur vereinzelt installiert sind, werden sie in
diesem Kapitel nicht gesondert betrachtet.
Alternativ zu einem elektrischen Antrieb können Wärmepumpen auch mit Gas betrieben werden.
Diese verhältnismäßig junge Technik sowie die zugehörige Entwicklung der Absatz- und
Bestandszahlen werden in Abschnitt 3.2.5 betrachtet.
19
3.2.1 Wärmequelle Außenluft
Außenluft ist eine standortunabhängige Wärmequelle, die überall verfügbar ist und mit einem im
Vergleich zu Erdreich-Anlagen geringeren technischen Aufwand prinzipiell meistenorts
erschlossen werden kann. Erdverlegungsarbeiten oder Brunnenbohrungen, wie sie bei der
Erschließung der Wärmequelle Erdreich mittels Sole-Wasser-Wärmepumpen respektive WasserWasser-Wärmepumpen erforderlich sind, entfallen für die Installation einer Luft-WasserWärmepumpe.
Damit stellen Luft-Wasser-Wärmepumpen eine in Bezug auf Installations- und Investitionskosten
günstigere Alternative dar als Sole-Wasser- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen.
Im Gegensatz zum Erdreich unterliegt die Außenluft im Jahresverlauf großen
Temperaturschwankungen (s. Abb. 3.4), was im Winter zu einer geminderten Effizienz der Anlage
und damit insgesamt zu geringeren Jahresarbeitszahlen als bei erdgekoppelten Wärmepumpen
führt (s. Abschnitt 3.7.2). Je größer die Differenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ist,
desto ineffizienter arbeitet eine Wärmepumpe, da ein größerer Temperaturhub zur Erreichung
der gewünschten Vorlauftemperatur erforderlich ist.
Abbildung 3.4: Jahresverlauf der Außentemperaturen am Standort Höxter, 2010 (28)
Luft-Wasser-Wärmepumpen werden generell in drei unterschiedlichen Aufstellungsarten
angeboten. Bei einer Außenaufstellung wird die komplette Wärmepumpe außerhalb des
Gebäudes installiert und die Wärme über gedämmte Rohrleitungen im Boden ins Haus zur
Heizungsanlage geleitet. Alternativ kann die Wärmepumpe im Haus aufgestellt werden und über
nach außen führende gedämmte Rohrleitungen mit Außenluft versorgt werden. Nach dem
Wärmeentzug wird die Fortluft wieder zurück ins Freie abgeleitet.
Daneben gibt es sogenannte Split-Systeme, bei denen in einem Außengerät der Luft Wärme
entzogen wird und über ein Kältemittel zum Wärmetauscher geleitet wird, der im Haus installiert
ist.
20
In den letzten Jahren haben Luft-Wasser-Wärmepumpen zunehmend an Bedeutung gewonnen
und machten 2013 im Bereich der elektrischen Heizungswärmepumpen einen Marktanteil von
ca. 65 % aus. Somit nutzen fast zwei Drittel der in Deutschland abgesetzten Wärmepumpen die
Außenluft als Wärmequelle.
Absatzzahlen Luft-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013)
40.000
35.000
30.000
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
0
Abbildung 3.5: Entwicklung der Absatzzahlen von Luft-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013) (13 a-c)
Nach einem der Rückgang der Absatzzahlen in 2009 um rund 13 % im Vergleich zu 2008 steigt die
Zahl der abgesetzten Luft-Wasser-Wärmepumpen seitdem wieder an. Die Zahl der neu
installierten Anlagen wuchs von 24.400 (2009) um ca. 53 % auf 37.400 in 2012. Im Jahr 2012
wurden fast sieben Mal mehr Anlagen abgesetzt als 2005 (5.539). Im Gegensatz zu Sole-WasserAnlagen (s. Abschnitt 3.2.2) konnten Wärmepumpen, die die Außenluft als Wärmequelle nutzen,
somit einen wachsenden Markt erschließen.
Installierte Luft-Wasser-Wärmepumpen
275.000
220.000
165.000
110.000
55.000
0
Abbildung 3.6: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Luft-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013) (13 a-c)
21
Aus Abbildung 3.6 geht hervor, dass analog zu Sole-Wasser-Wärmepumpen die Zahl der
installierten Luft-Wasser-Wärmepumpen seit Beginn der 1990er Jahre mit lediglich leichten
Anstiegen bis 2000 mit ca. 10.000 installierten Anlagen relativ konstant war. Bis 2005 verdoppelte
sich der Anlagenbestand moderat auf rund 21.000 Stück.
In den darauffolgenden Jahren stieg die Zahl installierter Anlagen bedingt durch die oben
beschriebenen steigenden Absatzzahlen rapide an, sodass Ende 2013 bereits ca. 261.000 LuftWasser-Wärmepumpen installiert waren. Damit sind in Deutschland erstmals mehr Luft-WasserAnlagen im Einsatz als Sole-Wasser-Wärmepumpen (ca. 251.000). Da der derzeitige Markttrend
im Bereich der Luft-Wasser-Wärmepumpen liegt, ist davon auszugehen, dass im Laufe der
nächsten Jahre der Anlagenbestand an Luft-Wasser-Wärmepumpen den von Sole-WasserWärmepumpen weiter übersteigen wird und Luft-Wasser-Anlagen somit den Hauptteil der in
Deutschland installierten Wärmepumpen ausmachen werden.
3.2.2 Wärmequelle Erdreich
Im Erdreich herrschen unabhängig von den Außenlufttemperaturen im Jahresverlauf nahezu
konstante Temperaturen, sodass prinzipiell auch im Winter bei tiefen Temperaturen ein effektiver
Betrieb einer Wärmepumpe möglich ist. Der Einfluss der Solarstrahlung wirkt sich nur bis zu einer
Tiefe von ca. 10 m aus, während ab 15 m Tiefe jahreszeitenunabhängig ein relativ konstanter
Temperaturverlauf anzutreffen ist (Abb. 3.7). In Deutschland liegt diese Temperatur in der Regel
durchschnittlich bei ca. 10 °C.
Abbildung 3.7: Temperaturverlauf im ungestörten Erdreich (12)
22
Mit zunehmender Tiefe stammt ein steigender Anteil der Wärme aus dem Erdinneren, der Beitrag
solarer Einstrahlung nimmt korrelierend ab. In Deutschland steigt die Temperatur im Mittel um
3 °C pro 100 m Tiefe an.
Die Wärme kann dem Erdreich mittels verschiedener Systeme entzogen werden. Vertikal
eingebrachte Erdwärmesonden oder horizontal in geringer Tiefe (unterhalb der Frostgrenze)
verlegte Kollektoren bilden den Standard, während Bauweisen wie Erdwärmekörbe oder -pfähle
im Vergleich hierzu eher seltener eingesetzt werden.
Unabhängig von der Bauform zirkuliert im Untergrund, im Regelfall in Kunststoffrohren
(Polyethylen), ein Gemisch aus Wasser und einem Frostschutzmittel (Sole), mittels dessen dem
Untergrund Wärme entzogen wird, die dann in der Wärmepumpe in nutzbare Heizenergie
umgewandelt wird.
Welche Bauweise an Erdwärmetauschern zum Einsatz kommt, hängt mit dem verfügbaren
Platzbedarf und der Wirtschaftlichkeit der Systeme ab. Erdwärmekollektoren erfordern einen
weitaus höheren Flächenbedarf als Erdwärmesonden und können daher z.B. bei kleinen
Grundstücken oder eng zusammenstehenden Gebäuden nicht zur Anwendung kommen.
Bis 2009 machten Sole-Wasser-Wärmepumpen den Hauptteil der verkauften Heizungswärmepumpen aus. Inzwischen hat die Anzahl der installierten Luft-Wasser-Wärmepumpen
diejenigen von Sole-Wasser-Wärmepumpen deutlich überschritten. Dieser Trend wird sich bei
Berücksichtigung der Randbedingungen auch zukünftig weiter fortsetzen.
Abbildung 3.8 zeigt die Anzahl der seit 1990 jährlich abgesetzten Sole-Wasser-Wärmepumpen.
Absatzzahlen Sole-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013)
30.000
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
0
Abbildung 3.8: Entwicklung der Absatzzahlen von Sole-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013) (13 a-c)
23
Nach einem seit Beginn der 1990er Jahre kontinuierlichen Anstieg der Absatzzahlen, nimmt die
Zahl der neu installierten Sole-Wasser-Wärmepumpen seit 2008 wieder ab. Während 2006 und
2008 rund 28.500 bzw. 30.000 Anlagen verkauft wurden, sank die Zahl abgesetzter Anlagen im
vergangenen Jahr 2013 auf unter 19.000 Stück. Das entspricht einem Rückgang um fast 39 % im
Vergleich zu 2008.
Betrachtet man die Zahl der insgesamt in Deutschland installierten Sole-Wasser-Wärmepumpen
(Abb. 3.9), so zeigt sich, dass sich bis 2005 Zubau und außer Betrieb genommene Wärmepumpen
in etwa entsprachen, wodurch die Zahl der installierten Anlagen mit Werten um 55.000 relativ
konstant war (mit einem leichten Anstieg seit Ende der 1990er Jahre).
Seit 2006 ist die Zahl der installierten Sole-Wasser-Wärmepumpen deutlich angestiegen. Waren
es 2005 noch ca. 85.000 Anlagen, wuchs die Zahl auf rund 250.000 im Jahr 2013. Dies entspricht
nahezu einer Verdreifachung des Feldbestands innerhalb von acht Jahren.
Installierte Sole-Wasser-Wärmepumpen
275.000
220.000
165.000
110.000
55.000
0
Abbildung 3.9: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Sole-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013) (13 a-c)
3.2.3 Wärmequelle Grundwasser
Die Nutzung von Grundwasser als Wärmequelle setzt voraus, dass am Nutzungsstandort
Grundwasser in ausreichender Menge sowie geeigneter Qualität und Temperatur vorliegt. Zudem
bedingt eine wirtschaftlich rentable Nutzung mittels einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe einen
möglichst geringen Flurabstand, d.h. das Grundwasser sollte in einer geringen Tiefe verlaufen,
weil mit zunehmender Tiefe die Investitionskosten durch gesteigerte Bohrkosten zunehmen.
Darüber hinaus sollte das Grundstück bzw. der Erschließungsstandort nicht innerhalb eines
Wasserschutzgebietes liegen, da hier - sofern eine Erschließung von wasserschutzrechtlicher Seite
überhaupt möglich wäre – der Brunnenausbau ggf. nur unter Auflagen genehmigt wird, was eine
Beeinträchtigung der Anlagenleistung respektive höhere Investitionskosten bedingen könnte.
24
Sind diese Voraussetzungen erfüllt, stellt das Grundwasser eine sehr geeignete Wärmequelle zum
Betrieb einer Wärmepumpe dar. Durch eine ganzjährig relativ konstante Temperatur von
durchschnittlich 8 bis 12 °C kann eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe jahreszeitenunabhängig mit
in der Regel hohen Jahresarbeitszahlen effizient laufen (vgl. Abschnitt 3.7.2).
Zur Erschließung des Grundwassers ist das Einbringen zweier Bohrungen erforderlich. Aus dem
Förderbrunnen wird mittels einer Brunnenpumpe das Grundwasser an die Oberfläche gepumpt
und der Wärmepumpe zugeführt, wo dem Wasser Wärme entzogen wird. Anschließend wird das
Wasser über den sogenannten Schluckbrunnen wieder in den Untergrund geleitet.
Im Vergleich zu Sole-Wasser-Wärmepumpen und Luft-Wasser-Wärmepumpen ist der Anteil von
Wasser-Wasser-Wärmepumpen am Feldbestand elektrischer Heizungswärmepumpen trotz
großer zu erreichender Jahresarbeitszahlen mit ca. 8 % eher gering. Dieser Umstand erklärt sich
durch die besonderen Standortvoraussetzungen zur Nutzung des Grundwassers, die nicht allerorts
gegeben sind.
Absatzzahlen Wasser-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013)
4.500
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
Abbildung 3.10: Entwicklung der Absatzzahlen von Wasser-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013) (13 a-c)
Die Entwicklung der verkauften Wasser-Wasser-Wärmepumpen entspricht vom Verlauf im
Wesentlichen der von Sole-Wasser-Wärmepumpen, wenn auch auf einem zahlenmäßig deutlich
niedrigeren Niveau. Nach einem Maximum von fast 4.500 neu installierten Anlagen im Jahr 2008
sank die Zahl verkaufter Wasser-Wasser-Wärmepumpen auf nur 2.300 im Jahr 2010. In den
Jahren 2011 bis 2013 wurden je rund 2.800 Anlagen verkauft. Der Markt für Wasser-WasserWärmepumpen scheint damit in den vergangenen Jahren zu stagnieren.
Die Gesamtzahl der in Deutschland installierten Wasser-Wasser-Wärmepumpen hat sich ähnlich
denen von Sole-Wasser- und Luft-Wasser-Wärmepumpen entwickelt. Während in den 1990er
Jahren nahezu konstant ca. 12.000 Wasser-Wasser-Wärmepumpen installiert waren, stieg der
Anlagenbestand ab dem Jahr 2000 zunächst moderat auf rund 17.500 Anlagen in 2005 an, bevor
25
durch einen sprunghaften Anstieg der Absatzzahlen ein deutlicher Zuwachs an installierten
Anlagen zu verzeichnen war. So waren 2009 bereits 36.400 Wasser-Wasser-Wärmepumpen in
Betrieb, was in etwa einer Verdopplung zu 2005 (17.407) entspricht.
Bis 2013 wuchs der Bestand an Wasser-Wasser-Wärmepumpen um weitere ca. 27 % auf rund
46.200 Anlagen.
Installierte Wasser-Wasser-Wärmepumpen
50.000
45.000
40.000
35.000
30.000
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
0
Abbildung 3.11: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Wasser-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013) (13 a-c)
3.2.4 Reversible Wärmepumpen
Zusätzlich zur Erzeugung von Heizwärme können Wärmepumpen je nach Bauart auch für
Kühlzwecke eingesetzt werden. Bei dieser Art von Wärmepumpen kann der Kreislaufprozess in
der Wärmepumpe in der Regel mittels eines Vier-Wege-Ventils umgeschaltet werden, sodass die
Anlage statt Wärme zu erzeugen dem Kältemittel Wärme entzieht. Daher werden diese Systeme
auch als reversible oder umkehrbare Wärmepumpen bezeichnet. Im Fall von Sole-WasserWärmepumpen bietet eine Kühlfunktion den Vorteil, dass es in der Kühlperiode zu einer
Regeneration des Untergrundes durch die Einbringung von Wärme kommt, was insgesamt zu
einer besseren Anlageneffizienz führt. Zudem kann durch die Wiedereinbringung von Wärme der
Auskühlungsprozess des Untergrundes verlangsamt werden, wodurch sich die Nutzungsdauer
einer geothermisch betriebenen Wärmepumpe prinzipiell erhöht.
Neben der aktiven Kühlung können erdgekoppelte Wärmepumpen, die mit einem flächigen
Wärmeverteilsystem kombiniert sind, zur passiven Kühlung eingesetzt werden, bei der die
Wärmepumpe nicht in Betrieb ist, sondern der natürliche Temperaturunterschied zwischen
Raumlauft und Untergrund-/Grundwasser-Temperatur ausgenutzt wird. Durch die Zirkulation des
26
Kältemittels (Sole bzw. Wasser) können die Raumtemperaturen ohne Einsatz der Wärmepumpe
heruntergekühlt werden. Starke Temperatursenkungen, wie sie bei einer aktiven Kühlung
erreichbar sind, erlaubt eine passive Kühlweise nicht. Luft-Wärmepumpen eignen sich aufgrund
der hohen Außenlufttemperaturen während der Kühlperiode nicht zur passiven Kühlung. Sie
können aber ebenso wie erdgekoppelte Wärmepumpen für eine aktive Kühlung eingesetzt
werden und machen laut BWP ungefähr 95 % der reversiblen Anlagen aus (13d).
Bislang sind reversible Wärmepumpen in Deutschland nicht weit verbreitet. Ihre Anwendung
beschränkt sich vor allem auf Nichtwohngebäude, insbesondere Bürogebäude und
Industriebauten. In Bürogebäuden kann mitunter eine ganzjährige Kühlung von beispielsweise
Serverräumen erforderlich sein, die kontinuierlich zu großen internen Wärmegewinnen führen.
Aufgrund der zwar punktuell hohen, aber im Mittel milden Temperaturen im Sommer ist in
Deutschland die aktive Kühlung - besonders von gut gedämmten - Wohngebäuden in der Regel
nicht erforderlich, sodass der Anteil reversibler Wärmepumpen am Gesamtbestand relativ gering
ausfällt. Es ist daher davon auszugehen, dass viele Anlagen, die prinzipiell einen reversiblen
Betrieb ermöglichen, dennoch nur zu Heizzwecken eingesetzt werden. Laut dem Bundesverband
Wärmepumpe (BWP) wird der Anteil reversibler Anlagen auf unter 2 % des Gesamtabsatzes
elektrischer Heizungswärmepumpen geschätzt (13d).
Absatzzahlen reversible Wärmepumpen (1990 bis 2013)
3500
3000
2500
2000
1500
1000
500
0
reversibel Luft
reversibel Sole
Abbildung 3.12: Entwicklung der Absatzzahlen von reversiblen Wärmepumpen (1990 bis 2013) (13 a-c)
Für die im Rahmen dieser Studie durchgeführten Berechnungen wurde pauschal eine Quote von
1,9 % des jährlichen Gesamtabsatzes angenommen. Einzig für die Jahre 2009 bis 2011 wurden
vom BWP erhobene Zahlen verwendet, wodurch sich insbesondere für 2010 eine trotz insgesamt
zurückgegangenen Absatzes an elektrischen Heizungswärmepumpen ein vergleichsweise hoher
Wert ergibt (s. Abb. 3.12).
27
Allgemein sind die in dieser Markterhebung getroffenen Aussagen in Bezug auf reversible
Wärmepumpen lediglich Abschätzungen, die nicht ohne Weiteres als Abbild des realen
Feldbestands bewertet werden können.
3.2.5 Gas-Wärmepumpen
Neben den in den vorangegangenen Abschnitten dargestellten elektrischen Heizungswärmepumpen gibt es auch thermisch betriebene Wärmepumpen, bei denen Gas direkt als
Primärenergieträger in der Anlage verbraucht wird. Prinzipiell können analog zu elektrischen
Wärmepumpen Außenluft, Sole und Wasser sowie Abwasser oder Abluft/Abwärme als
Wärmequelle für gasbetriebene Wärmepumpen dienen.
Bei Gas-Wärmepumpen kann zwischen der bis auf den Antrieb wie bei elektrischen
Wärmepumpen betriebsgleichen Kompressionswärmepumpe und Sorptions-Wärmepumpen
unterschieden werden. Gasbetriebene Kompressionswärmepumpen funktionieren wie elektrisch
betriebene Kompressionswärmepumpen, der einzige Unterschied besteht darin, dass der
Verdichter nicht mit Strom, sondern mittels eines Gasmotors angetrieben wird. Daher werden
diese Wärmepumpen auch als gasmotorische Wärmepumpen bezeichnet. Bei
Sorptionswärmepumpen kann zwischen Absorptions- und Adsorptionswärmepumpen
unterschieden werden.
Abbildung 3.13: Funktionsschema einer Absorptionswärmepumpe (30)
28
Bei Absorptionswärmepumpen wird das durch Umweltwärme verdampfte Wärmeträgermedium
in einer Lösung (z.B. Ammoniak/Wasser oder Wasser/Lithiumbromid) absorbiert (Abb. 3.13). Das
Gemisch wird von einer Lösungspumpe in einen Austreiber gefördert, wo durch die Erhitzung
mittels eines Erdgasbrenners der Druck und die Temperatur erhöht werden, sodass das
Kältemittel verdampft (30). Analog zu Kompressionswärmepumpen kondensiert das
Wärmeträgermedium im Verflüssiger unter Wärmeabgabe.
Derzeit sind in Deutschland lediglich zwei Adsorptionswärmepumpen auf dem Markt. Während
bei Absorptionswärmepumpen das Kältemittel von einem flüssigen Medium absorbiert wird,
lagert es sich bei Adsorptionswärmepumpen an der Oberfläche eines Feststoffes (z.B. Zeolith) ab
(Abb. 3.14). Bei der Ablagerung wird Wärme frei (Adsorptionswärme) (30). Ist das Zeolith an
Kältemittel gesättigt folgt die Desorptionsphase, bei der das Wasser durch die mittels eines
Gasbrenners erzeugte Wärme zum Verdampfen gebracht wird. Das Wasser kondensiert
anschließend im Verflüssiger. Hierbei wird Kondensationswärme frei (40a). Die beiden Phasen
(Adsorption und Desorption) laufen hintereinander ab, durch die Trägheit der Heizungssysteme
wirkt sich diese Taktung allerdings nicht in einer für die Nutzer spürbaren Form aus. In beiden
Phasen wird Wärme an das Heizsystem abgegeben.
Abbildung 3.14: Funktionsschema einer Zeolith-Adsorptionswärmepumpe (40b)
Während in Ländern wie Japan Gas-Wärmepumpen seit langem weit verbreitet sind, stellen sie in
Deutschland noch eine relativ junge Alternative zu elektrischen Wärmepumpen dar und sind hier
erst seit wenigen Jahren auf dem Markt.
Die genauen Absatz- und Bestandszahlen an Gas-Wärmepumpen werden nicht kontinuierlich
erfasst, daher beruhen die diesem Kapitel zugrunde liegenden Daten auf Einzelwerten und
Abschätzungen.
29
Da Gaswärmepumpen erst vor einigen Jahren Eingang in den deutschen Markt gefunden haben,
wurden zwischen 2003 und 2008 nur geringe Stückzahlen von unter 50 Anlagen im Jahr installiert.
2009 wurden Gas-Absorptionswärmepumpen in den Markt eingeführt. Laut Angaben des BWP
wurden im Jahr 2009 rund 100 Anlagen installiert. In den darauffolgenden Jahren stiegen die
Absatzzahlen weiter an, sodass im Jahr 2012 insgesamt schätzungsweise 1.200 Gaswärmepumpen
verkauft wurden. Hiervon machten Sorptionswärmepumpen mit 460 verkauften Anlagen einen
Anteil von rund 38 % aus (s. Abb. 3.15).
Absatzzahlen Gas-Wärmepumpen (2003 bis 2013)
1400
1400
1200
1200
1000
1000
800
800
600
600
400
400
200
200
0
0
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Thermische Sorptions-Wärmepumpen
Abbildung 3.15: Entwicklung der Absatzzahlen von gasbetriebenen Wärmepumpen 2003 bis 2013 (3 a+b)(5)(13 a+b)
Aktuell sind schätzungsweise rund 4.200 Gaswärmepumpen in Deutschland installiert, wovon
Sorptionswärmepumpen mit knapp 1.700 Anlagen einen Anteil von ca. 41 % ausmachen. Aus
Abbildung 3.15 geht hervor, dass sich nach einem zögerlichen Anlauf die Zahl der in Deutschland
installierten Gaswärmepumpen seit Einführung der Sorptionswärmepumpen deutlich erhöht hat.
2008 waren 183 gasmotorische Wärmepumpen installiert, nach Markteinführung der
Sorptionswärmepumpen im Jahr 2009 stieg die Zahl der installierten Anlagen von 337 (2009) auf
4.173 im Jahr 2013. Damit ist der Bestand an Gaswärmepumpen innerhalb von vier Jahren auf
mehr als das Zwölffache angestiegen (Abb. 3.16).
Trotz der positiven Entwicklung der Absatz- und Installationszahlen machen Gaswärmepumpen
nur einen sehr kleinen Teil am Gesamtmarkt der Wärmepumpen in Deutschland aus. 2013
entsprach ihr Anteil am Feldbestand lediglich 0,5 % (ohne Brauchwasser-Wärmepumpen: 0,7 %).
Im Gegensatz zu elektrisch betriebenen Wärmepumpen fällt bei Gaswärmepumpen die für die
Stromerzeugung eingesetzte Primärenergie weg, da das Gas selbst als Primärenergie dient.
Hierdurch werden bei der Stromerzeugung anfallende Umwandlungsverluste umgangen. Zwar
bieten Gas-Wärmepumpen den Vorteil, dass sie konventionellen Gasheizungen ähneln und somit
von Gasinstallateuren ohne spezielle Fachbildung im Bereich Wärmepumpen eingebaut und
gewartet werden können, auf der anderen Seite sind sie trotz der Nutzung von regenerativen
Wärmequellen vom Rohstoff Erdgas abhängig und damit keine grundsätzliche Alternative zu
konventionellen Gasheizungen.
30
Gaswärmepumpen können in Bestandsgebäuden mit bereits existierendem Gasanschluss relativ
leicht eingebaut werden. Bei Neubauten ist es erforderlich, das Gebäude an das Gasnetz
anzuschließen, was zusätzlichen Aufwand und Kosten nach sich zieht und im Vergleich zu
elektrisch betriebenen Wärmepumpen einen Nachteil der Gaswärmepumpen darstellt.
Installierte Gas-Wärmepumpen
4.500
4.500
4.000
4.000
3.500
3.500
3.000
3.000
2.500
2.500
2.000
2.000
1.500
1.500
1.000
1.000
500
0
2003
500
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
0
2013
Thermische Sorptions-Wärmepumpen
Abbildung 3.16: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Gas-Wärmepumpen (2003 bis 2013) (3 a+b)(5)(13 a+b)
Die weitere Marktentwicklung der Gaswärmepumpen bleibt abzuwarten, allerdings werden sie
sich aufgrund der nötigen Anschlusslegung für Neubauten eher nicht gegenüber den elektrisch
betriebenen Systemen durchsetzen. Im Bereich der Renovierung respektive Sanierung von
Bestandsgebäuden können Gaswärmepumpen prinzipiell an Bedeutung gewinnen, allerdings
hängt diese Entwicklung von den künftig zu erwartenden Gas- und Strompreisen und damit den
Betriebskosten von elektrischen wie gasbetriebenen Wärmepumpen ab.
3.3
Installierte Leistung und Energieverbrauch des Anlagenbestands
Auf Basis der in Abschnitt 3.2 dargestellten Absatz- und Bestandszahlen wurden die daraus
resultierenden Energiemengen berechnet. Neben der thermischen und elektrischen
Gesamtleistung des deutschen Wärmepumpenbestands wurden auch der Stromverbrauch, die
erzeugten Heizwärmemengen sowie die daraus resultierende Mengen regenerativ gewonnener
Wärme ermittelt.
Die Berechnung der thermischen Gesamtleistung des Anlagenbestands wurde auf Grundlage der
durchschnittlichen Heizleistungen durchgeführt. Hierbei wurde nach Art der Wärmequelle und
der Betriebsart unterschieden.
Die Berechnung der elektrischen Gesamtleistung erfolgte anhand der vom WärmepumpenTestzentrum Buchs ermittelten COP-Werte bzw. auf Basis der vom Bundesamt für Wirtschaft und
Ausfuhrkontrolle (BAFA) veröffentlichten Liste förderfähiger Wärmepumpen (s. Abschnitt 3.7.1).
Laut Prüfreglement zur Ermittlung der COP-Werte fließen in die Erfassung der elektrischen
31
Gesamtleistung die Verdichterleistung, die elektrische Leistungsaufnahme der Umwälzpumpen
auf Wärmequellen- und Wärmesenkenseite und die Leistungen sonstiger Zusatzeinrichtungen wie
z.B. Abtaufunktionen bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ein.
3.3.1
Energiemengen
2012 betrug die thermische Gesamtleistung der in Deutschland installierten Wärmepumpen
6,56 GW (s. Tab. 3.2). Mit einer elektrischen Gesamtleistungsaufnahme von 1,77 GW ergibt sich
für den gesamten Anlagenbestand ein mittlerer COP von 3,71.
Tabelle 3.2: Thermische und elektrische Gesamtleistung des Anlagenbestandes an Wärmepumpen in Deutschland
Jahr
1990
Thermische Gesamtleistung
(GW)
1,8
Elektrische Gesamtleistung
(GW)
0,52
1995
1,9
0,54
2000
1,9
0,55
2005
2,3
0,63
2010
5,1
1,37
2012
6,6
1,77
In diese Berechnungen sind neben den elektrisch betriebenen Heizungswärmepumpen auch
Brauchwasserwärmepumpen sowie Gaswärmepumpen mit eingeflossen, sodass sich für die Jahre
1990 bis 2008 andere Werte ergeben als in der 2010 veröffentlichten Marktstudie.
Die Heizwärmemenge wurde aus der thermischen Gesamtleistung und den
Vollbenutzungsstunden berechnet, die im Wesentlichen auf den Ergebnissen der vom FraunhoferInstitut für Solare Energiesysteme (ISE) durchgeführten langjährigen Feldtests beruhen.
Ausgehend der Studienergebnisse wurden für Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Anlagen
Vollbenutzungsstunden von 1.950 (1990) bis 1.800 (2013) angenommen. Da Luft-Wasser-Anlagen
in Bestandsbauten durch längere Laufzeiten im Winter in den Feldtests höhere
Vollbenutzungsstunden aufgewiesen haben, wurden ausgehend von 1990 die
Vollbenutzungsstunden unter Berücksichtigung des jeweiligen Neubauanteils am Zubau von LuftWasser-Anlagen ermittelt, sodass sich Werte von 2.340 (1990) bis 2.073 (2013) ergaben. In der
BWP-Branchenstudie 2013 wurde für 2013 eine durchschnittliche Vollbenutzungsstundenzahl von
gut 1.800 Stunden angenommen, wobei die mittlere Heizleistung der elektrischen
Heizungswärmepumpen mit 11,8 kW angesetzt wurde (13d).
Die Reduzierung der Vollbenutzungsstunden liegt in einer zunehmend besseren
Gebäudedämmung begründet, die zu einer Verringerung der Heizungslaufzeit führt. Auf der
anderen Seite findet eine bessere Anpassung der Heizleistung an den tatsächlichen Wärmebedarf
der Gebäude statt, was zu einer höheren Vollbenutzungsstundenzahl führt. Basierend auf den
Fraunhofer Feldtests kann insgesamt von einer Verringerung der Jahres-Vollbenutzungsstunden
ausgegangen werden.
32
Für das Jahr 2012 lagen der Berechnung Vollbenutzungsstunden von 1.850 für Sole-Wasser- und
Wasser-Wasser-Wärmepumpen und 2.138 Stunden für Luft-Wasser-Anlagen zugrunde. Als
durchschnittliche Heizleistungen flossen 12 kW (S/W und L/W) bzw. 16 kW (W/W) in die
Berechnungen ein. Damit ergibt sich eine durch elektrisch betriebene Heizungswärmepumpen
erzeugte Heizwärmemenge von 11,2 TWh (inkl. reversible Anlagen). Unter Einbezug von
Gaswärmepumpen und Brauchwasserwärmepumpen ergibt sich ein Wert von 11,8 TWh.
Als Basis zur Ermittlung des Stromverbrauchs der in Deutschland installierten Wärmepumpen
wurden die mittleren Jahresarbeitszahlen (JAZ) des Feldbestands verwendet. Die Entwicklung der
JAZ stützt sich für die elektrischen Heizungswärmepumpen auf die Fraunhofer Feldtests und für
Gas-Wärmepumpen auf Abschätzungen des BWP. Für Brauchwasserwärmepumpen wurde
einheitlich der in der RES-Directive angesetzte Wert von 2,5 zugrunde gelegt.
Im Gegensatz zu der auf Prüfständen ermittelten Leistungszahl (COP) stellt die JAZ die Effizienz
einer Wärmepumpe unter realen Betriebsbedingungen dar. Sie bezieht sich auf das gesamte
System einer Wärmepumpe und enthält die Stromverbräuche der unterschiedlichen
Anlagenkomponenten wie Verdichter, Umwälzpumpe, Brunnenpumpe, Ventilatoren und
gegebenenfalls weiterer Komponenten wie einer elektrischen Zusatzheizung. Daher ist der COP
einer Wärmepumpe in der Regel deutlich größer als ihre JAZ.
Aus der errechneten Heizwärmemenge und den jeweiligen JAZ ergibt sich für das Jahr 2012 ein
gesamter Stromverbrauch von 4,0 TWh.
Tabelle 3.3: Heizwärmemenge, Stromverbrauch und genutzte regenerative Wärme des Feldbestands an
Wärmepumpen in Deutschland
Jahr
Heizwärmemenge
(TWh)
Stromverbrauch
(TWh)
Regenerative Wärme
ERES (TWh)
1990
2,5
0,9
1,6
1995
2,5
0,9
1,6
2000
2,7
1,0
1,7
2005
3,5
1,2
2,3
2010
9,2
3,1
6,2
2012
11,8
4,0
7,9
Die regenerativ erzeugte Wärme stellt die der Umwelt (Außenluft bzw. Erdreich) mittels
Wärmepumpen entzogene Wärme dar. Nach den Vorgaben der EU berechnet sich dieser Wert
der Menge der durch Wärmepumpen-Technologie gewonnenen Energie aus erneuerbaren
Quellen ERES wie folgt (2):
ERES = Qusable (1 – 1/SPF)
mit
Qusable:
durch Wärmepumpen erzeugte Heizwärmemenge (aus Leistung der installierten
Wärmepumpen und Vollbenutzungsstunden (Vbh))
33
SPF:
Seasonal Performance Factor (≙ Jahresarbeitszahl)
Dieser Ansatz entspricht im Prinzip der Differenz aus Heizwärmemenge und Stromverbrauch, da
die Formel umgeschrieben werden kann zu:
Hierbei entsprechen der Minuend der durch Wärmepumpen erzeugten Heizwärmemenge und der
Subtrahend dem Stromverbrauch des Wärmepumpenbestands.
3.3.2
Reversible Anlagen
Seitens der EU wird im Rahmen der Ökodesign-Richtlinie gefordert, dass der Anteil reversibler
Wärmepumpen gesondert erfasst wird. Zur Berechnung der durch reversible Wärmepumpen
erzeugten Wärme wurde angenommen, dass diese anteilig zu 80 % für Heizzwecke und 20 % für
Kühlzwecke eingesetzt werden. Dieser Wert ist nur eine überschlägige Abschätzung und bildet
nicht effektiv die realen Verhältnisse ab. Durch eine große Varianz zwischen verschiedenen
Anwendungsfällen reversibler Anlagen (Industrie, Nichtwohngebäude, Wohngebäude) ergeben
sich bezogen auf Einzelanlagen mitunter stark abweichende Verteilungen, die aufgrund der
insgesamt geringen Datenlage reversibler Anlagen und der Komplexität der unterschiedlichen
Anwendungsbereiche nicht näher in den Berechnungen berücksichtigt wurden.
Unter diesen Voraussetzungen ergibt sich im Jahr 2012 für die in Deutschland installierten
reversiblen Wärmepumpen eine thermische Gesamtleistung von 182,7 MW mit einer elektrischen
Leistungsaufnahme von 52,1 MW. Damit ergibt sich ein mittlerer COP über den gesamten Bestand
reversibler Anlagen von 3,51. Tabelle 3.4 zeigt die Entwicklung der Gesamtleistungen seit 1990.
Tabelle 3.4: Thermische und elektrische Gesamtleistung des Anlagenbestandes reversibler Wärmepumpen in
Deutschland
Jahr
1990
Thermische Gesamtleistung
(MW)
0,01
Elektrische Gesamtleistung
(MW)
2,7 10-3
1995
0,2
0,04
2000
0,6
0,13
2005
17,0
4,88
2010
125,1
36,02
2012
182,7
52,08
Während für die Jahresarbeitszahlen und die Leistungszahlen dieselben Werte wie für nicht
reversible Anlagen zugrunde gelegt wurden, sind in die Berechnungen der thermischen Leistung
höhere mittlere Heizwerte eingeflossen, da reversible Wärmepumpen verstärkt in
Nichtwohngebäuden sowie in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen.
34
Auch für die reversiblen Wärmepumpen wurden getrennt die erzeugte Heizwärmemenge und der
resultierende Stromverbrauch sowie die regenerativ erzeugte Wärme berechnet. Im Jahr 2012
wurden durch reversible Wärmepumpen ca. 251 GWh regenerative Wärme erzeugt
(s. Tabelle 3.5).
Tabelle 3.5: Heizwärmemenge, Stromverbrauch und genutzte regenerative Wärme des Feldbestands an reversiblen
Wärmepumpen in Deutschland
Jahr
Wärmemenge (inkl.
Kühlmenge) (GWh)
Stromverbrauch
(GWh)
Regenerative Energie
ERES (GWh)
1990
0,02
0,01
0,01
1995
0,26
0,09
0,17
2000
1,02
0,34
0,68
2005
38,6
14,7
23,9
2010
274,8
98,3
176,5
2012
388,0
136,9
251,1
Bezogen auf den gesamten Feldbestand an Wärmepumpen ist der Anteil reversibler Systeme sehr
gering, dennoch lässt sich im Wesentlichen eine merkliche Zunahme der durch diese Anlagen
erzeugte regenerative Energie erkennen. Diese Entwicklung korreliert mit der Entwicklung der
Absatzzahlen von umkehrbaren Wärmepumpen (s. Abschnitt 3.2.4).
Der große Sprung zwischen den Jahren 2000 und 2005 erklärt sich dadurch, dass die reversiblen
Luft-Wasser-Wärmepumpen, deren Misch-Jahresarbeitszahlen unter dem in der Richtlinie
vorgegebenen Richtwert von 2,5 liegen, bis einschließlich 2001 nicht berücksichtigt wurden und
erst ab 2002 in die Bilanzierung mit einfließen.
Abbildung 3.17 zeigt die Entwicklung der aus der Ermittlung von thermischer und elektrischer
Leistung resultierenden mittleren Leistungszahlen (COP). Auch hier ergibt sich die deutliche
Verringerung des mittleren COP durch den Einbezug der Luft-Wasser-Anlagen ab 2002. Da diese
Systeme in der Regel geringere Leistungszahlen aufweisen als Sole-Wasser-Wärmepumpen,
ergibt sich ein geringerer Durchschnitts-COP aller reversiblen Anlagen. Während seit 1990 bei den
reversiblen Sole-Wasser-Anlagen ein nahezu kontinuierlicher Anstieg der Leistungszahlen zu
verzeichnen ist (Ausnahme: 1998) und im Jahr 2001 ein Durchschnittswert von 4,40 erreicht
wurde, ergeben sich unter Einberechnung der luftgestützten Anlagen seit 2002 relativ konstant
mittlere Leistungszahlen von durchschnittlich 3,50.
35
Mittlerer COP reversible Wärmepumpen (1990 - 2012)
4,60
4,40
4,20
4,00
3,80
3,60
3,40
Übergang
Ø COP Sole
Ø COP Sole, Luft
Abbildung 3.17: Entwicklung der mittleren Leistungszahlen von in Deutschland installierten reversiblen Wärmepumpen
(Luft, Sole) im Zeitraum 1990 bis 2012 – Berücksichtigung von Luft-Wasser-Anlagen ab 2002
3.4
Anlagenbestand nach Art der Anwendung
3.4.1 Brauchwasser-Wärmepumpen
Zusätzlich zu den oben genannten Heizungswärmepumpen, die Außenluft, Sole oder Grundwasser
als Wärmequelle nutzen, gibt es Brauchwasser-Wärmepumpen, die nicht zur Raumheizung,
sondern ausschließlich zur Erwärmung des Trinkwassers dienen.
Bei dieser Art von Wärmepumpen wird die zur Trinkwassererwärmung benötigte Wärme in der
Regel aus der Raumluft oder aus der Abluft von Lüftungsanlagen gewonnen. Die Wärmepumpen
sind direkt mit einem Warmwasserspeicher gekoppelt bzw. bieten viele Anbieter Geräte mit
einem bereist integrierten Speicher an. Je höher die Quelltemperatur ist, desto effizienter kann
die Wärmepumpe arbeiten (kleinerer Temperaturhub).
Abbildung 3.18 zeigt die Absatzzahlen von Brauchwasser-Wärmepumpen seit 1990. Zusätzlich ist
die Preisentwicklung für leichtes Heizöl dargestellt. Es zeigt sich, dass die jährlichen Absatzzahlen
an Brauchwasser-Wärmepumpen stark mit den Heizölpreisen zu korrelieren scheinen. Bei hohen
Kosten für den Betrieb herkömmlicher Warmwasserbereitungssysteme entscheiden sich viele
Verbraucher demnach für eine hiervon unabhängige Alternative. So wurden im Jahr 2008, als der
Heizölpreis bei 76,50 ct/l lag, fast 15.000 Brauchwasser-Wärmepumpen verkauft, was nahezu eine
Verdopplung des Vorjahresabsatzes von 7.741 Anlagen darstellt. Im darauffolgenden Jahr sank
der Heizölpreis auf 53 ct/l. Der Absatz von Brauchwasser-Wärmepumpen reduzierte sich um
ca. 21 % auf 11.500 neu installierte Anlagen.
36
18.000
90
16.000
80
14.000
70
12.000
60
10.000
50
8.000
40
6.000
30
4.000
20
2.000
10
0
Heizöl-Preis (ct/l)
Absatzzahlen
Absatzzahlen Brauchwasser-Wärmepumpen - Heizölpreis
0
Absatz
Preis (ct/l)
Abbildung 3.18: Entwicklung der Absatzzahlen von Brauchwasser-Wärmepumpen und des Heizölpreises 1990 bis 2013
(13 a+b)(17a)
Trotz eines erneuten Anstiegs des Heizölpreises fiel die Zahl der abgesetzten BrauchwasserWärmepumpen weiter. Im Jahr 2010 wurden lediglich 8.400 Brauchwasser-Wärmepumpen in
Deutschland verkauft. Seit 2010 zeichnet sich wieder ein aufsteigender Trend ab. So wurde für
2013 ein Absatzplus von 13 % verzeichnet.
Installierte Brauchwasser-Wärmepumpen
300.000
250.000
200.000
150.000
100.000
50.000
0
Abbildung 3.19: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Brauchwasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013) (13 a+b)
Betrachtet man die Zahl installierter Brauchwasser-Wärmepumpen, so ist seit Beginn der 1990er
Jahre ein leichter Rückgang zu verzeichnen, sodass im Vergleich zu knapp 284.000 Anlagen 1994
im Jahr 2007 nur mehr 220.000 Brauchwasser-Wärmepumpen installiert waren.
37
Diese Entwicklung beruht auf der Tatsache, dass in den 1980er Jahren sehr viele Anlagen
installiert wurden, die nun das Ende ihrer Lebensdauer erreicht haben und daher (zum Teil durch
andere Systeme zur Trinkwassererwärmung) ersetzt werden, sodass trotz anhaltend hoher
Absatzzahlen der Anlagenbestand insgesamt zurückgeht (13e).
Während zu Beginn der 1990er Jahre noch deutlich mehr Brauchwasser- als
Heizungswärmepumpen verkauft wurden, hat sich die Zahl der neu installierten
Heizungswärmepumpen kontinuierlich gesteigert. In den vergangenen Jahren wurden so bis zu
sechs Mal so viele Heizungswärmepumpen wie Brauchwasser-Wärmepumpen abgesetzt
(s. Abb. 3.20).
Absatzzahlen Heiz- und Brauchwasser-Wärmepumpen
(1990 bis 2013)
70.000
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
0
Brauchwasserwärmepumpen
Heizungswärmepumpen
Abbildung 3.20: Entwicklung der Absatzzahlen von Heiz- und Brauchwasserwärmepumpen (13 a-c)
Abbildung 3.21 zeigt den Gesamtbestand der in Deutschland installierten Heizungs- und
Brauchwasserwärmepumpen. Es zeigt sich, dass die Zahl an Brauchwasser-Wärmepumpen in den
1990er Jahren mit geringen Schwankungen relativ konstant im Bereich von ca. 280.000
installierten Anlagen lag, während sich dieser Wert in den letzten Jahren auf ca. 220.000
eingependelt hat.
Eine andere Entwicklung lässt sich bei den Heizungswärmepumpen erkennen. Waren hier die
Installationszahlen seit 1990 bis 2000 mit einem Anlagenbestand von rund 80.000 relativ
konstant mit einem in den folgenden Jahren zu verzeichnenden leichten Anstieg, so gab es seit
2005 einen deutlichen Zuwachs der in Deutschland installierten Heizungswärmepumpen.
38
Anlagenbestand Wärmepumpen (1990-2013)
800.000
700.000
600.000
500.000
400.000
300.000
200.000
100.000
0
Heizungswärmepumpen
Abbildung 3.21: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Heiz- und Brauchwasser-Wärmepumpen (1990 - 2013)
(13 a-c)
In Addition der beiden dargestellten Flächen ergibt sich die Gesamtzahl der in Deutschland
installierten elektrischen Wärmepumpenanlagen. Zum Jahresende 2013 waren mit ca. 788.000
Anlagen etwa doppelt so viele Anlagen installiert wie im Jahr 2005 (360.000).
3.4.2 Alter des Anlagenbestands
Wie aus Abbildung 3.20 hervorgeht, wurde ein Großteil der derzeit installierten Wärmepumpen
innerhalb der vergangenen Jahre installiert. So sind ca. 80 % des derzeitigen Anlagenbestandes
elektrischer Heizungswärmepumpen (2012: 500.200 gesamt) maximal 10 Jahre und ca. 20 % der
Anlagen seit 10 bis 20 Jahren, in Einzelfällen seit bis zu 30 Jahren in Betrieb.
Die während des durch die Ölkrise ausgelösten „ersten Wärmepumpenbooms“ Ende der 1970er
bis Anfang der 1980er Jahre installierten Anlagen waren zu einem großen Teil in den 1990er
Jahren noch in Betrieb. In dieser Zeit hat sich der Anlagenbestand zwar moderat erhöht, blieb
aber bedingt durch niedrige Absatzzahlen auf einem relativ konstanten Niveau von ca. 80.000
Anlagen.
Wärmepumpenanlagen weisen in der Regel eine Lebensdauer von mindestens 20 Jahren auf. Je
nach Ausgangsbedingungen können sie aber durchaus auch bis zu 30 Jahren betrieben
werden (13e). In einer älteren Studie des Schweizer Bundesamtes für Energie (BFE) wurde
aufgrund von Erfahrungen einer Feldstudie die Mindest-Lebensdauer einer Wärmepumpe mit 20
Jahren beziffert. Bis 2020 kann laut dieser Studie von einer durchschnittlichen Lebensdauer von
25 Jahren ausgegangen werden (8a).
39
Brauchwasserwärmepumpen weisen eine ähnliche Lebensdauer wie Heizungswärmepumpen auf.
In den 1980er Jahren wurden hohe Stückzahlen an Brauchwasserwärmepumpen abgesetzt, die
etwa seit Beginn des neuen Jahrtausends nach und nach ausgetauscht werden, sodass sich auch
hier Lebensdauern von 20 bis 30 Jahren zeigen (s. Abschnitt 3.4.1).
Der Bestand an Gaswärmepumpen ist bedingt durch die erst wenige Jahre zurückliegende
Markteinführung noch recht klein. So wurden von den derzeit geschätzt ca. 4.200 installierten
Anlagen in Deutschland über 80 % erst seit 2009 eingebaut. Gasbetriebene Sorptionswärmepumpen kommen anders als elektrisch betriebene oder gasmotorische Wärmepumpen in
der Wärmepumpe selbst weitgehend ohne mechanische Verschleißteile aus, was tendenziell zu
einer höheren Lebensdauer führen kann. Generell kann für Gaswärmepumpen aber auch eine
Lebensdauer von 20 bis zu 30 Jahren angenommen werden.
3.5
Anlagenbestand nach Leistungsklassen
Zusätzlich zu einer Unterscheidung nach Wärmequelle, Betriebsart und Art der Anwendung
können Wärmepumpen nach Leistungsklassen kategorisiert werden. Hierbei kann eine
Orientierung an typischen Marktsegmenten erfolgen:




5 bis 15 kW:
15 bis 35 kW:
35 bis 80 kW:
über 80 kW:
Anlagen für Einfamilienhäuser
Anlagen für Mehrfamilienhäuser
Anlagen für den gewerblichen Bereich
Sonderlösungen
Die angegebenen Leistungen stellen die Heizleistung der Anlagen dar, also die von der
Wärmepumpe abgegebene Nutzwärme. Größere Heizleistungen können über eine Kaskadierung,
also eine Kopplung mehrerer Wärmepumpen, erreicht werden.
Für bestimmte Anwendungen, die eine sehr hohe Heizleistung erfordern (z.B. in NichtWohngebäuden, großen Mehrfamilienhäusern oder der Industrie), werden zum Teil speziell für
das entsprechende Gebäude dimensionierte Sonderlösungen umgesetzt, die an die individuellen
Randbedingungen angepasst sind. Zur Auslegung von großen Anlagen in Bestandsgebäuden kann
eine Auslastungsmessung oder Erstellung einer Energiekennlinie hilfreich sein (8b).
Die Entwicklung der durchschnittlichen Heizleistungen ist in Abbildung 3.22 dargestellt. Die Werte
beruhen auf Angaben vom Bundesverband Wärmepumpe (BWP) sowie der vom BAFA
veröffentlichten Liste förderfähiger Wärmepumpen. Tendenziell sind die Heizleistungen seit
Beginn der 1990er Jahre kontinuierlich rückläufig. Dies erklärt sich im Wesentlichen durch eine
Erhöhung der Dämmstandards in Gebäuden, die seit der 1995 eingeführten dritten
Wärmeschutzverordnung (WSchV) sowie den seit 2002 folgenden Energieeinsparverordnungen
(EnEV) und einer damit verbundenen Reduzierung des Jahresheizwärmebedarfs von
Wohngebäuden.
40
Mittlere Heizleistung (kWth)
20
48
Luft
Sole
Gas
18
46
16
44
14
42
12
40
10
38
8
2008
2009
2010
2011
2012
Heizleistung Gas (kWth)
Heizleistung (kWth)
Wasser
36
2013
Jahr
Abbildung 3.22: Entwicklung der durchschnittlichen Heizleistungen von elektrischen Heizungswärmepumpen und
Gaswärmepumpen in Deutschland (13d)(4c)
Die EnEV enthält Vorgaben für den maximalen Jahresheizwärmebedarf von Neubauten sowie
energetisch sanierter Gebäude. Der geringere Wärmebedarf führt zu einer Verringerung der
notwendigen Heizleistung. Durch eine stetige Verschärfung der Vorgaben der EnEV wird sich
dieser Trend auch zukünftig fortsetzen. So schreibt die am 01. Mai 2014 in Kraft tretende Novelle
der EnEV geltend für alle Neubauten ab 01.01.2016 eine Reduzierung des maximal zulässigen
Jahres-Primärenergiebedarfs um 25 % im Vergleich zur EnEV 2009 vor (23).
Neben der allgemeinen Verbesserung von Dämmstandards und einer Verschärfung der Richtlinien
werden die durchschnittlichen Heizleistungen auch durch das Einsatzgebiet der Wärmepumpen
beeinflusst. Grundwasser-Wärmepumpen (Wasser-Wasser-Wärmepumpen) werden häufig in
Großanlagen für hohe Heizleistungen eingesetzt, sodass hier der Wert über dem von Luft-Wasserbzw. Sole-Wasser-Anlagen liegt.
Bislang wurden Luft-Wasser-Wärmepumpen bedingt durch die Unabhängigkeit von Standort und
Bodeneingriffe verstärkt in Bestandsgebäuden eingesetzt, wodurch sich im Schnitt eine höhere
Heizleistung als bei Sole-Wasser-Anlagen ergab, deren Haupteinsatzgebiet in Neubauten liegt. Seit
einigen Jahren werden Luft-Wasser-Wärmepumpen vermehrt auch in Neubauten installiert,
sodass sich die durchschnittlichen Heizleistungen von Luft-Wasser- und Sole-WasserWärmepumpen im Feldbestand angeglichen haben (13d).
Die im Vergleich zu elektrischen Heizungswärmepumpen hohen Heizleistungen von
Gaswärmepumpen ergeben sich durch den vorwiegenden Einsatz dieser Geräte in Industrie und
Gewerbe. Mit der Entwicklung und Einführung von Sorptionswärmepumpen, die auch in kleineren
Leistungsklassen verfügbar sind, erweitert sich das Einsatzgebiet von Gaswärmepumpen auch auf
Gebäude mit einem niedrigeren Heizwärmebedarf wie etwa Einfamilienhäuser, sodass sich die
durchschnittliche Heizleistung des Feldbestands zukünftig weiter reduzieren wird.
41
3.6
Anlagenbestand nach Gebäudeart
Die Auswertung der vom Statistischen Bundesamt veröffentlichten Daten der in Deutschland in
den letzten Jahren fertiggestellten Neubauten im Hinblick auf die primär verwendete Heizenergie
zeigt, dass Wärmepumpen mit einem Anteil von 97 % im Jahr 2012 überwiegend in
Wohngebäuden installiert wurden.
Anzahl fertiggestellter Gebäude mit Wärmepumpen-Heizung
(2005 - 2012)
35 000
30 000
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
-
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012
160
265
491
664
841
1 050
1 188
1 029
6 025
11 666
16 523
17 413
20 691
24 401
28 288
30433
Nichtwohngebäude
3%
2%
3%
4%
4%
4%
4%
3%
Wohngebäude
97%
98%
97%
96%
96%
96%
96%
97%
Nichtwohngebäude
Wohngebäude
Abbildung 3.23: Anzahl der fertiggestellten Gebäude mit Wärmepumpenheizung im Zeitraum 2005 bis 2012 (17b)
Seit 2005 wurden Wärmepumpen im Schnitt zu ca. 3,3 % in Nichtwohngebäuden eingebaut,
bezogen auf den Zeitraum seit 2009 hat sich dieser Wert marginal auf 3,8 % erhöht (s. Abb. 3.23).
Mit Werten zwischen 2 und 4 % liegt der Anteil der Nichtwohngebäude, die Wärmepumpen als
primären Heizwärmeerzeuger verwenden, über die letzten Jahre gesehen auf einem relativ
konstanten Niveau.
Datengrundlage bildeten die Zahlen der in Deutschland fertiggestellten Gebäude nach
Gebäudeart und Art der vorwiegend verwendeten Heizenergie, die den langen Reihen
„Baugenehmigungen/Baufertigstellungen von Wohn- und Nichtwohngebäuden (Neubau) nach Art
der Beheizung und Art der verwendeten Heizenergie, ab 1980“ aus der Bautätigkeitsstatistik des
Statistischen Bundesamtes entstammen.
Analog zu den Wärmepumpen-Absatzzahlen in demselben Zeitraum liegt bei den in Neubauten
installierten Wärmepumpen eine steigende Entwicklung vor. Die Schwankungen, die sich bei den
Absatzzahlen durch den zwischenzeitlichen Förderstopp des Marktanreizprogramms ergeben
haben, können bei diesen Daten nicht beobachtet werden, obschon sich der Förderstopp bzw. die
daran anschließende Novellierung der Förderbedingungen besonders auf den Neubaubereich
ausgewirkt haben. Seit Wiederaufnahme der Förderungen sind Wärmepumpen in Neubauten
nicht mehr förderfähig. Durch einen Anstieg der Mietpreise und einer zunehmenden
42
Wohnungsnachfrage ist die Zahl neu errichteter Wohngebäude nach einem vorherigen Rückgang
seit 2009 zunächst moderat und in der Folge stark angestiegen, sodass die ausbleibende
Förderung sich durch eine insgesamt höhere Anzahl neuer Gebäude nicht korrelierend der
Absatzzahlen an Wärmepumpen entwickelt hat. Des Weiteren werden in Neubauten seit einigen
Jahren vorwiegend Luft-Wasser-Wärmepumpen eingesetzt, deren Absatzzahlen entgegen der
Entwicklung bei Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Anlagen seit 2005 bis auf einen kleinen
Rückgang im Jahr 2009 kontinuierlich gewachsen sind.
Zu beachten ist, dass die hier aufgeführten Zahlen sich lediglich auf die in Neubauten installierten
Wärmepumpen beziehen und daher nicht direkt mit den von den Herstellern gemeldeten
Absatzzahlen vergleichbar sind. Im Rahmen von energetischen Sanierungen oder
Umbaumaßnahmen neuinstallierte Wärmepumpen in Bestandsgebäuden sind zum Beispiel nicht
enthalten.
Im Jahr 2012 wurde in etwa jeder dritte Neubau mit einer Wärmepumpe ausgestattet. Damit
stellt die Wärmepumpe nach Gas (ca. 50 %) den zweitwichtigsten Wärmeerzeuger im
Neubaubereich dar. Wärmepumpen werden in Deutschland in Neubauten überwiegend in
Wohngebäuden installiert. 86 % der in neu fertiggestellten Wohnhäusern eingesetzten
Wärmepumpen wurden 2012 in Einfamilienhäuser, 9 % in Zweifamilienhäuser und die restlichen
5 % in Mehrfamilienhäuser eingebaut (s. Abb. 3.24). Diese Verteilung entspricht auch den
vorangegangenen Jahren.
Wärmepumpen in Wohngebäuden 2012
5%
9%
Einfamilienhäuser
Zweifamilienhäuser
Mehrfamilienhäuser
86%
Abbildung 3.24: Art der Wohngebäude mit Wärmepumpenheizung 2012 (17b)
Bei Nichtwohngebäuden, in denen Wärmepumpenheizungen installiert sind, machen Büro- und
Verwaltungsgebäude sowie sonstige Nichtwohngebäude mit 24 bzw. 21 % die größten Anteile aus
(s. Abb. 3.25). 14 % der Wärmepumpen in Nichtwohngebäuden wurden 2012 in Handels- und
Lagergebäuden und 10 % in Fabrik- und Werkstattgebäuden eingebaut.
Hinzu kommen 2 % in landwirtschaftlichen Betriebsgebäuden sowie jeweils 1 % für
Anstaltsgebäude und Hotels und Gaststätten.
43
Wärmepumpen in Nichtwohngebäuden 2012
1%
Anstaltsgebäude
Büro- und Verwaltungsgebäude
21%
24%
Landwirtschaftl. Betriebsgebäude
Fabrik- und Werkstattgebäude
Handels- und Lagergebäude
1%
Hotels und Gaststätten
2%
14%
sonstige nichtlandwirtschaftl.
Betriebsgebäude
Sonstige Nichtwohngebäude
10%
Abbildung 3.25: Art der Nichtwohngebäude mit Wärmepumpenheizung 2012 (17b)
Neben dem Einsatz von Wärmepumpen in neu errichteten Gebäuden, finden Wärmepumpen
auch bei der energetischen Sanierung von Gebäuden oder dem Austausch von Heizungssystemen
Anwendung. Nachdem in den 1990er Jahren der Einsatzbereich in Bestandsgebäuden zunehmend
an Bedeutung gewonnen hat, nimmt sein Anteil nach Schwankungen seit einem Peak von 68 % im
Jahr 2008 kontinuierlich ab. Für 2013 wurde seitens des BWP geschätzt, dass lediglich 16 % der
neu installierten Heizungswärmepumpen4 im Gebäudebestand Anwendung finden.
Diese rückläufige Entwicklung liegt nach Ansicht von Experten in einer Erhöhung der Strompreise
begründet, welche zur Folge hatte, dass sich Wärmepumpen im Gebäudebestand im Vergleich zu
anderen Heizwärmeerzeugern erst später amortisieren. Im Neubaubereich blieb die
Wärmepumpe durch geringere Investitionskosten gegenüber der Installation in Altbauten im
Wärmemarkt wettbewerbsfähig.
In den kommenden Jahren wird sich der Trend aller Voraussicht nach wieder umkehren, denn
durch Richtlinien wie die EnEV werden die Anforderungen an Gebäudestandards verschärft und
der energetischen Gebäudesanierung kommt eine zunehmende Bedeutung zu. Die seit der
Konjunkturkrise im Jahr 2008 relativ niedrigen Gaspreise haben konventionelle Systeme
gegenüber Wärmepumpen finanziell wieder attraktiv werden lassen, werden aber vermutlich in
Zukunft wieder ansteigen.
Vom im Jahr 2010 existierenden Gebäudebestand wurden mehr als 84,5 % der Gebäude vor 1990
erbaut, wobei 43,5 % ein Baujahr zwischen 1949 und 1978 aufwiesen. Da der Großteil dieser
Gebäude bislang nicht oder nur teilweise energetisch saniert wurde, besteht ein großer
Sanierungsbedarf (38), bei dem auch Wärmepumpen ein prinzipiell großes Marktpotenzial
aufweisen.
4
ohne Brauchwasser- und Gaswärmepumpen
44
Im Jahr 2011 gab es in Deutschland ca. 18,4 Mio. Wohngebäude mit insgesamt ca. 41 Mio.
Wohneinheiten. In 2012 wurden ca. 200.500 Wohn- und Nichtwohngebäude fertiggestellt (17e).
Nach einer deutlich fallenden Entwicklung seit Mitte der 1990er Jahre auf lediglich ca. 156.000
neu errichtete Gebäude in 2009, steigt seitdem die Zahl der jährlich neu fertiggestellten Gebäude
wieder an.
Anteile der installierten Wärmepumpen an Neubau und Bestand
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
Neubau
Bestand
Abbildung 3.26: Anteile der installierten Wärmepumpen im Neubau und im Gebäudebestand – 2013: Prognose (13d)
2006 lag die Sanierungsquote für Gebäude, die zwischen 1900 und 1979 erbaut wurden, bei
2,2 %, was ca. 230.000 umfassend energetisch sanierten Gebäuden entspricht (10). Nachdem die
Sanierungsquote in den 1990er Jahren und zu Beginn des darauffolgenden Jahrzehnts
kontinuierlich angestiegen ist, ist sie in den vergangenen Jahren auf einen Wert von ca. 0,8 bis
1,2 % gesunken. Das von der Bundesregierung angestrebte Ziel einer jährlichen Sanierungsquote
von mindestens 2 % zur Erreichung der Klimaziele wurde damit deutlich unterschritten.
Dieser durch politische wie wirtschaftliche Faktoren erzeugte Modernisierungsstau erfordert
einen deutlichen Zuwachs energetischer Sanierungen in den kommenden Jahren. Es kann davon
ausgegangen werden, dass der Wärmepumpe als alternativem Heizwärmeerzeuger im Zuge der
künftigen Entwicklung im Sanierungsmarkt wieder eine größere Bedeutung zukommt und sich der
Anteil der in Bestandgebäuden eingesetzten Wärmepumpen wieder erhöht.
3.6.1 Ausstattung der Anlagen mit Wärmespeicher
Bezüglich der Ausstattung von Wärmepumpen mit Wärmespeichersystemen liegen keine validen
Daten vor. Zur Orientierung bzw. Abschätzung der Ausstattung von Wärmepumpenanlagen mit
Wärmespeichern wurde daher auf die in den beiden vom Fraunhofer ISE durchgeführten
Feldstudien zurückgegriffen (s. Abschnitt 3.7.1). Aufgrund des Umfangs der beiden Studien, in
denen insgesamt 185 Anlagen in Neu- und Bestandsbauten untersucht wurden, können die
45
Ergebnisse als repräsentativ für den bundesdeutschen Bestand an Wärmepumpenanlagen
angenommen werden.
Neubau
Gebäudebestand
Pufferspeicher
11%
31%
49%
Kombispeicher
26%
63%
19%
ohne
Pufferspeicher
Abbildung 3.27: Anteile der installierten Wärmespeicher im Neubau und im Gebäudebestand (26)
Von den im Projekt „Wärmepumpen-Effizienz“ ausgewerteten Anlagen wurde fast die Hälfte
(49 %) in einem direkten System, also ohne Pufferspeicher, betrieben. Gut ein Drittel der Anlagen
war
mit
einem
Pufferspeicher
mit
separatem
Trinkwarmwasserspeicher
zur
Trinkwassererwärmung ausgerüstet und 19 % nutzten einen Kombispeicher. Im Gebäudebestand
war der Anteil der Anlagen, die einen Pufferspeicher zur Wärmespeicherung nutzen, mit 63 %
deutlich höher als in den untersuchten Neubauanlagen. 26 % der Anlagen wurden mit
Kombispeicher betrieben und nur 11 % der Wärmepumpen waren ohne Speicher.
In Neubauten werden oftmals Fußbodenheizungen installiert, die aufgrund ihrer systembedingten
Trägheit eine leichte Pufferwirkung aufweisen, sodass unter Umständen der Einsatz eines
zusätzlichen Wärmespeichers nicht erforderlich ist. Da in über 90 % der im Feldtest untersuchten
Neubauten eine Fußbodenheizung installiert war, erklärt sich der hohe Anteil an Systemen ohne
Wärmespeicher.
3.7
Entwicklung der Effizienz von Wärmepumpen
Die Effizienz von Wärmepumpen hängt von verschiedenen Parametern ab. Neben der zu
überwindenden Temperaturspreizung zwischen erreichbarer Wärmequellentemperatur und
Heizungsvorlauftemperatur, die jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen ist, spielen die
betriebsbedingten Verbräuche der mit der Anlage verbundenen Komponenten wie
Zusatzheizungen, Umwälzpumpen oder Ventilatoren eine Rolle.
Ein weiteres wichtiges Kriterium für die Effizienz einer Wärmepumpe ist die Differenz zwischen
Vorlauf- und Rücklauftemperatur der Heizungsanlage. Zur Beurteilung der energetischen Effizienz
von Wärmepumpen dienen die Leistungszahl (engl. COP – Coefficient of Performance) und die
Jahresarbeitszahl.
46
3.7.1 Leistungszahlen
Die Leistungszahl bzw. der COP ist der Quotient aus der von der Wärmepumpe abgegebenen
Wärmeleistung und der aufgenommenen Antriebsleistung für Verdichter und Hilfsantriebe wie
Ventilatoren (bei Luft-Wasser-Wärmepumpen) oder Pumpen. Da es sich um ein Verhältnis zweier
Leistungen handelt (kW), ist der COP ein dimensionsloser Wert.
Der COP gibt nicht die Verhältnisse unter realen Betriebsbedingungen wieder, sondern wird nach
Vorgaben der Europäischen Norm 14511 (Vorläufernorm: EN 255) auf Testständen ermittelt. Zu
den festgelegten Rahmenbedingungen für die Prüfungen zählen u.a. die Eintritts- und
Austrittstemperaturen am Gerät. Hierbei gelten für die jeweiligen Bauarten bzw. Wärmequellen
der Wärmepumpen unterschiedliche Werte.
Durch die einheitlichen Testbedingungen ermöglicht der COP einen Vergleich von Wärmepumpen
unterschiedlicher Hersteller. Die Testergebnisse werden jeweils mit Angabe der Ein- und
Austrittstemperaturen für die unterschiedlichen Wärmequellen angegeben. Gängige
Testtemperaturen sind A2/W35 für Luft-Wasser-Anlagen (A = air/Luft, W = water/Wasser),
B0/W35 für Sole-Wasser-Anlagen (B = brine/Sole) sowie W10/W35 für Wasser-WasserWärmepumpen. Hierbei steht die erste Zahl für die Temperatur der Wärmequelle, die hintere
Temperaturangabe bezieht sich auf die im System herrschende Vorlauftemperatur (jeweils in °C).
Die theoretisch maximal zu erreichende Leistungszahl entspricht dem Kehrwert des
Wirkungsgrades des Carnot-Prozesses, einem idealen, also verlustfreien Kreisprozess. Dieser ist
ausschließlich von den Temperaturen von Wärmequelle und Wärmesenke abhängig:
Das bedeutet, je geringer die Differenz zwischen Eintritts- und Austrittstemperatur ist, desto
höher ist die resultierende Leistungszahl (s. Abb. 3.28).
Abbildung 3.28: Leistungszahl (COP) in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und
Wärmesenke (31)
47
Als repräsentative Grundlage zur Darstellung der Entwicklung der Leistungszahlen von
Wärmepumpen dienten die Prüfresultate des Wärmepumpentestzentrums Buchs (WPZ Buchs),
das zum Institut für Energiesysteme (IES) der Interstaatlichen Hochschule für Technik (NTB) in der
Schweiz gehört. Das WPZ führt regelmäßig COP-Messungen nach EN 14511 (seit 2005, zuvor nach
EN 255) von aktuell am Markt befindlichen Wärmepumpen diverser Hersteller durch und
veröffentlicht die Ergebnisse.
Die Ermittlungen der Leistungszahlen werden seit 1993 durchgeführt, sodass inzwischen eine
große Datenbasis vorliegt. Seit 2005 wurden 219 Wärmepumpen verschiedener Hersteller
getestet, davon 82 Luft-Wasser-Anlagen und 137 Sole-Wasser-Anlagen. Hinzu kommen
Brauchwasser-Wärmepumpen. Bis zum Jahr 2012 lagen 450 Datensätze für Luft-Wasser- und
Sole-Wasser- bzw. Wasser-Wasser-Wärmepumpen vor (41c).
Die Ergebnisse aller seit 1993 bis 2012 getesteten Luft-Wasser- und Sole-Wasser-Wärmepumpen
inklusive der jährlichen Mittelwerte sind in den Abbildungen 3.29 und 3.31 dargestellt. Die
Diagramme stellen nicht die nach EN 14511 ermittelten Testergebnisse, sondern zur besseren
Vergleichbarkeit die Ergebnisse nach EN 255 dar, bei der die Prüfungen im Vergleich zur EN 14511
mit einer geringeren Wärmesenken-Temperatur (senkenseitige Temperaturspreizung 10 K statt
5 K), durchgeführt werden, was durch niedrigere Kondensationsdrücke und einer daraus
resultierenden geringeren Leistungsaufnahme zu höheren COP-Werten führt. Die Abbildungen
3.30 und 3.32 zeigen die für Luft-Wasser- bzw. Sole-Wasser-Wärmepumpen nach den beiden
Normen EN 255 und EN 14511 gemessenen COP-Werte im Vergleich.
Abbildung 3.29: COP-Werte der seit 1993 am WPZ Buchs getesteten Luft-Wasser-Wärmepumpen nach EN 255 bei
A2/W35 (41b)
Seit 2009 haben sich die ermittelten COP-Werte nicht bedeutend verändert, sondern sind auf
einem annähernd konstanten Niveau geblieben. Viele Luft-Wasser-Wärmepumpen haben in den
Tests seit 2009 einen COP von ca. 4 aufgewiesen und liegen damit annähernd im Bereich von SoleWasser-Wärmepumpen. 2011 war nur eine Anlage dabei, die den nach EN 14511 geforderten
48
COP-Mindestwert von 3,10 nicht erreicht hat, sodass aktuell aus Sicht der Hersteller keine
Optimierungen zur Normeinhaltung erforderlich sind.
Bis auf fallende Tendenzen in 2006 und 2008 ist seit 1998 ein kontinuierlicher Anstieg der
gemessenen Leistungszahlen erkennbar.
Abbildung 3.30: Vergleichswerte der gemessenen COP bei Luft-Wasser-Wärmepumpen nach EN 255 und EN 14511 mit
einzuhaltenden Mindestwerten (41b)
Die Ergebnisse für Sole-Wasser-Wärmepumpen weisen eine grundsätzlich ähnliche Entwicklung
auf. Bis 2000 ist der Durchschnittswert von anfänglich 3,9 auf ca. 4,4 gestiegen, seit 2000 beliefen
sich die Mittelwerte auf 4,28 bis 4,54. Nach einer Stagnation seit 2006, bei der bei
gleichbleibenden Mittelwerten die Spreizung der Messwerte zugenommen hat, gab es im Jahr
2011 einen deutlichen Anstieg des mittleren COP auf 4,81. Dieser Sprung erklärt sich durch eine
Anhebung des geforderten Mindestwertes von 4,00 auf 4,30 in 2011.
Nachdem in den vorangegangenen Jahren keine Optimierung der Leistungszahlen stattgefunden
hat, waren die Hersteller aufgrund des höheren Grenzwertes in der Verantwortung, die Effizienz
ihrer Anlagen zu steigern. Eine Erklärung für die zuvor herrschende Stagnation kann ein
ansteigender Wettbewerbsdruck im Wärmepumpen-Markt sein, bei dem vorrangig eine
Kostenoptimierung statt einer Verbesserung der energetischen Effizienz der Anlagen im
Vordergrund stand.
Wie aus Abbildung 3.32 hervorgeht, haben seit 1995 die getesteten Sole-Wasser-Wärmepumpen
im Durchschnitt sowohl mit einer senkseitigen Temperaturspreizung von 10 K (EN 255) als auch
5 K (EN 14511) den jeweils geltenden Grenzwert erfüllt. Gleiches gilt für den Durchschnitt aller
getesteten Luft-Wasser-Anlagen (s. Abb. 3.30).
Im Bereich der Brauchwasserwärmepumpen ergaben sich für die in den Jahren 2012 und 2013
getesteten Geräte durchschnittliche Leistungszahlen von 2,78 bis 2,80.
49
Abbildung 3.31: COP-Werte der seit 1993 am WPZ Buchs getesteten Sole-Wasser-Wärmepumpen nach EN 255 bei
B0/W35 (41b)
Abbildung 3.32: Vergleichswerte der gemessenen COP bei Sole-Wasser-Wärmepumpen nach EN 255 und EN 14511 mit
einzuhaltenden Mindestwerten (41b)
50
3.7.2 Jahresarbeitszahlen
Im Gegensatz zur im vorherigen Abschnitt betrachteten Leistungszahl, die unter fest definierten
Normbedingungen auf Prüfständen ermittelt wird, stellt die Jahresarbeitszahl (JAZ) die
energetische Effizienz der Wärmepumpe unter realen Betriebsbedingungen dar. Sie ist das
Verhältnis der im Verlauf eines Jahres durch die Wärmepumpe gewonnenen Nutzwärme (kWh)
zur eingesetzten elektrischen Antriebsenergie (kWh). Hierbei werden je nach angesetzter
Systemgrenze auch die Verbräuche für Grundwasser-/Soleumwälzpumpen, Zusatzheizungen und
Regelungseinrichtungen mit einbezogen (4d).
3.7.2.1
RES-Directive
Der unter 1.2 bereits angesprochene Beschluss 2013/114/EU in Ergänzung zur RES-Directive der
EU enthält im Anhang Empfehlungen bzw. Vorgaben bezüglich der zur Energiemengenberechnung
zu verwendenden Eingangswerte wie Jahresarbeitszahlen/SPF und Vollbenutzungsstunden.
Hierbei wird nach Klimazonen (wärmeres, durchschnittliches, kälteres Klima) und Art der
Wärmequelle (aerothermische, geothermische, hydrothermische Energie) unterschieden. Die
klimatische Einteilung der Mitgliedsstaaten soll anhand einer im Beschluss beigefügten
Übersichtskarte erfolgen. Demnach liegt Deutschland im Grenzgebiet der kälteren zur
durchschnittlichen Klimazone. Aufgrund der relativ ungenauen Grenzziehung, aus der nicht klar
hervorgeht, welche Bereiche Deutschlands dem durchschnittlichen und welche dem kälteren
Klima zuzuordnen sind, wurde vereinfachend für Deutschland pauschal ein kälteres Klima
angenommen.
Die im Beschluss vorgegebenen Werte dienen als Richtwerte. Sofern für einzelne Mitgliedsstaaten
abweichende belastbare Daten vorliegen, ist seitens der EU vorgesehen, dass anstatt der
Vorgabewerte die landesspezifischen Werte Anwendung in der Energiemengenberechnung
finden.
3.7.2.2
Deutschlandspezifische JAZ
Die in der Richtlinie vorgegebenen Werte bzgl. Jahresarbeitszahlen und in gewissen Bereichen
Vollbenutzungsstunden können auf Grundlage für Deutschland vorliegender Daten als deutlich zu
niedrig angesetzt bewertet werden. Dies gilt insbesondere für die für aerothermisch betriebene
Anlagen empfohlenen Jahresarbeitszahlen von lediglich 2,5 und einer Volllaststundenzahl von z.B.
1710 für Luft-Wasser-Wärmepumpen. Die Ergebnisse großangelegter Feldstudien zeigen, dass die
realen Werte für den deutschen Anlagenbestand über den Empfehlungen der RES-Directive
liegen. Die in die Berechnungen eingeflossenen und die Entwicklung der für den deutschen
Feldbestand angesetzten Jahresarbeitszahlen werden im Folgenden beschrieben.
Eine valide Datenbasis von in Deutschland unter realen Betriebsbedingungen erreichbaren
Jahresarbeitszahlen stellen die Ergebnisse zweier vom Fraunhofer Institut für Solare
Energiesysteme (ISE) durchgeführter Feldtests dar. Bei diesen großangelegten Studien wurden
über einen Zeitraum von mehreren Jahren kontinuierliche Effizienzmessungen an Wärmepumpen
51
verschiedener Hersteller, Heizleistungen und Einsatzgebiete durchgeführt. Insgesamt wurden
verteilt über das gesamte Bundesgebiet 112 Anlagen in Neubauten (Projekt „WP Effizienz“) sowie
73 in unsanierten Gebäuden (Projekt „WP im Gebäudebestand“) vermessen (s. Tabelle 3.6).
Aufgrund des Untersuchungsumfangs und der räumlichen Verteilung der vermessenen Anlagen
können die Ergebnisse der Feldtests als repräsentativer Querschnitt für den in Deutschland
vorhandenen Wärmepumpenbestand angesehen werden.
Die erreichbaren Jahresarbeitszahlen hängen von den jeweiligen System- und
Betriebsbedingungen sowie dem Anforderungsprofil und damit dem Nutzerverhalten ab.
Während nach aktuellen Standards (EnEV 2009) errichtete Neubauten einen durchschnittlichen
Heizwärmebedarf von 40 bis maximal 70 kWh/(m²/a) aufweisen dürfen, werden bei
Bestandsgebäuden oftmals Werte von über 200 kWh/(m²/a) erreicht. Die in den Feldtests
untersuchten Gebäude wiesen im Projekt „WP Effizienz“ einen Heizwärmebedarf von unter
100 kWh/(m²/a) auf, wohingegen der mittlere Heizwärmebedarf der Bestandsgebäude bei
177 kWh/(m²/a) lag (26).
Durch die variierenden Heizwärmebedarfe ergeben sich auch Unterschiede in den installierten
Heizleistungen. Während die Anlagen im Bestand eine durchschnittliche Heizleistung von
ca. 14 kW besaßen, lag diese im Projekt „WP Effizienz“ bei ca. 8 kW.
Tabelle 3.6: Projektinformationen zu den Wärmepumpen-Feldtests des Fraunhofer ISE (26)
Projekt
WP-Effizienz
WP im Gebäudebestand
untersuchte Anlagen
112 Anlagen
73 Anlagen
in überwiegend neuen, energieeffizienten Wohngebäuden
in unsanierten
Bestandsgebäuden
Projektdauer
10/2005 – 09/2010
12/2006 – 12/2009
Wärmequellen
(bezogen auf ausgewertete
Anlagen
ohne
Solarkopplung)
Erdreich:
56
Erdreich:
35
Luft:
18
Luft:
36
Baujahr der Gebäude
Grundwasser: 3
nach 2004
Grundwasser:
2
1919 – 1957: 19 %
1958 – 1981: 41 %
1982 – 1996: 27 %
Mittlere beheizte Nutzfläche
199 m²
181 m²
Heizwärmebedarf
(Heizung und Warmwasser)
< 100 kWh/(m²a)
Ø 177 kWh/(m²/a)
5 – 12 kW
< 20 kW
Ø ca. 8 kW
Ø ca. 14 kW
Installierte Heizleistung
52
Abbildung 3.33 zeigt die vorliegenden Wärmeübertragungssysteme in Neubau und Bestand. Es
wird deutlich, dass in Neubauten überwiegend Fußbodenheizungen zur Wärmeverteilung genutzt
werden, wohingegen sie in Bestandsgebäuden hauptsächlich mittels Radiatoren oder einer
Kombination aus Fußbodenheizung und Radiatoren erfolgt.
Für den Betrieb einer Wärmepumpe gilt, dass je geringer der Temperaturhub (ΔT zwischen
Wärmequelle und Wärmesenke) ist, desto effizienter die Wärmepumpe läuft. Auf Radiatoren
basierende Heizungssysteme erfordern Vorlauftemperaturen von ca. 60 °C. Im Vergleich hierzu
liegen die Vorlauftemperaturen einer Fußbodenheizung mit ca. 35 bis 40 °C deutlich geringer.
Daher bietet sich eine Kombination von Wärmepumpen mit einer Fußbodenheizung an, um die
Wärmepumpe möglichst effizient zu betreiben.
Bestand
Neubau
4 1
2
19
52
72
Fußbodenheizung
kombiniert
Radiatoren
Abbildung 3.33: Wärmeübergabesysteme in Neubau und Gebäudebestand (26)
Insbesondere bei Sole-Wasser-Wärmepumpen ist die Wärmeübergabe mittels eines flächigen
Heizungssystems wie einer Fußbodenheizung von Vorteil, da so die im Jahresverlauf relativ
konstante Temperatur der Wärmequelle effektiv genutzt werden kann. Darüber hinaus erlaubt
ein flächiges Wärmeverteilsystem die aktive Kühlung mittels reversibler Wärmepumpen sowie im
Falle von Sole-Wasser-Wärmepumpen die passive Kühlung eines Gebäudes.
Luft-Wasser-Anlagen in Kombination mit Radiatoren führen durch jahreszeitlich bedingte
Schwankungen der Außentemperatur zu einer geringeren Effizienz, da sich im Winter in
Kombination aus hoher Vorlauftemperatur und geringer Wärmequellentemperatur eine sehr
hohe Temperaturspreizung ergibt.
Die Ergebnisse der Fraunhofer Feldtests zeigen diesen Unterschied der Effizienz in Neubau und
Gebäudebestand, der sich u.a. durch die verschiedenen Wärmeverteilsysteme ergibt
(s. Abb. 3.34). Die dargestellten Werte sind eine Mittelung der gemessenen JAZ aller untersuchten
Anlagen. Das Projekt „WP Effizienz“ enthielt zwei Projektphasen, für die die jeweiligen
Mittelwerte einzeln angegeben sind. In der zweiten Projektphase (ab September 2008) wurden
53
Erfahrungen aus der ersten Projektphase in Form von Verbesserungen an Geräten und in der
Installation umgesetzt. Zudem wurden seitens einiger Hersteller neuere, effizientere Geräte
eingesetzte, was in Kombination zu einer insgesamt besseren Effizienz der untersuchten Anlagen
führte.
Bei Luft-Wasser-Anlagen liegt die durchschnittliche JAZ im Neubau um 9 % (erste Phase) bzw.
14 % (zweite Phase) höher als in Bestandsgebäuden, bei Sole-Wasser-Wärmepumpen ergeben
sich Unterschiede von 14 % bzw. 20 %.
JAZ in Neubau und Bestand
4,5
4,09
3,81
4
3,28
3,5
3
3,71
2,81
2,98
2,55
2,5
2
1,5
1
0,5
0
Luft/Wasser
Neubau erste Phase
Sole/Wasser
Neubau zweite Phase
Wasser/Wasser
Bestand
Abbildung 3.34: Durchschnittliche JAZ der Fraunhofer Wärmepumpen-Feldtests für Neubau und Gebäudebestand (26)
Wasser-Wasser-Wärmepumpen wurden nur in der ersten der beiden Projektphasen der „WPEffizienz“-Studie getestet. Im Projekt „WP im Gebäudebestand“ waren zwei Wasser-WasserWärmepumpen vertreten, die allerdings aufgrund der geringen Datenlage nicht in die Auswertung
mit einbezogen wurden (26c). Mit einer JAZ von 3,71 liegen sie trotz der grundsätzlich guten
Ausgangsbedingungen in Bezug auf eine im Jahresverlauf konstante und ausreichend hohe
Wärmequellentemperatur unter den bei Sole-Wasser-Anlagen gemessenen JAZ. Dies ist darauf
zurückzuführen, dass in die JAZ auch die Verbräuche der Hilfsantriebe einbezogen werden, sodass
sich aufgrund einer vergleichsweise hohen elektrischen Leistungsaufnahme der Brunnenpumpe
bei grundwasserbetriebenen Wärmepumpen eine geringere JAZ als bei Sole-Wasser-Anlagen
ergibt.
Abbildung 3.35 zeigt die im Gebäudebestand ermittelten JAZ aufgeteilt nach Wärmequellen und
Systemart (Sonde/Kollektor bei Sole-Wasser-Anlagen) respektive Aufstellungsort (innen/außen
bei Luft-Wasser-Wärmepumpen). Die ermittelten Jahresarbeitszahlen unterscheiden sich im
Mittelwert nur geringfügig für die unterschiedlichen Bauweisen von Sole-Wasser-Wärmepumpen.
Die ausgewerteten Erdsonden-Anlagen wiesen im Zeitraum 2008/2009 eine mittlere JAZ von 3,3
auf. Mit einer mittleren JAZ von 3,2 liegt das Ergebnis für Erdkollektoren in derselben
54
Größenordnung. Ähnliches gilt für den Aufstellungsort von Luft-Wasser-Anlagen. Hier ergaben
sich im Mittel erreichte Jahresarbeitszahlen von 2,5 für innen aufgestellte Systeme und 2,6 für die
Außenaufstellung.
Abbildung 3.35: Übersicht der im Gebäudebestand ermittelten JAZ im Bewertungszeitraum 2008/2009 getrennt nach
Wärmequellen (26c)
Zusatzheizungen bzw. elektrische Heizstäbe dienen im Regelfall dazu, Phasen zu überbrücken, in
denen die Wärmepumpe aufgrund der Randbedingungen im System (z.B. aufgrund einer zu
niedrigen Wärmequellentemperatur oder eines erhöhten Bedarfs) den Heizwärmebedarf eines
Gebäudes nicht decken kann. In den Fraunhofer Feldtests wurde der Einfluss von Heizstäben in
die Erfassung der Jahresarbeitszahlen mit einbezogen. Sowohl bei Sole-Wasser-Wärmepumpen
(ca. 2 %) als auch bei Luft-Wasser-Wärmepumpen (ca. 4 %) lag der Heizstab-Anteil in Neubauten
sehr gering. In Bezug auf die gemessenen Jahresarbeitszahlen hatte der Einsatz von Heizstäben
Einfluss im Bereich von ein bis zwei Prozent.
Zur Einordnung der im Rahmen der vom ISE durchgeführten Feldtests ermittelten JAZ sind in
Tabelle 3.7 die Ergebnisse anderer Untersuchungen aufgeführt. Aufgrund zum Teil geringer
Anzahlen getesteter Anlagen bzw. durch technische Weiterentwicklungen im Wärmepumpenmarkt sind die Werte nicht ohne weiteres miteinander vergleichbar.
Beim Feldtest der Lokalen Agenda21-Gruppe Lahr wurden im Zeitraum 2009 bis 2013 weitere
Systeme getestet. Da es sich bei den getesteten Anlagen allerdings um Sonderbauformen handelt
(CO2-Sonde, Direktverdampfung, solarunterstützter Kollektor), wurden diese Daten an dieser
Stelle nicht mit aufgeführt.
Das vom Schweizer Bundesamt für Energie (BFE) in Auftrag gegebene Projekt „Feldanalyse an
Wärmepumpenanlagen“ (FAWA) wurde nach zwischenzeitlicher Aussetzung in den Jahren 2006
und 2007 ab 2008 weitergeführt, sodass sich seit Projektbeginn im Jahr 1995 eine große,
kontinuierlich fortgeführte Datenmenge ergeben hat, die inzwischen auch Anhaltspunkte über
55
das Langzeitverhalten von Kleinwärmepumpen aufzeigt (8c). Die in der Tabelle angeführten
Anzahlen beziehen sich auf die aktuell noch zur Auswertung verfügbaren Anlagen.
Tabelle 3.7: Übersicht der in diversen Feldstudien ermittelten JAZ getrennt nach Wärmequellen/GEMISVergleichswerte – in Klammern angegeben: Anzahl ausgewerteter Anlagen (8c)(26)(27)(33)(36)
Luft-Wasser-WP
Wärmepumpen-Feldtests
ISE (Neubau, 2011)5
(18)
3,81 | 4,09
(56)
Wasser-Wasser-WP
3,71 | -
(3)
ISE (Bestand, 2010)
2,55
(35)
3,28
(36)
E.ON (2004)
2,7
(1)
3,6
(14)
3,15
(2)
2,8
(13)
3,4
(13)
3,1
(7)
2,98
(4)
3,32
(7)
3,76
(2)
2,65
(62)
3,70
(92)
3,42
(4)
Lokale Agenda21 Lahr
(2009)
Informationszentrum
Wärmepumpen und
Kältetechnik –
IZW (2003)
FAWA (2013)6
GEMIS 4.8
2,81 | 2,98
Sole-Wasser-WP
Bremer Energie
Institut7 –
BEI (1998)
Ludwig-BölkowSystemtechnik –
LBST (1997)
-
3,2
4,6
4,9
3,0
4,0
4,5
IZW (1999)
3,3
3,8
4,3
GEMIS-Stammdaten
3,25
3,9
4,25
Als Vergleichswerte sind zudem die im „Globalen Emissions-Modell integrierter Systeme“ (GEMIS)
enthaltenen Jahresarbeitszahlen für Niedertemperatur-Heizsysteme aufgeführt. Diese basieren
auf Untersuchungen aus den 1990er Jahren.
Neben der unterschiedlichen Testzeiträume und Anzahl getesteter Anlagen unterscheiden sich die
verschiedenen Studien auch in der Messdatenaufnahme, der Gebäude- und Aufstellungsart sowie
in der eigentlichen Bestimmung der JAZ. Diese unterschiedlichen Randbedingungen lassen daher
keinen unmittelbaren Vergleich der Testergebnisse zu. Aufgrund des großen
Untersuchungsumfangs stellen die Feldtests des Fraunhofer ISE sowie das FAWA-Projekt des BFE
die repräsentativsten Ergebnisse dar.
Aufgrund einer nicht ausreichenden Datenlage und dem Umstand, dass die Jahresarbeitszahlen je
nach Systemauslegung, Wärmequelle und Nutzerverhalten für den Kühlfall stark differieren,
wurden zur Energiemengenberechnung reversibler Anlagen dieselben JAZ wie für nicht reversible
Systeme angesetzt.
5
Erste | zweite Projektphase
Derzeit noch zur Auswertung zur Verfügung stehende Anlagen
7
heute: Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM)
6
56
3.7.2.3
Gas-Wärmepumpen
Die Effizienz gasbetriebener Wärmepumpen wird aufgrund der im Vergleich zu elektrisch
betriebenen Wärmepumpen anderen Betriebsweise nicht mit der in Abschnitt 3.7.2.2 definierten
Jahresarbeitszahl, sondern mit der Jahresheizzahl beschrieben. Statt des Stromverbrauchs fließt in
diesen Wert der Gasverbrauch ein. Somit stellt die Heizzahl das Verhältnis von abgegebener
Nutzwärmeleistung für Heizung und Warmwasserbereitung zur Brennerbelastung des Austreibers
dar, welche dem Gasverbrauch entspricht (15).
Bei Gas-Wärmepumpen entfallen die bei elektrischen Wärmepumpen durch die Stromerzeugung
entstehenden Verluste, da direkt Gas als Primärenergieerzeuger eingesetzt wird. Somit ist die
Jahresarbeitszahl elektrischer Heizungswärmepumpen nicht unmittelbar mit der Jahresheizzahl
einer gasbetriebenen Wärmepumpe zu vergleichen. Für eine gegenüberstellende Bewertung der
beiden Kennwerte muss die Jahresarbeitszahl elektrischer Wärmepumpen unter Berücksichtigung
der im Kraftwerk auftretenden Verluste betrachtet werden.
Jahresheizzahlen Gas-Wärmepumpen
1,40
1,38
1,36
1,34
1,32
1,30
1,28
1,26
1,24
1,22
2002
2004
2006
2008
2010
2012
2014
Jahresheizzahlen Gas-Wärmepumpen
Abbildung 3.36: Entwicklung der Jahresheizzahlen von Gas-Wärmepumpen (13)
Für Gas-Wärmepumpen liegen keine belastbaren Daten in Bezug auf die erreichbaren
Jahresheizzahlen vor. Generell liegen sie gemittelt über alle Wärmequellen und Betriebsweisen in
einem Bereich von 1,3 bis 1,4. Abbildung 3.36 zeigt die für die Berechnungen angenommenen
Werte, die auf einer Interpolation von Angaben des BWP beruhen.
Im Beschluss zur RES-Directive werden für in kälteren Gebieten thermisch betriebene
Wärmepumpen SPF von 1,15 für Anlagen, die Luft als Wärmequelle nutzen, und 1,6 für
erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen angesetzt (2). Damit liegen die seitens der EU
empfohlenen Richtwerte bei Gas-Wärmepumpen in etwa in derselben Größenordnung wie die
vom BWP angesetzten Werte.
57
4
Investitionskosten, Förderprogramme und Finanzhilfen für Wärmepumpenanlagen
In diesem Kapitel werden neben bundesweiten Förderprogrammen des Bundesamtes für
Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) und der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) auch
regionale
Förderungen
von
Wärmepumpen
auf
Länderebene
sowie
durch
Energieversorgungsunternehmen (EVU) dargestellt. Darüber hinaus werden Investitionskosten für
unterschiedliche Wärmepumpensysteme aufgeführt.
4.1
Investitionskosten für Wärmepumpen
Bei den für eine Wärmepumpenanlage notwendigen Investitionskosten sind neben dem
Gerätepreis auch die Kosten zur Erschließung der Wärmequelle relevant. Der Gerätepreis ist
hierbei vor allem von der Heizleistung abhängig, während die Erschließungskosten sich im
Besonderen nach der Art der Wärmequelle ergeben. Bei erdgekoppelten Anlagen sind eine
Bohrung respektive Aushubarbeiten des Bodens sowie die Verlegung der Sonden oder Kollektoren
wesentliche Kostenverursacher. Im Fall einer Nutzung des Grundwassers mittels Wasser-WasserWärmepumpen ist die Einrichtung von Brunnen erforderlich. Sowohl bei Sole-Wasser- als auch bei
Wasser-Wasser-Anlagen können Gutachten über das geothermische Potenzial des Untergrundes
sowie speziell erforderliche Genehmigungen zusätzliche Kosten verursachen.
Insgesamt machen bei erdgekoppelten Anlagen die Erschließungskosten den größten Teil der
Investitionskosten aus. Zu den reinen Erschließungs- und Gerätekosten kommen je nach System
und ggf. vorhandenen Strukturen noch allfällige Kosten für einen Speicher, Regelungseinheiten,
Leitungen oder Pumpen sowie deren Montage.
Zur Orientierung, in welchen Bereichen die Netto-Investitionskosten für Wärmepumpen liegen,
eignen sich die Förderstatistiken des BAFA. Bei Antragsstellung muss dem BAFA neben dem
Förderantrag und einer Erklärung des ausführenden Fachunternehmens die Rechnung über die
angefallenen Kosten in Kopie beigefügt werden (4). Abbildung 4.1 zeigt die durchschnittlichen
Investitionskosten für Wärmepumpen-Anlagen, aufgeteilt nach Wärmequellen.
Es ist ersichtlich, dass die Investitionskosten für Luft-Wasser-Anlagen um 12 bis 25 % geringer
ausfallen als für Sole-Wasser-Wärmepumpen. Die Investitionskosten für grundwasserbasierte
Wärmepumpen lagen in den Jahren 2008 bis 2010 im Mittel über 20 % derer luftgestützter
Anlagen. Seit 2011 haben sich diese Werte angenähert und lagen in etwa in derselben
Größenordnung. Diese Entwicklung ist durch die veränderten Förderrichtlinien zu erklären, nach
denen seit 2010 Wärmepumpen-Anlagen in Neubauten nicht mehr förderfähig sind
(s. Abschnitt 4.2.1). Grundwasser-Wärmepumpen erfordern bei einer Neuinstallation
Brunnenbohrungen zur Erschließung der Wärmequelle. Hierfür fallen vergleichsweise hohe
Kosten an. Ein Faktor zur Entscheidung für die Installation einer Grundwasser-Wärmepumpe in
Bestandsgebäuden kann eine mitunter bereits bestehende Brunnenanlage auf dem Grundstück
sein, sodass in diesen Fällen die Erschließungs- bzw. Investitionskosten im Vergleich geringer
ausfallen als bei Neubauten. So können die Kosten für Grundwasser-Wärmepumpen im Bestand
niedriger sein als in Neubauten, obwohl hier vergleichsweise höhere Heizleistungen der Anlagen
erforderlich sind, die höhere Kosten verursachen als Wärmepumpen für gutgedämmte
Neubauten.
58
Durchschnittliche Investitionskosten (€)
Durchschnittliche Investitionskosten geförderter
Wärmepumpen-Anlagen (2008 - 2013)
25.000
20.000
15.000
10.000
5.000
0
2008
2009
2010
2011
2012
2013
Luft-Wasser-WP
Wasser-Wasser-WP (Grundwasser)
Sole-Wasser-WP (Erdgekoppelt)
Ø 2000-2013 Wasser
Ø 2000-2013 Sole
Ø 2000-2013 Luft
Abbildung 4.1: Durchschnittliche Investitionskosten der vom BAFA geförderten Wärmepumpenanlagen (2008 - 2013),
8
Mittelwerte 2000 bis 2013 (4b)
2013 lagen die mittleren Investitionskosten der vom BAFA geförderten Wasser-WasserWärmepumpen bei 15.097 €, für Sole-Wasser-Anlagen fielen im Mittel rund 17.800 € pro Anlage
an. Mit durchschnittlich 13.681 € wiesen luftbetriebene Wärmepumpen die geringsten
Investitionskosten auf. Sole-Wasser-Wärmepumpen erfordern die Verlegung von Sonden
respektive Kollektoren, die kostenintensive Erdarbeiten oder Bohrungen bedingen und so zu
einem höheren Investitionsvolumen führen. Im Vergleich zu den für den Zeitraum 2000 bis 2013
erfassten durchschnittlichen Investitionskosten liegen die letztjährigen Mittelwerte für 2012 und
2013 darunter. So beträgt die durchschnittliche Investitionssumme für Sole-WasserWärmepumpen 18.562 €, für Wasser-Wasser-Anlagen 17.464 € und für Luft-Wasser-Anlagen
15.074 €. Bei dieser Aufstellung muss berücksichtigt werden, dass hier sämtliche vom BAFA
geförderten Wärmepumpen und damit auch kostenintensive Großprojekte einbezogen sind.
Zudem fließen für die Jahre 2008 bis 2011 auch geförderte Neubauprojekte ein. Die Daten für
2012 und 2013 stellen ausschließlich die Investitionskosten für Wärmepumpen im
Gebäudebestand dar.
Die reinen Gerätekosten hängen neben der wärmequellenbedingten Bauart vor allem von der
benötigten Heizleistung ab. Generell gilt, dass die Gerätekosten mit steigender Heizleistung
zunehmen. Bezogen auf den Preis pro kW Heizleistung können allerdings Anlagen mit niedriger
Heizleistung deutlich teurer sein als Großanlagen. Abbildung 4.2 zeigt die durchschnittlichen
Gerätekosten für elektrische Wärmepumpen aufgeteilt nach Wärmequellen. Für Heizleistungen
zwischen 3 und 37 kW liegen die Kosten für Luft-Wasser-Wärmepumpen bei 784 € pro kW.
Während Sole-Wasser-Wärmepumpen mit durchschnittlich 749 € pro Heizleistung nur gering
8
Wert für Wasser-Wasser-WP in 2010 ohne Hamburg, da hier ein einzelnes Großprojekt mit hoher
Investitionssumme gefördert wurde
59
darunter liegen, belaufen sich die Kosten für Wasser-Wasser-Wärmepumpen auf lediglich 574 €.
Hierbei muss berücksichtigt werden, dass die Datenbasis von Wasser-Wasser-Wärmepumpen mit
nur 20 Geräten vergleichsweise gering war (vgl. Luft: 120, Sole: 143), sodass sich mitunter ein
verzerrter Eindruck ergibt. Darüber hinaus gibt es bei den einzelnen Gerätetypen große
Spannweiten der Verkaufspreise. Die Daten beziehen sich auf im Februar 2014 aktuelle
Angebotspreise der Internetplattform „waermepumpenshop.com“, einer Internetpräsenz der
Firma thermoGLOBE® aus Berlin, einem Systemanbieter im Bereich erneuerbarer Energien.
Durchschnittlicher Gerätepreis pro kW Heizleistung
1.200 €
Kosten pro kW Heizleistung (€)
1.000 €
800 €
600 €
400 €
784 € 776 €
749 € 802 €
574 €
671 €
200 €
- €
Luft-Wasser-WP
Sole-Wasser-WP
Wasser-Wasser-WP
Abbildung 4.2: Durchschnittlicher Gerätepreis pro kW Heizleistung, rechte Säulen: 6 bis 15 kW, Stand: Februar 2014,
Preise inkl. 19 % MwSt (39)
Bezogen auf Heizleistungen zwischen 6 und 15 kW liegt der durchschnittliche Gerätepreis von
Sole-Wasser-Wärmepumpen mit 802 € über dem von Luft-Wasser-Anlagen. Im Gegensatz zu
erdgekoppelten Wärmepumpen, für die Geräte mit dieser Heizleistung durchschnittlich teurer
sind als Anlagen mit bis zu 37 kW, unterscheiden sich die Gerätepreise für Luft-WasserWärmepumpen dieser Leistungsklasse nur unwesentlich vom gesamten Mittel.
Die angegebenen Preise sind inklusive 19 % MwSt. und beziehen sich nur auf die Wärmepumpe
an sich. Sämtliche Erschließungs- sowie Montagekosten kommen samt allfälligen Materialkosten
hinzu. Die Erschließung der Wärmequelle ist für erdgekoppelte Systeme bedingt durch anfallende
Bohr- und Verlegungskosten kostenintensiver als bei Luft-Wasser-Wärmepumpen.
Das Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg hat einen
rechnerischen Zusammenhang zwischen Brutto-Investitionskosten und der Heizleistung von
Sole-Wasser-Wärmepumpen entwickelt (s. Abb. 4.3). In diese Betrachtung integriert sind die
Kosten für einen Pufferspeicher, die Regelung, Warmwasserbereitung sowie die elektrische und
thermische Einbindung der Wärmepumpe. Dagegen enthält der Ansatz keine Kosten für den
gebäudeinternen Heizkreislauf (Leitungen) inkl. Regelung, die Wärmeübergabesysteme
60
(Heizflächen/Heizkörper), Demontagearbeiten und bauliche Maßnahmen wie Wanddurchbrüche.
Planungskosten und allfällige Genehmigungsgebühren sind ebenfalls nicht mit berücksichtigt.
Abbildung 4.3: Brutto-Investitionskosten für Sole-Wasser-Wärmepumpen in Abhängigkeit der Heizleistung (14)
Für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe mit einer für Einfamilienhäuser üblichen Heizleistung von
8 kW ergäben sich somit für die oben aufgeführten Positionen Brutto-Investitionskosten von
10.283 €.
4.2
Förderprogramme und Finanzhilfen des Bundes
Wärmepumpen werden in Deutschland seit 2008 im Rahmen des Marktanreizprogramms (MAP)
des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) staatlich subventioniert. Daneben
werden von der KfW-Bank diverse Maßnahmen zur energetischen Gebäudesanierung mittels
Krediten oder Zuschüssen unterstützt. Durch diese Förderungen soll ein finanzieller Anreiz für den
Einsatz erneuerbarer Energien im Wärmebereich geschaffen werden, der zu einer Verbesserung
der Wirtschaftlichkeit sowie einer Kostensenkung von Wärmepumpen beitragen und zu einem
verstärkten Absatz regenerativer Technologien führen soll (9a). Mit einmaligen Zuschüssen sowie
zinsgünstigen Darlehen mit langen Laufzeiten seitens der KfW-Bank soll die energetische
Sanierung von Gebäuden vorangetrieben werden, um die gesetzten Klimaziele der
Bundesregierung durch eine Reduzierung des CO2-Ausstoßes mittels energieeffizienter Gebäude
samt Heizwärmeerzeugern auf Grundlage regenerativer Technologien zu erreichen.
61
4.2.1 Marktanreizprogramm für erneuerbare Energien
Die Förderung von Wärmepumpen durch das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle
(BAFA) im Rahmen des Marktanreizprogramms für erneuerbare Energien erfolgt auf Grundlage
der „Richtlinien zur Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im
Wärmemarkt“ (vom 20. Juli 2012). Hierin sind die Voraussetzungen zur Förderfähigkeit von
Anlagen und die Randbedingungen zur Antragsstellung definiert.
Laut der Richtlinie sind prinzipiell Wärmepumpen zur kombinierten Warmwasserbereitung und
Raumheizung von Gebäuden, zur Raumheizung von Nichtwohngebäuden sowie zur Bereitstellung
von Prozesswärme oder von Wärme für Wärmenetze förderbar. Die Anlagen müssen „effizient“
sein, also eine vorgegebene Mindes-Jahresarbeitszahl überschreiten, die abhängig von der Art der
Wärmequelle sowie der Betriebsart (elektrisch/thermisch) in der Richtlinie festgelegt ist. Für
elektrisch angetriebene Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen wird eine JAZ von 3,8
oder höher gefordert (für Nicht-Wohngebäude: 4,0), während Luft-Wasser-Wärmepumpen eine
JAZ von mindestens 3,5 aufweisen müssen, um gefördert zu werden. Für gasbetriebene
Wärmepumpen gilt ein Mindestwert von 1,3 (Tabelle 4.1).
Tabelle 4.1: Geforderte Mindest-Jahresarbeitszahl zur Förderung von Wärmepumpen im MAP (4)
Sole-Wasser + WasserWasser
≥ 3,8
(Wohngebäude)
≥ 4,0
(Nichtwohngebäude)
Luft-Wasser
Gas-Wärmepumpen
≥ 3,5
≥ 1,3
Die Einhaltung dieser Mindestwerte soll garantieren, dass die eingesetzten Wärmepumpen
tatsächlich einen aktiven Beitrag zum Klimaschutz leisten und nicht zu hohe Strom- bzw.
Gasverbräuche aufweisen. Das BAFA veröffentlicht regelmäßig eine Liste der aktuell förderfähigen
Anlagen verschiedener Hersteller und Betriebsweisen. In der Liste werden allerdings nicht die JAZ,
sondern die COP-Werte der Anlagen nach Vorgaben des EU-Ecolabels9 bewertet.
Darüber hinaus wird systemabhängig der Einbau eines Strom- oder Gaszählers sowie mindestens
eines Wärmemengenzählers zur Messung aller durch die Wärmepumpe abgegebenen
Wärmemengen gefordert. Auf die Förderung anrechenbar sind sämtliche NettoInvestitionskosten, die für den Einbau der Wärmepumpe anfallen. Dazu gehören die
Aufwendungen für das Wärmepumpenaggregat an sich, die Wärmequellenerschließung und
Montage, notwendige Materialien wie Rohrleitungen sowie allfällige Kosten für einen
Pufferspeicher.
Im Jahr 2010 wurde die Förderung im Marktanreizprogramm zwischenzeitlich für ca. zwei Monate
(Mai bis Juli) gestoppt. Nach einer Wiederaufnahme der Förderung waren Wärmepumpen in
Neubauten nicht länger förderfähig. Abbildung 4.4 macht diese Änderung der Richtlinie
augenscheinlich. Während in den Jahren 2008 bis 2010 der Anteil von im Gebäudebestand
geförderten Wärmepumpenanlagen bei durchschnittlich um die 40 % lag und damit weit über die
9
Beschluss 2007/742/EG (Mindest-COP: Luft-Wasser: 3,1 – Sole-Wasser: 4,3 – Wasser-Wasser: 5,1)
62
Hälfte der Wärmepumpen in Neubauten installiert wurden, wurden ab 2011 (fast) ausschließlich
Anlagen in Bestandsgebäuden gefördert.
Anteil Gebäudebestand an geförderten Anlagen (2008 - 2013)
30.000
120,0%
25.000
100,0%
20.000
80,0%
15.000
60,0%
10.000
40,0%
5.000
20,0%
0
0,0%
2008
2009
2010
Summe
2011
2012
Gebäudebestand
2013
Prozent
Abbildung 4.4: Anteil Gebäudebestand an vom BAFA geförderten Wärmepumpenanlagen (4b)
Tabelle 4.2) zeigt die derzeitigen Förderhöhen für Wärmepumpenanlagen im
Marktanreizprogramm (Stand der Richtlinie: 20.07.2012). Sämtliche Bonusförderungen sind
kumulierbar, können also gleichzeitig in Anspruch genommen werden.
Tabelle 4.2: Förderung von Wärmepumpen im Marktanreizprogramm (4b)
Sole-Wasser +
Wasser-Wasser
Luft-Wasser
Gas-Wärmepumpen
Basisförderung
bis 10 kW
11 – 20 kW
21 – 100 kW
2.800 €
(pauschal)
2.800 €
+ 120 €/(kW über
10 kW)
4.000 €
+ 100 €/(kW über
10 kW)
1.300 €
(pauschal)
1.600 €
(pauschal)
2.800 €
(pauschal)
2.800 €
+ 120 €/(kW über
10 kW)
4.000 €
+ 100 €/(kW über
10 kW)
Bonusförderung
Speicherbonus
Kombinationsbonus
Effizienzbonus
+ 500 €
für Anlagen mit neu errichtetem Pufferspeicher ≥ 30 l/kW
+ 500 €
bei Einbau einer förderfähigen solarthermischen Anlage für
Warmwasserbereitung (ggf. auch zur Raumheizung)
+ 50 % der Basisförderung
für Wohngebäude mit Transmissionswärmeverlust ≤ 0,455 W/(m²K)
63
Im Jahr 2012 wurden 5.729 Anträge auf Förderung einer Wärmepumpe beim BAFA eingereicht.
Hiervon wurde eine Förderung für 4.919 Anlagen bewilligt, was einer Quote von 85,9 %
entspricht. Abbildung 4.5 zeigt eine Gegenüberstellung der Absatzzahlen mit den gestellten und
bewilligten Anträgen aufgeteilt nach Wärmequellen. Gasmotorische Wärmepumpen sowie
Absorptionswärmepumpen sind berücksichtigt, Adsorptionswärmepumpen werden bislang beim
BAFA unter sonstigen Wärmepumpen geführt, sodass sie nicht mit in die Aufstellung eingeflossen
sind.
Absatzzahlen und MAP-Förderzahlen 2012
64.000
56.000
48.000
40.000
32.000
24.000
16.000
8.000
0
Luft
Absatzzahlen
Sole
Wasser
gestellte Anträge
geförderte Anträge
gesamt
Abbildung 4.5: Absatzzahlen Wärmepumpen im Vergleich zu im Rahmen des MAP gestellten und bewilligten Anträge
für 2012 – Angaben inkl. Gas-Wärmepumpen (4b)
Es wird deutlich, dass nur ein geringer Teil der abgesetzten Wärmepumpen gefördert wurde. Mit
ca. 11 % für Sole-Wasser-Wärmepumpen und 16 % für Grundwasser-Wärmepumpen liegen die
Förderquoten sehr gering. Bei Luft-Wasser-Anlagen wurden 2012 sogar nur 6 % der
neuinstallierten Anlagen im Rahmen des Marktanreizprogramms gefördert, was in einem
insgesamt hohen Absatz an Luftwärmepumpen und einem vermehrten Einsatz in Neubauten
begründet liegt.
Die hohe Divergenz zwischen Absatzzahlen und geförderten Anlagen erklärt sich unter anderem
durch die nicht mehr bestehenden Förderungen von Wärmepumpen in Neubauten. 62 % der in
2012 neuinstallierten Wärmepumpen wurden im Neubau eingesetzt und waren damit
grundlegend von einer möglichen Förderung ausgeschlossen. Bezieht man die Förderquote
lediglich auf den Anteil an Bestandsbauten, so ergibt sich eine Gesamtförderrate aller Anlagen
von 24 %. Insgesamt lässt sich nach dem Förderstopp im Jahr 2010 ein deutlicher Rückgang der
Förderquote beobachten, was sich auf eine allgemeine Verunsicherung der Verbraucher
zurückführen lässt. Die Zahlen für das Jahr 2013 zeigen, dass die Förderquote wieder auf einen
Wert wie vor der Novellierung angestiegen ist (s. Abb. 4.6).
64
Vergleich gestellter Anträge und geförderter Anlagen
(2008 - 2013)
70.000
70%
60.000
60%
50.000
50%
40.000
40%
30.000
30%
20.000
20%
10.000
10%
0
0%
2008
Absatzzahlen
2009
2010
gestellte Anträge
2011
2012
geförderte Anlagen
2013
Förderquote
Abbildung 4.6: Absatzzahlen, Anzahl gestellter und bewilligter Anträge sowie Förderquote (4b)
In 2012 wurden bundesweit 2.100 Sole-Wasser-Wärmepumpen im Marktanreizprogramm
gefördert. Dies entspricht ohne Berücksichtigung sonstiger Wärmepumpenanlagen (wie
Direktverdampfungs- und Zeolith-Wärmepumpen) einem Anteil von ca. 43 %. Mit rund 2.300
geförderten Anlagen wurden absolut gesehen nur geringfügig mehr Luft-Wasser-Wärmepumpen
gefördert. Da die Gesamtzahl der geförderten Wärmepumpen nur bei 4.849 lag, entspricht dieser
Unterschied allerdings bereits über 4 %, sodass 47,5 % der geförderten Anlagen die Luft als
Wärmequelle nutzen (s. Abb. 4.7).
Anteile Wärmequellen 2012
9%
Luft
47%
43%
Sole
Wasser
Abbildung 4.7: Anteile der Wärmequellen an MAP-geförderten Wärmepumpenanlagen 2012 (4b)
2012 wurden im Rahmen des Marktanreizprogramms Wärmepumpenanlagen mit einer
Gesamtsumme von ca. 11,3 Millionen Euro gefördert. Das entspricht einer durchschnittlichen
65
Fördersumme von 2.296 € pro Anlage. Betrachtet man die Entwicklung der durchschnittlichen
Fördersumme pro Anlage über die vergangenen Jahre (s. Abb. 4.8), so zeigt sich, dass dieser Wert
seit 2008 trotz der Novellierung der Richtlinie in 2010 relativ konstant bei ca. 2.500 € liegt.
Fördersummen je Anlage (2008 - 2013)
5.000 €
4.500 €
4.000 €
3.500 €
3.000 €
2.500 €
2.000 €
1.500 €
1.000 €
500 €
- €
2008
Luft-Wasser-WP
2009
2010
Wasser-Wasser-WP
2011
2012
Sole-Wasser-WP
2013
Gesamt
Abbildung 4.8: Fördersummen je Anlage (4b)
Die Fördersummen unterscheiden sich nach Art der Wärmequelle. Dies liegt zum einen in den
unterschiedlichen Investitions- und Erschließungskosten sowie an den für die jeweilige
Wärmequelle bereitgestellten Fördersätzen (s. Abschnitt 4.1 bzw. Tabelle 4.2). Luft-WasserWärmepumpen wurden in den vergangen Jahren im Mittel mit ca. 1.450 € gefördert. Dies
entspricht genau dem Mittelwert der Förderpauschalen für Anlagen unter und über 20 kW,
sodass darauf geschlossen werden könnte, dass der Anteil beider Leistungsklassen ident sei. Diese
Aussage lässt sich angesichts veränderter Förderparameter sowie in die Kennwerte mit
eingeflossenen Bonusförderungen nicht aufrechterhalten. So diente bis zur Novellierung nicht die
Heizleistung als Grundlage der Fördersummen, sondern die Förderung basierte auf der beheizten
Nutzfläche. Mit ca. 3.130 und 3.850 € entsprechen die durchschnittlichen Fördersummen von
Sole-Wasser-Wärmepumpen und Wasser-Wasser-Wärmepumpen mehr als dem Doppelten derer
von Luft-Wasser-Anlagen, was auf die höheren Investitionskosten v.a. im Bereich der
Wärmequellenerschließung und die darin begründeten höheren Fördersätze zurückzuführen ist.
24,7 % (1.199) aller im Rahmen des Marktanreizprogramms geförderten Wärmepumpen im Jahr
2012 wurden in Bayern installiert. Dagegen wurden in der Hansestadt Bremen insgesamt nur 3
Wärmepumpen vom BAFA gefördert, was einem Anteil von unter 0,1 % entspricht. Zur besseren
Vergleichbarkeit der Daten, wurde die installierte Leistung auf die Einwohnerzahlen der jeweiligen
Bundesländer bezogen (hier: auf 100.000 Einwohner). Dieses Vorgehen entspricht dem der
„erdwärmeLIGA“, einer Initiative des GtV Bundesverband Geothermie und des Bundesverbands
Wärmepumpen (BWP), in der regelmäßig auf Basis der pro Kopf installierten Leistungen
erdgekoppelter Wärmepumpen in Städten/Kommunen, Landkreisen und Bundesländern ein
Ranking erstellt wird (20).
66
Leistung der geförderten Wärmepumpen pro Einwohner
(nach Bundesländern, 2012)
Leistung in kW pro 100.000 Einwohner
150
135
120
105
90
75
60
45
30
15
0
BY
BW
BR
SN
TH
RP
NW
SA
MV
HE
SD
SH
NS
BE
HH
HB
Abbildung 4.9: Leistung von im MAP geförderten Wärmepumpenanlagen pro Einwohner nach Bundeländern (kW pro
100.000 Einwohner) (4b)
Auch bei dieser Herangehensweise stellt Bayern das Bundesland mit der höchsten Förderung im
Bereich der Wärmepumpen dar. Mit einer Leistung von 141 kW pro 100.000 Einwohner liegt es
weit vor Baden-Württemberg und Brandenburg, die jeweils rund 106 kW pro 100.000 Einwohner
aufweisen. Das bevölkerungsreichste Bundesland Nordrhein-Westfalen, in dem 21,8 % der 2012
vom BAFA geförderten Wärmepumpen installiert wurden, liegt bei der einwohnerbezogenen
Leistungsaufstellung mit 68 kW pro 100.000 Einwohner im Mittelfeld.
67
4.2.2 Förderprogramme der KfW-Bank
Die 1948 gegründete Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW-Bankengruppe) fördert im Rahmen
verschiedener Programme mittels Krediten und Zuschüssen die energetische Sanierung und
Modernisierung von Gebäuden. Grundsätzlich sind neben Privatpersonen und Unternehmen auch
öffentliche/kommunale Einrichtungen antragsberechtigt, wobei sich die Förderungen je nach
Antragssteller unterscheiden. Der Einsatz von Wärmepumpen wird in verschiedenen Programmen
unterstützt. Im Gegensatz zum Marktanreizprogramm des BAFA ist in einigen Programmen der
KfW-Bank auch die Förderung im Neubau möglich. Anders als im Marktanreizprogramm müssen
bei der KfW-Bank die Anträge vor Beginn der Maßnahme eingereicht werden.
Großwärmepumpen mit einer Nennwärmeleistung von mehr als 100 kW werden im Programm
271: Erneuerbare Energien Premium gefördert. Förderfähig sind elektrisch- oder gasbetriebene
Sole-Wasser-, Wasser-Wasser- und Direktverdampfungs-Wärmepumpen in Neu- und
Bestandsbauten, nicht aber Luft-Wasser-Wärmepumpen. Gefördert werden Anlagen zur
kombinierten Heizwärme- und Warmwasserbereitstellung von Wohngebäuden, zur alleinigen
Heizwärmebereitstellung in Nichtwohngebäuden sowie Anlagen, die Prozesswärme für
gewerbliche oder industrielle Anwendungen erzeugen. Darüber hinaus kann eine Förderung für in
Wärmenetze einspeisende Anlagen beantragt werden. Voraussetzung für eine Förderung ist
analog zum Marktanreizprogramm die Einhaltung bestimmter Mindestwerte für die
Jahresarbeitszahlen. Für elektrische Wärmepumpen liegt dieser Wert bei 3,8, gasbetriebene
Anlagen müssen eine Jahresheizzahl von mindestens 1,3 aufweisen.
Da es für Großanlagen bislang keine normierten Vorgaben zur Ermittlung von COP und JAZ gibt,
sieht die KfW vor, dass eine kontinuierliche Erfassung der von der Wärmepumpe aufgewendeten
und bereitgestellten Energie mittels Strom- und Wärme- respektive Gasmengenzählern
durchgeführt wird. So soll ermöglicht werden, dass Optimierungsbedarfe zeitnah erkannt und
behoben werden können. Seit 2011 dürfen zudem nur noch Umwälzpumpen eingesetzt werden,
die die Energieeffizienzklasse A der Ökodesignrichtlinie erfüllen.
Das Programm 271 richtet sich vorwiegend an (kleine und mittlere) Unternehmen, kann aber auch
von Privatpersonen in Anspruch genommen werden, solange die erzeugte Wärme dem
Eigenbedarf dient. Sonstige Vorgaben sind, dass der Antragssteller Eigentümer, Pächter oder
Mieter des Grundstücks ist, auf dem die Maßnahme stattfindet, und der Investor zugleich der
Betreiber der Anlage ist.
Im Jahr 2012 wurden bundesweit 4 Großwärmepumpen mit einem Darlehensvolumen von
ca. 1 Mio. Euro im Programm 271 gefördert, im ersten Halbjahr 2013 waren es 3 Anlagen.
Im Programm 153: Energieeffizient Bauen wird der Einsatz einer Wärmepumpe nicht direkt
unterstützt. Gefördert wird der Bau oder Ersterwerb eines Wohngebäudes, das die
Mindestanforderungen an ein KfW-70 Effizienzhaus erfüllt. Auch die Umwidmung bislang nicht für
Wohnzwecke genutzter Flächen ist im Rahmen dieses Programms förderfähig. Pro Wohneinheit
wird ein Kredit von maximal 50.000 € gewährt. Für welche Baumaßnahmen dieses Geld eingesetzt
werden soll ist im Programm nicht näher definiert, sodass es möglich ist, es für eine
Wärmepumpe zu verwenden.
68
Im Jahr 2009 wurden 168 Maßnahmen mit einer Darlehenszusage von ca. 4 Mio. durch die KfWBank unterstützt, was einem durchschnittlichen Darlehensvolumen von rund 24.000 € pro
Vorhaben entspricht.
Neben den bereits aufgeführten Förderungen gibt es verschiedene Programme der KfW-Bank, die
ausschließlich für Bestandsbauten gelten und unter dem Oberbegriff „Energieeffizient Sanieren“
zusammengefasst sind. Für den Einsatz von Wärmepumpen relevant sind die Programme 151,
152, 167 und 430. Bis 2011 gab es zusätzlich das Programm 141: Wohnraum Modernisieren in
dem der Einbau von Wärmepumpen gefördert wurde. Da das Programm eingestellt wurde und
zudem laut KfW-Förderstatistiken im Zeitraum von 2009 bis zur Einstellung 2011 keine
geförderten Wärmepumpen-Maßnahmen innerhalb des Programms gab, wird es an dieser Stelle
nicht näher betrachtet.
In den Programmen 151: Energieeffizient Sanieren – KfW-Effizienzhaus und 152: Energieeffizient
Sanieren – Einzelmaßnahmen werden einzelne Maßnahmen zur Verbesserung des energetischen
Profils eines Gebäudes bzw. eine Komplettsanierung eines Bestandsgebäudes auf den Standard
eines KfW-115 Effizienzhauses in Form eines Darlehens in Höhe von maximal 50.000 €
(Einzelmaßnahmen) bzw. 75.000 € (KfW-Effizienzhaus) pro Wohneinheit unterstützt. Werden
durch die Sanierung höhere KfW-Effizienzklassen erreicht, so erhöht sich der gewährte
Tilgungszuschuss (max. 17,5 % des Zusagebetrages für KfW-Effizienzhaus 55).
Voraussetzung zur Förderung ist, dass der Bauantrag für das Gebäude vor dem 01.01.1995 gestellt
wurde. Förderfähig sind alle zur Baudurchführung notwendigen Kosten inklusive Planungs- und
Baubegleitungskosten. Antragsberechtigt sind die Eigentümer von Wohngebäuden bei
Eigennutzung oder Vermietung. Ebenso können Maßnahmen von Mietern durchgeführt werden,
wenn diese in Absprache mit dem Hausbesitzer geschehen.
Bei einer Umgestaltung von Gebäuden zu KfW-Effizienzhäusern im Programm 151 sind
Wärmepumpen nur in Verbindung mit Brennwerttechnologie förderfähig. Analog zu den
Vorgaben des Marktanreizprogramms sind nur solche Wärmepumpen förderberechtigt, die eine
Mindest-JAZ von 3,8 (erdgekoppelt) bzw. 3,5 (Luft-Wasser-Wärmepumpen) aufweisen sowie
gasbetriebene Wärmepumpen mit einer Jahresheizzahl von mindestens 1,3. Bei einer
kombinierten Heizwärme- und Warmwasserbereitstellung reduziert sich der Mindestwert um 0,2.
2009 wurden 104 Wärmepumpen im Programm 151 mit einem Darlehensvolumen von
rund 2 Mio. Euro gefördert, was einer durchschnittlichen Fördersumme von ca. 19.000 €
entspricht.
Neben einer Komplettsanierung zu einem KfW-Effizienzhaus besteht im Rahmen des Programms
151 die Möglichkeit Einzelmaßnahmen zur Verbesserung des energetischen Zustands des
Gebäudes durchzuführen. Unter diese Einzelmaßnahmen fallen die Dämmung von Wänden,
Dachflächen oder Geschossdecken, der Austausch bzw. die Erneuerung von Fenstern und
Außentüren, der Einbau einer Lüftungsanlage sowie eine Erneuerung oder Optimierung der
Heizungsanlage. Sämtliche Maßnahmen können miteinander kombiniert werden. Für den Einsatz
einer Wärmepumpe gelten die gleichen Vorgaben wie im Programm 152.
69
In 2012 wurden im Programm 151 in 204 Projekten Wärmepumpen mit durchschnittlich jeweils
rund 9.800 €, also insgesamt ca. 2 Mio. Euro gefördert.
Alternativ zu einem Kredit kann auch ein einmaliger Investitionszuschuss beantragt werden
(Programm 430: Energieeffizient Sanieren – Investitionszuschuss). Dieser Zuschuss kann nur von
Eigentümern von Ein-/Zweifamilienhäusern mit maximal 2 Wohneinheiten, Ersterwerbern von
neu
sanierten
Ein-/Zweifamilienhäusern
oder
Eigentumswohnungen
sowie
von
Wohnungseigentümer(gemeinschafte)n beantragt werden. Nichtwohngebäude und Ferien- bzw.
Wochenendhäuser werden nicht gefördert. Allerdings besteht die Möglichkeit, eine Umwidmung
von bislang nicht als Wohnfläche genutzten beheizten Nichtwohnflächen zur Wohnfläche fördern
zu lassen.
Die sonstigen förderfähigen Maßnahmen bzw. Fördervoraussetzungen sind analog zu den
Vorgaben der Kreditprogramme 151 und 152. Die Maßnahmen können mit bis zu 18.750 € pro
Wohneinheit (Umgestaltung zum KfW-Effizienzhaus 55) bezuschusst werden. Für
Einzelmaßnahmen beträgt die Förderung 10 % der Investitionskosten mit einer maximalen
Fördersumme von 5.000 €. Im Zeitraum von 2009 bis zum ersten Halbjahr 2013 wurden insgesamt
620 Förderzusagen für Wärmepumpen im Programm 430 von der KfW-Bank gegeben.
Seit März 2013 kann im Rahmen des Programms 167: Energieeffizient Sanieren –
Ergänzungskredit ein zusätzlicher Kredit speziell für Heizungsanlagen auf der Basis erneuerbarer
Energien beantragt werden, der mit einer Förderung durch das Marktanreizprogramm
kombinierbar ist. Förderfähig sind der Einbau bzw. die Erweiterung von kleinen Heizungsanlagen
auf Basis erneuerbarer Energien in Wohngebäuden, die die Fördervorgaben des BAFA im
Marktanreizprogramm erfüllen.
Neben thermischen Solarkollektoren und Biomasseanlagen wird der Einbau von Wärmepumpen
bis maximal 100 kW Nennwärmeleistung gefördert, wenn eine Heizungsanlage vor dem
01.01.2009 installiert wurde. Der Förderungskredit mit einem Maximalbetrag von 50.000 € kann
nur für Bestandsgebäude in Anspruch genommen werden, für die der Bauantrag vor dem
01.01.2009 eingereicht wurde.
Im ersten Halbjahr 2013 wurden bereits 195 Wärmepumpen-Vorhaben mit einem Kreditvolumen
von insgesamt rund 1 Mio. € unterstützt.
Abbildung 4.10 zeigt die seit 2009 von der KfW-Bank in den beschriebenen Programmen
geförderten Maßnahmen im Bereich Wärmepumpen. Insgesamt wurden 2612 Kredite/Zuschüsse
mit einem Darlehensvolumen von mehr als 32 Mio. € gefördert, wobei ein deutlicher Rückgang
nach 2009 zu verzeichnen ist. Während 2009 noch 1407 Wärmepumpen-Maßnahmen unterstützt
wurden, sank die Zahl in 2011 auf 189. Nach einem leichten Anstieg in 2012 konnte besonders
durch die Einführung des Ergänzungskredites (Programm 167) ein Zuwachs auf 392 geförderte
Vorhaben im ersten Halbjahr 2013 verzeichnet werden, sodass bereits in der ersten Jahreshälfte
mehr als doppelt so viele Wärmepumpen-Maßnahmen bezuschusst wurden als im Jahr 2011.
Trotz einer Zunahme der geförderten Maßnahmen lag das Darlehensvolumen seit 2010 nur bei
ca. ein bis zwei Millionen Euro, was eine deutliche Minderung gegenüber 24 Mio. € im Jahr 2009
darstellt. Dieser Rückgang liegt zum einen in einem Rückgang der Absatzzahlen von
70
Wärmepumpen und zum anderen in einer Umstrukturierung der Förderprogramme begründet.
Zum 31.08.2010 wurde die Förderung von Einzelmaßnahmen (KfW-Programme 152 und 430)
vorübergehend eingestellt und erst zum 01.03.2011 wieder aufgenommen. Da 2009 der Großteil
der Darlehenszusagen im Rahmen dieser Programme lag (Programm 152: 919 Vorhaben,
Darlehensvolumen ca. 18 Mio. €), hat sich die temporäre Einstellung des Förderprogramms
insbesondere im Bereich Wärmepumpen ausgewirkt. Der Austausch einer Heizungsanlage wird
häufig ohne eine gleichzeitige gebäudeseitige Sanierung durchgeführt, sodass der Wegfall der
Unterstützung von Einzelmaßnahmen sich entsprechend merklich zeigt. Hierbei muss beachtet
werden, dass die im Programm 152 nicht mehr förderfähigen Maßnahmen – so auch der Einbau
einer Wärmepumpe – prinzipiell im Programm 141 förderfähig waren. Allerdings wurden, wie
bereits angemerkt, im Zeitraum 2009 bis 2011 keine Wärmepumpen-Maßnahmen in diesem
Programm gefördert.
1500
30
1250
25
1000
20
750
15
500
10
250
5
0
Darlehenszusage in Mio. €
Anzahl geförderter Maßnahmen
Anzahl Maßnahmen mit KfW-Darlehenszusage
2009-2013 (1. Halbjahr)
0
2009
2010
2011
2012
271: Erneuerbare Energien Premium
2013 (1.
Halbjahr)
153: Energieeffizient Bauen
151: Energieeff. Sanieren - Effizienzhaus
167: Energieeff. Sanieren - Ergänzungskredit
430: Energieeff. Sanieren - Zuschuss
152: Energieeff. Sanieren - Einzelmaßnahmen
Darlehenszusage
Abbildung 4.10: Anzahl der von der KfW geförderten Wärmepumpen-Maßnahmen und Darlehenszusagen im Zeitraum
2009 bis 1. Halbjahr 2013 (35)
Trotz einer Wiederaufnahme des Programms 152 ist ein deutlicher Wiederanstieg der Anzahl
unterstützter Maßnahmen ausgeblieben. Diese Entwicklung entspricht den Förderstatistiken des
BAFA (s. Abschnitt 4.2.1) und liegt in der Verteilung von neuinstallierten Wärmepumpen in Neuund Bestandsbauten begründet. Seit 2009 ist der Anteil von in Neubauten installierten
Wärmepumpen kontinuierlich gestiegen, für die keine der für Bestandsbauten geltenden
Förderprogramme in Anspruch genommen werden können.
Bezogen auf sämtliche Förderanträge mit Verwendungszweck „Wärmepumpe“ betrug die
durchschnittliche Fördersumme pro Maßnahme ca. 12.250 €. Von aktuell sechs für
71
Wärmepumpen relevanten KfW-Förderprogrammen wurden laut der KfW-Förderberichte in den
vergangenen Jahren im Wesentlichen die Programme 152 (Energieeffizient Sanieren –
Einzelmaßnahmen) und 430 (Energieeffizient Sanieren – Zuschuss) in Anspruch genommen. Mit
der Einführung des Programms 167, bei dem zusätzlich zur Förderung im Marktanreizprogramm
ein Ergänzungskredit für den Einbau einer Heizungsanlage beantragt werden kann, stieg die Zahl
der geförderten Wärmepumpen-Vorhaben an. Das Programm scheint nach den ersten Monaten
seiner Einführung einen guten Zuspruch seitens Bauherren zu erlangen, die ihre Gebäude mit
einer Wärmepumpe ausstatten.
Insgesamt ist der Anteil von Wärmepumpen in den einzelnen Programmen sehr gering. Im Jahr
2009 betrug der Anteil von im Programm 152 geförderten Maßnahmen mit Verwendungszweck
Wärmepumpe lediglich 1,6 % aller Vorhaben in diesem Programm, wobei das Darlehensvolumen
nur ca. 1 % der Gesamtsumme betrug. Dieser Anteil hat sich im Jahr 2012 noch einmal deutlich
reduziert. So entsprach die Zahl von Wärmepumpen an allen geförderten Einzelmaßnahmen nur
0,4 %, die für Wärmepumpe eingesetzte Darlehenssumme lag bei nur 0,1 %.
Das Institut für Wohnen und Umwelt (IWU) in Darmstadt führt seit 2010 in Zusammenarbeit mit
dem Fraunhofer Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM, zuvor
Bremer Energie Institut – BEI) im Auftrag der KfW-Bankengruppe ein Monitoring der KfWProgramme „Energieeffizient Bauen“ und „Energieeffizient Sanieren“ durch (32). Grundlage dieser
Studie ist eine stichprobenbasierte Befragung von Fördermittelempfängern.
Laut des aktuellen Projektberichts wurden im Jahr 2012 ca. 55 % aller Neubauten im Programm
„Energieeffizient Bauen“ gefördert. Von diesen Gebäuden wurden 48 % mit einer elektrischen
Wärmepumpe ausgestattet. Obwohl mehr als 30 % der Gebäude Gas als primären
Wärmeerzeuger nutzen, betrug der Anteil gasbetriebener Wärmepumpen bezogen auf alle
Gebäude unter 1 %.
In 54 % der Bestandsgebäude, die im Rahmen des Programms „Energieeffizient Sanieren“
modernisiert wurden, erfolgte eine Erneuerung der Heizungsanlage. Bei den zu KfWEffizienzhäusern umgestalteten Gebäuden betrug dieser Anteil 79 %. 3,9 % der geförderten
Gebäude mit Zentralheizung besaßen vor der Modernisierung eine elektrische Wärmepumpe.
Nach der Modernisierung stellten Wärmepumpen in 4,2 % der Gebäude den
Hauptwärmeerzeuger dar.
72
4.3
Förderprogramme und Finanzhilfen der Bundesländer
Neben den bundesweiten Förderungen durch BAFA und KfW gibt es regionale Förderprogramme,
die den Einsatz von Wärmepumpen unterstützen. In diesen von den Bundesländern, Kommunen
oder kommunalen Energieversorgern finanzierten Programmen geht es nicht allein um die
Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien an der Wärmeversorgung, sondern auch um eine
allgemeine Modernisierung des Gebäudebestands. In einzelnen Programmen werden entgegen
der bundesweiten Programme auch Innovationen, Forschung sowie Pilotprojekte im Bereich der
erneuerbaren Energien gefördert. Übergeordnetes Ziel aller Förderprogramme ist durch eine
Umstellung von fossilen auf erneuerbare Energieträger eine Reduzierung der CO2-Emissionen zu
erreichen. Je nach Bundesland existieren mehrere Förderprogramme, in denen die Verwendung
von Wärmepumpen unterstützt wird.
Eine Maßnahme zur Unterstützung von Wärmepumpen besteht neben der Förderung und
Bezuschussung einer Neuinstallation in von vielerorts angebotenen speziellen
Wärmepumpentarifen von Energieversorgungsunternehmen (EVU). Hierbei wird der für
elektrische Wärmepumpen (inkl. Zusatzheizung/Elektroheizstab) verbrauchte Strom über einen
separaten Stromzähler erfasst und nach einem in der Regel unter dem Standardtarif liegenden
Sondertarif abgerechnet. Einige Gasversorger fördern inzwischen auch die Verwendung
gasbetriebener Wärmepumpen und bieten Sondertarife sowie Bezuschussungen beim Erwerb
einer Gaswärmepumpe an. Diese Förderungen richten sich vor allem an private Verbraucher,
einige EVU bieten aber auch spezielle Wärmepumpentarife für Gewerbekunden an.
Aufgrund der Vielfalt an lokalen und regionalen Förderungen im Bereich Wärmepumpen, kann an
dieser Stelle keine umfassende Aufstellung aller in Deutschland existierender Programme,
sondern lediglich eine grobe Übersicht erfolgen. Allein in Nordrhein-Westfalen gibt es neben dem
landesweiten Förderprogramm „Gebäudesanierung“ der NRW.Bank mindestens10 58 durch
regionale und kommunale Energieversorgungsunternehmen getragene Programme, die den
Erwerb respektive die Verwendung von elektrischen wie gasbetriebenen Wärmepumpen mittels
Sondertarifen oder Zuschüssen stärken sollen (21). Bedingt durch die Vielzahl lokaler
Förderungen, enthält Tabelle 4.3 nur eine Übersicht der landesweiten Programme der einzelnen
Bundesländer, gibt aber keinen Einblick in weitere regional begrenzte Unterstützungen für Kauf
und Betrieb einer Wärmepumpe.
Sämtliche der aufgeführten Programme sind an das jeweilige Bundesland gebunden und können
nicht grenzübergreifend in Anspruch genommen werden. Derzeit gibt es in allen Bundesländern
Förderprogramme, die Wärmepumpen einschließen. Hierbei wird die Förderung je nach
Programm in Form eines Darlehens oder eines einmaligen Zuschusses gewährt. Während es in
Ländern wie Baden-Württemberg oder Niedersachsen verschiedene vom Land getragene
Förderprogramme gibt, die den Einbau einer Wärmepumpe auch in Privathaushalten
unterstützen, existieren in Bundesländern wie Schleswig-Holstein und Hessen lediglich
wärmepumpenrelevante Programme für Kommunen und öffentliche Einrichtungen.
10
Nicht alle EVU haben der Energieagentur NRW eine Rückmeldung gegeben
73
Tabelle 4.3: Förderprogramme und Finanzhilfen der Bundesländer für den Einsatz von Wärmepumpen (11a)
Nr.
Bundesland
1
BadenWürttemberg
2
Bayern
3
Berlin
4
Brandenburg
5
Bremen
6
11
12
Hamburg
Förderart
Förderberechtigt
11
(P, U, K)
Informations-/
Antragsstelle
Klimaschutz-Plus
Energieeffizienzfinanzierung - Sanieren
Wohnen mit Zukunft: Erneuerbare Energien
Mietwohnraum Förderprogramm – Energieeffizient Sanieren/
Altersgerecht Umbauen
Bayrisches Modernisierungsprogramm – Mietwohnungen (BayModR)
Zuschuss
Darlehen
Darlehen
P, U, K
P
P
L-Bank
Darlehen
P, U, K
Darlehen
P, U, K
Infrakredit Energie
IBB Energetische Gebäudesanierung
IBB Wohnraum Modernisieren
Brandenburg-Kredit Energieeffizient Bauen
Erneuerbaren Energien, Energieeffizienz und Versorgungssicherheit
(RENplus)
Sparsame und rationelle Energienutzung und –umwandlung in Industrie
und Gewerbe (REN-Richtlinie)
Ersatz von Elektroheizungen
Erneuerbare Wärme - Hamburger Klimaschutzprogramm12
Darlehen
Darlehen
Darlehen
Darlehen
Zuschuss
K
U, K
P, U
U, K
P, U, K
Zuschuss
U
Zuschuss
Zuschuss
P, U
P, U
Modernisierung von Mietwohnungen (Abluftwärmepumpen)
Modernisierungs- und Instandsetzungsmaßnahmen an Wohngebäuden in
Sanierungsgebieten
Energiesparendes Bauen
Zuschuss
Zuschuss
P, U
P, U
Zuschuss
P
Programm
Oberste Baubehörde –
Bay. Staatsministerium des
Inneren
LfA Förderbank Bayern
Investitionsbank Berlin
(IBB)
Investitionsbank des
Landes Brandenburg (ILB)
Senator für Umwelt, Bau
und Verkehr
swb Bremerhaven
Innung Sanitär Heizung
Klempner Hamburg
Hamburgische Investitionsund Förderbank (IFB
Hamburg)
P(rivat), U(nternehmen), K(ommune) – K(ommune) hier inkl. öffentliche Einrichtungen
nur in Verbindung mit einer Solarthermie-Anlage
74
Nr.
Bundesland
Hamburg
Programm
Förderung von Baugemeinschaften
Hessen
8
MecklenburgVorpommern
Niedersachsen
9
10
11
12
NordrheinWestfalen
RheinlandPfalz
Saarland
Förderberechtigt
(P, U, K)
Zuschuss,
Darlehen
Darlehen
Zuschuss,
Darlehen
Zuschuss
P
Zuschuss
U, K
Energieeffizienzdarlehen Niedersachsen
Wohnraumförderung - Energetische Modernisierung von
Mietwohnungen
Wohnraumförderung - Energetische Modernisierung von Wohneigentum
Modernisierung, Aus- und Umbau sowie Erweiterung von
Mietwohnungen in Fördergebieten
NRW.BANK Gebäudesanierung
Darlehen
Darlehen
P, U, K
P, U
Darlehen
P
Darlehen
Darlehen
P, U, K
P
Zinszuschüsse für Investitionen im Bereich der Energieeffizienz und der
Energieversorgung
Wohnraumförderung
– ISB Darlehen Modernisierung selbst genutzter Wohnraum
– ISB Darlehen Modernisierung von Mietwohnungen
Klima Plus Saar
Zukunftsenergieprogramm kommunal (ZEP-kommunal)
Zuschuss
U, K
Darlehen
Darlehen
Zuschuss
Zuschuss
P
P, U, K
P, U, K
K
Wohnraumförderungsprogramm – Erwerb von Bestandsobjekten mit
Modernisierung
Darlehen
P
Förderung von selbstgenutztem Wohneigentum
Neubau von besonderen Wohnformen/ Mietwohnungen
7
Förderart
Förderung der energetischen Modernisierung von kommunalen
Nichtwohngebäuden der sozialen Infrastruktur sowie von kommunalen
Verwaltungsgebäuden
Klimaschutz-Förderrichtlinie
P
P, U
K
Informations-/
Antragsstelle
Hamburgische Investitionsund Förderbank (IFB
Hamburg)
Wirtschafts- und
Infrastrukturbank Hessen
(WIBank)
Landesförderinstitut
Meck.-Vorpommern (LFI)
Investitions- und
Förderbank Niedersachsen
(NBank)
NRW.BANK
Energieagentur RheinlandPfalz GmbH
Investitions- und
Strukturbank RheinlandPfalz (ISB)
Ministerium für Wirtschaft,
Arbeit, Energie und
Verkehr
Saarländische Investitionskreditbank AG (SIKB)
75
Nr.
Bundesland
Saarland
13
14
15
16
Sachsen
SachsenAnhalt
SchleswigHolstein
Thüringen
Programm
Förderart
Förderberechtigt
(P, U, K)
Wohnraumförderungsprogramm – Modernisierung von Mietwohnraum
Wohnraumförderungsprogramm – Modernisierung von Wohneigentum
Wohnraumförderungsprogramm – Neubau, Ersterwerb und wesentlicher
Bauaufwand von selbstgenutztem Wohneigentum
Energetische Sanierung von Wohnraum
Darlehen
Darlehen
Darlehen
P, U
P
P
Darlehen
P, U, K
Energieeffizienz und Klimaschutz (EuK)
Förderung energetischer und altersgerechter Wohnraummodernisierung
(Sachsen-Anhalt MODERN)
Förderung von Investitionen zur Steigerung der Energieeffizienz, zur
Nutzung erneuerbarer Energien und zum Klimaschutz in
Kindertagesstätten und Schulen des Landes Sachsen-Anhalt (STARK III –
EFRE)
Förderung von Maßnahmen des Klimaschutzes und der erneuerbaren
Energien (Sachsen-Anhalt KLIMA)
Sondervermögen Energetische Sanierung von Schulen und
Kindertageseinrichtungen
Thüringer Modernisierungsdarlehen
Zuschuss
Darlehen
P, U, K
P, U, K
Zuschuss
K
Informations-/
Antragsstelle
Saarländische
Investitionskreditbank AG
(SIKB)
Sächsische Aufbaubank Förderbank (SAB)
Investitionsbank SachsenAnhalt (IB)
Zuschuss
Zuschuss
K
K
Darlehen
P
Investitionsbank SchleswigHolstein (IB)
Thüringer Aufbaubank
(TBA)
76
Einige der Programme stellen eine Ergänzung bzw. Erweiterung der bundesweiten
Förderprogramme der KfW-Bank dar, sodass die Fördervoraussetzungen den in diesen
Programmen festgesetzten Anforderungen entsprechen. Hierbei werden die Rahmenbedingungen
wie Zinssätze oder Programmlaufzeiten individuell von den Bundesländern festgelegt. In Hamburg
sind Wärmepumpen im Rahmen des Hamburger Klimaschutzprogramms nur in Verbindung mit
einer solarthermischen Anlage förderfähig. In Bremen konzentriert sich die Förderung im Bereich
Wärmepumpen vorwiegend auf Industrie und Gewerbe. Für Privatpersonen sind Wärmepumpen
dort nur förderfähig, wenn sie eine bestehende Elektroheizung ersetzen.
Neben indirekten Unterstützungen von Wärmepumpen im Rahmen von allgemeinen
Wohnraummodernisierungs- oder –neubauprogrammen, in denen unterschiedliche Maßnahmen
zur Erreichung eines hohen energetischen Standards von Gebäuden gefördert werden, gibt es in
einigen Bundesländern wie Rheinland-Pfalz, Saarland und Sachsen auch Programme, die gezielt
einzelne Projekte unterstützen, die Modell- oder Demonstrationscharakter besitzen. Hierbei liegt
das Hauptaugenmerk auf der Förderung innovativer Technologien zur Erhöhung der
Energieeffizienz, der Nutzung regenerativer Energien und ihrer Integration in Wärmenetze.
77
5
5.1
Prognose zur zukünftigen Entwicklung des Wärmepumpenmarktes
Prognose zur Entwicklung des Anlagenbestands bis 2020
Nach einer sehr positiven Entwicklung des Wärmepumpenmarktes seit den ausgehenden 1990er
Jahren und insbesondere in den Jahren 2005 bis 2008 ist die Entwicklung bedingt durch
verschiedene Faktoren innerhalb der letzten Jahre zurückgegangen. Einzig im Bereich der
Luft-Wasser-Wärmepumpen konnte eine fortlaufende Zunahme der Absatzzahlen verzeichnet
werden (s. Abschnitt 3.2.1)
Insgesamt hat sich der deutsche Wärmemarkt in Richtung eines verstärkten Einsatzes von
regenerativen Wärmeerzeugern entwickelt. Durch die im Jahr 2008 entstandene Finanzkrise sind
die zuvor stark angestiegenen Preise für die fossilen Energieträger gesunken, sodass die
Nachfrage nach Alternativen zu herkömmlichen Heizungssystemen nachgelassen hat. Innerhalb
der vergangenen Jahre sind die Energiepreise für fossile Wärmeerzeuger wieder angestiegen. Da
sich dieser Trend fortsetzen wird, kommt den regenerativen Energieträgern, auch vor dem
Hintergrund politisch formulierter Klimaziele, eine steigende Bedeutung zu.
Die wesentliche politische Maßnahme zur Erreichung der im Integrierten Energie- und
Klimaschutzprogramm (IEKP) formulierten Klimaziele ist das 2009 in Kraft getretene „Erneuerbare
Energien Wärmegesetz“ (EEWärmeG), das für seit dem 1. Januar 2009 errichtete Gebäude den
Einsatz regenerativer Energien zur Deckung des Heizwärmebedarfs verbindlich vorschreibt.13 So
soll eine verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien gefördert und der Anteil regenerativ
erzeugter Wärme bis 2020 auf 14 % gesteigert werden (2012: 10,2 %) (9b).
Das im EEWärmeG verankerte Marktanreizprogramm soll durch eine intensive Förderung von
klimaschonendender Wärmeerzeugung diese Entwicklung unterstützen und Investoren
Planungssicherheit geben.
5.1.1 Entwicklung des Wärmemarktes
Die Deckung des Heizwärmebedarfs stellt mit rund 70 % den größten Anteil des
Energieverbrauches privater Haushalte in Deutschland dar, was im Jahr 2011 einem Anteil von
ca. 30 % am gesamten Endenergieverbrauch (54 % EEV14 Wärme) entspricht. Hinzu kommen
bezogen auf den Energieverbrauch in Privathaushalten 13 % für die Warmwasserbereitung.
Zusammen mit sonstiger Prozesswärme (z.B. zum Kochen) entfallen damit rund 90 % der in
Privathaushalten benötigten Energie auf die Wärmebereitstellung (17d).
Dies zeigt, welch große Bedeutung dem zunehmenden Einsatz erneuerbarer Energien im Bereich
der Wärmebereitstellung sowie einer fortschreitenden Gebäudemodernisierung zukommt.
Insgesamt wird sich der Energiebedarf zur Raumheizung in den kommenden Jahren reduzieren, da
energieeffiziente Neubauten und sanierte Bestandsgebäude einen geringeren Heizwärmebedarf
13
Gestattete Alternativmaßnahmen: Bezug von Fernwärme oder Wärme aus KWK-Anlagen, bessere
Wärmedämmung
14
Endenergieverbrauch
78
aufweisen. Die Bundesregierung strebt eine Reduktion des Wärmebedarfs von 20 % bis 2020 an
(9d). Laut vom Bundesministerium für Umwelt (BMU) veröffentlichten Leitszenarien
(„Langfristszenarien und Strategien für den Ausbau der erneuerbaren Energien in Deutschland bei
Berücksichtigung der Entwicklung in Europa und global“) wird sich der Gesamtwärmebedarf bis
2020 um 16 % im Vergleich zu 2009 verringern (9c), wobei sich der durchschnittliche
Heizwärmebedarf in Wohngebäuden langfristig bis 2050 auf einen Wert von ca. 60 kWh/(m²a)
verringern wird (9d). Dies entspricht im Vergleich zu 2008 (147 kWh/(m²/a)) einer Reduzierung
um 57 %.
Im Jahr 2012 betrug der Anteil der erneuerbaren Energien 10,2 % an der gesamtdeutschen
Wärmebereitstellung und hat sich damit seit 2003 (5,2 %) in etwa verdoppelt (9b). In einer im Jahr
2009 erstellten Branchenprognose des Bundesverbands Erneuerbare Energien (BEE) wurde unter
der Voraussetzung günstiger Rahmenbedingungen ein Anteil der regenerativen Energien an der
Wärmebereitstellung von 25 % bis 2020 prognostiziert (7), was das im IEKP formulierte Ziel von
14 % deutlich übersteigen würde (9e). Nach den Entwicklungen der letzten Jahre kann dieser
optimistische Wert aller Voraussicht nach nicht erreicht werden. Politische Umstrukturierungen
von Förderungen erneuerbarer Energien sowie der zwischenzeitliche Förderstopp im
Marktanreizprogramm haben neben der allgemeinen Konjunkturkrise zu Unsicherheiten bei
Bauherren und Investoren und damit einhergehend zu einem verhalteneren Einsatz erneuerbarer
Technologien geführt. Die aktuelle Sanierungsrate liegt mit rund 1 % deutlich unter der seitens
der Bundesregierung angestrebten Quote von 2 %.
Aus aktuellen Erhebungen des Bundesverbands der Schornsteinfeger geht hervor, dass im Jahr
2012 20,6 % der in Deutschland insgesamt installierten 5,8 Mio. Ölfeuerungsanlagen und 14,3 %
der 9,1 Mio. Gasfeuerungsanlagen älter als 21 Jahre waren (42). Da diese Systeme nach wie vor
den Hauptteil der Wärmeversorgung in Gebäuden ausmachen, besteht hier generell ein großer
Modernisierungsbedarf, welcher ein hohes Potential für den Einsatz von effizienten
Wärmepumpen birgt. In Kombination mit anderen Maßnahmen zur energetischen
Gebäudesanierung könnte der zur Räumwärme aufgewandte Wärmebedarf deutlich reduziert
werden und gleichzeitig der Anteil mittels Wärmepumpen genutzter erneuerbarer Energien an
der Wärmebereitstellung gesteigert werden.
Hierfür bedarf es einer stringenteren Förderstruktur, um Investoren und Bauherren die
Entscheidung für den Einsatz alternativer Heiztechnologien wie Wärmepumpen zu erleichtern.
79
5.1.2 Entwicklung des Wärmepumpenmarktes
Die seitens des GZB durchgeführte Prognose der zukünftigen Entwicklung des deutschen
Wärmepumpenmarktes wurde auf Basis der in Zusammenarbeit von Shell Deutschland, dem
Hamburger Weltwirtschafts-Institut (HWWI) und dem Institut für technische Gebäudeausrüstung
Dresden Forschung und Anwendung GmbH (iTG) mit dem Bundesindustrieverband Deutschland
Haus-, Energie- und Umwelttechnik e.V. (BDH) erstellten „Hauswärmestudie - Klimaschutz im
Wohnungssektor – wie heizen wir morgen? Fakten, Trends und Perspektiven für Heiztechniken bis
2030“ (38) sowie den in der Branchenstudie 2013 des BWP (13d) veröffentlichten Prognosen
entwickelt.
Im Rahmen der Shell BDH Hauswärmestudie wurden auf der Grundlage des derzeitigen Gebäudeund Heizungsbestandes diverse Szenarien für die künftige Wärmebereitstellung im
Wohnungsbereich bis 2030 erstellt. Hierbei wurden unterschiedliche Wärmeerzeuger hinsichtlich
ihrer derzeitigen und zukünftigen Bedeutung im Wärmemarkt untersucht und abhängig von
verschiedenen Rahmenbedingungen eine Prognose der Bestandszahlen gegeben. Für die in dieser
Studie berechneten Werte wurde das „Trendszenario“ verwendet, welches die aktuelle
Marktsituation in ähnlicher Form weiterführt, ohne dass tiefergehende Änderungen im Bereich
der Förderung oder der Modernisierungsrate angenommen werden.
Der in der Hauswärmestudie für die Jahre 2015 und 2020 im Wohnungssektor erwartete
Feldbestand an Wärmepumpen wurde zunächst auf den Bereich der Nichtwohngebäude
hochgerechnet. Anhand der hieraus ermittelten Zahlen wurde zusammen mit der mittleren
Heizleistung sowie den Vollbenutzungsstunden die Heizwärmemenge berechnet (s. Tabelle 5.1).
In der Studie wurden nur elektrisch betriebene Heizungswärmepumpen berücksichtigt. GasWärmepumpen sind nicht erfasst.
Tabelle 5.1: Prognose der künftigen Wärmebereitstellung durch Wärmepumpen auf Grundlage von (38)
[TWh]
2011
2015
2020
10,5
14,2
17,4
Regenerative
Wärme
7,4
9,9
12,6
Stromverbrauch
3,1
4,3
4,8
Heizwärmemenge
Der Stromverbrauch wurde auf Grundlage einer Abschätzung zur zukünftigen Entwicklung der
mittleren Jahresarbeitszahlen von elektrischen Wärmepumpen berechnet, die sich an Prognosen
des BWP orientiert. Die verwendeten JAZ sind in Tabelle 5.2 dargestellt.
Tabelle 5.2: Abschätzung der mittleren JAZ des Feldbestands geothermischer Wärmepumpen (2011 - 2020) (13d)
Mittlere JAZ
(elektrische WP)
2011
2015
2020
3,4
3,3
3,6
80
In der Branchenprognose des BWP werden zwei unterschiedliche Szenarien dargestellt. Da das
zweite Szenario sehr optimistisch angesetzt ist und u.a. von einer deutlich erhöhten
Sanierungsrate sowie einer intensivierten politischen Förderung der Wärmepumpenbranche
ausgeht, wurde für die in dieser Studie erarbeitete Bestandsentwicklung das weniger
optimistische Szenario zugrunde gelegt. Seitens des BWP wurde neben einer Prognose des
künftigen Anlagenbestands elektrischer wie thermischer Wärmepumpen auch eine Abschätzung
des zu erwartenden Stromverbrauchs sowie der geleisteten Heizarbeit angegeben (s. Tabelle 5.3).
Durch einen steigenden Anteil von gasbetriebenen Wärmepumpen entspricht die regenerativ
erzeugte Wärme für die kommenden Jahre nicht mehr der Differenz zwischen Heizwärmemenge
und Stromverbrauch.
Tabelle 5.3: Prognose der künftigen Wärmebereitstellung durch Wärmepumpen (13d)
in TWh
2010
2015
2020
9,5
14,4
19,3
Regenerative Wärme
6,4
9,8
13,3
Stromverbrauch
3,1
4,4
5,5
Heizwärmemenge (inkl.
Gaswärmepumpen)
Die in Tabelle 5.4 aufgeführten Angaben zur Entwicklung der durchschnittlichen Heizleistung und
der Jahresvollbenutzungsstunden entstammen der BWP-Branchenstudie 2013. Die Heizleistungen
von gasbetriebenen Wärmepumpen sind extra erfasst.
Tabelle 5.4: Entwicklung der durchschnittlichen Heizleistung und Jahresvollbenutzungsstunden von Wärmepumpen bis
2020 (13d)
Ø Heizleistung elektr. WP (kW)
Ø Heizleistung Gas-WP (kW)
Ø Jahresvollbenutzungsstunden
2010
2015
2020
11,8
10,5
9,8
36
26
21
1.900
1.743
1.663
Die vergleichsweise hohe Heizleistung von Gas-Wärmepumpen ergibt sich durch die technische
Entwicklung, die erst vor wenigen Jahren erreichte Marktreife und die Einsatzgebiete von GasWärmepumpen. Während elektrische Wärmepumpen vorwiegend in kleineren und mittleren
Wohnhäusern eingesetzt werden, kommen gasbetriebene Wärmepumpen bislang vor allem in der
Industrie oder Mehrfamilienhäusern zur Anwendung. Gasmotorische Wärmepumpen und
Absorptionswärmepumpen sind bislang nur in großen Leistungsklassen ab 20 kW verfügbar und
eignen sich nicht zum Einsatz in Einfamilienhäusern. Die seit einigen Jahren erhältlichen
Adsorptions-Wärmepumpen sind auch in kleineren Leistungsklassen erhältlich. Mit einem
zunehmenden Bestand dieser Anlagen und einer möglichen Entwicklung marktreifer
81
Absorptionswärmepumpen in kleineren Leistungsbereichen wird sich die derzeitige hohe
durchschnittliche Heizleistung von Gas-Wärmepumpen in den kommenden Jahren verringern.
Die Entwicklung der Heizleistungen und Jahresvollbenutzungsstunden ist von unterschiedlichen
Faktoren abhängig. Durch eine zunehmend bessere Gebäudedämmung wird die Heizperiode von
Gebäuden reduziert, was einen geringeren Heizwärmebedarf zur Folge hat. Resultierend können
die Heizleistungen oder Jahresvollbenutzungsstunden der Wärmepumpen gesenkt werden.
Diesem Trend entgegen wirkt ein verstärkter Einsatz von Wärmepumpen für Anwendungen im
höheren Leistungsbereich, z.B. in Industrie und Gewerbe oder Mehrfamilienhäusern, sowie eine
kombinierte Nutzung der Wärmepumpe zur Heizwärmeerzeugung und Trinkwassererwärmung.
Ausgehend der angeführten Größen wurde eine Prognose für die Entwicklung des
Wärmepumpenbestandes in Deutschland bis 2020 durchgeführt. Hierbei wurden die Werte
anhand der in den Quellen gegebenen Vorgaben interpoliert. Neben einer Prognose der Anzahl
installierter Wärmepumpen wurde auch die zukünftige Entwicklung des Absatzmarktes
abgeschätzt. Die Prognosen für Gas-Sorptionswärmepumpen wurden aus der BWPBranchenstudie übernommen.
Feldbestand Wärmepumpen gesamt (Prognose bis 2020)
1400000
1200000
1000000
800000
600000
400000
Prognose
200000
0
Abbildung 5.1: Prognose des Feldbestands von Wärmepumpen in Deutschland (Prognose bis 2020) - ohne
gasmotorische Wärmepumpen (13d)(38)
Trotz einer stockenden Entwicklung der Modernisierungsrate und damit einer zeitweilig
gedämpften Zunahme an Wärmepumpen, steigt die Zahl installierter Wärmepumpen deutlich an.
Auf Grundlage der Shell BDH Hauswärmestudie und der BWP Branchenprognose wurde ein
Zielwert von rund 1 Mio. elektrischen Heizungswärmepumpen für 2020 angesetzt. Zugerechnet
Brauchwasser-Wärmepumpen und Gas-Sorptionswärmepumpen ergibt sich ein Feldbestand von
insgesamt ca. 925.000 Wärmepumpen in 2015 und knapp 1,4 Mio. Stück im Jahr 2020
(s. Abbildung 5.1). Gasmotorische Wärmepumpen sind hierbei nicht mit berücksichtigt.
82
In die Berechnungen ist eine Rückbauquote von jährlich 0,4 % eingeflossen, um die
Zusammenlegung von Heizungsanlagen sowie den Rückbau von Wärmepumpen und Gebäuden zu
berücksichtigen.
Abbildung 5.2 zeigt die Anteile der jeweiligen Wärmequellen bzw. die Betriebsart der
Wärmepumpen.
Anteile Wärmequellen bzw. Betriebsart am
Wärmepumpen-Feldbestand (Prognose bis 2020)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
2013
Luft
Sole
2015
Wasser
2020
Gas-Wärmepumpen
Abbildung 5.2: Anteile der genutzten Wärmequellen bzw. Betriebsart am Wärmepumpen-Feldbestand
Während der Anteil von Wasser-Wasser-Wärmepumpen im Wesentlichen bei einem Wert von
ca. 5 % konstant bleibt, machen Sole-Wasser-Wärmepumpen und Brauchwasser-Wärmepumpen
einen zunehmend geringeren Anteil am Wärmepumpen-Feldbestand aus. Aktuell stellen
Brauchwasser-Wärmepumpen rund ein Drittel am Anlagenbestand dar, für das Jahr 2020 wird
erwartet, dass ihr Anteil nur noch ca. 22 % beträgt. Dagegen werden gasbetriebene
Wärmepumpen eine steigende Bedeutung erlangen, auch wenn die Gesamtzahl installierter
Gas-Wärmepumpen auf einem relativ niedrigen Niveau bleibt (unter 2 %). Schon heute machen
Luft-Wasser-Wärmepumpen mit über 30 % einen wichtigen Teil des Anlagenbestands aus. Bis zum
Jahr 2020 werden sie mit ca. 44 % den Wärmepumpenbestand in Deutschland dominieren.
Ausschlaggebend für die zunehmende Bedeutung an Luft-Wasser-Wärmepumpen ist, wie bereits
in Kapitel 3 erläutert wurde, die relativ einfache Installation dieser Wärmepumpen in
Kombination mit steigender Effizienz und vergleichsweise geringen Investitionskosten. Zudem
wird erwartet, dass der Einsatz von Wärmepumpen im Gebäudebestand nach einem derzeitigen
Tiefstand in den kommenden Jahren wieder zunehmen wird.
Im Bereich der Niedrigenergie- und insbesondere bei Passivhäusern liegt ein großes
Anwendungspotenzial von Brauchwasser-Wärmepumpen. Da diese Gebäude aufgrund ihres
geringen Heizwärmebedarfs oftmals außer einer Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung oder
83
eines kleinen Elektroofens über kein weiteres Heizungssystem verfügen, bietet sich die
Warmwasserbereitung mittels einer Brauchwasserwärmepumpe an, die als Wärmequelle
Umgebungsluft oder Abluft nutzt. Dennoch wird der Anteil von Brauchwasserwärmepumpen am
Gesamtbestand deutlich sinken, nachdem sie in den 1990er Jahren den größten Teil des
Feldbestands darstellten.
Anteile Wärmepumpenarten am Feldbestand
(Prognose bis 2020)
100%
90%
80%
70%
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
elektrische Heizungswärmepumpen
Gas-Wärmepumpen
Abbildung 5.3: Anteile verschiedener Wärmepumpenarten am Feldbestand (Prognose bis 2020)
Abbildung 5.4 zeigt die auf Grundlage der Installationszahlen sowie nach Einschätzungen des BWP
erwartete Prognose der künftigen Absatzzahlen.
Entwicklung der Absatzzahlen von Wärmepumpen
(Prognose bis 2020)
110.000
100.000
90.000
80.000
70.000
60.000
50.000
40.000
30.000
20.000
10.000
-
Gesamt (S, W, L)
Prognose Gesamt (S, W, L)
Brauchwasser
Prognose Brauchwasser
Gas
Prognose Gas
Abbildung 5.4: Qualitative Entwicklung der Absatzzahlen von Wärmepumpen bis 2020 (13 d+e)
84
Nach diesem angesetzten Szenario steigen die Absatzzahlen von derzeit insgesamt rund 72.750
verkauften Wärmepumpen auf ca. 80.200 in 2015 und etwa 106.100 im Jahr 2020. Ginge man von
einer konstant bleibenden Zahl jährlich neu installierter Wärmeerzeuger von aktuell 600.000 bis
700.000 aus, so entspräche dies einem Anstieg des Wärmepumpenanteils von derzeit 9 % auf
12 % in 2015 und ca. 16 % im Jahr 2020. Aufgrund des hohen Bestands veralteter Anlagen und des
vorliegenden Modernisierungsstaus im Bereich der Wärmeerzeugungsanlagen kann jedoch davon
ausgegangen werden, dass die Gesamtzahl abgesetzter Wärmeerzeuger in den kommenden
Jahren ansteigen wird, sodass Wärmepumpen einen etwas kleineren Anteil am
Wärmeerzeugungsmarkt ausmachen würden. Unter der Voraussetzung, dass der Anteil von in
Bestandsgebäuden eingesetzten Wärmeerzeugern im Vergleich zu Neubauten zunimmt, kann
angenommen werden, dass der Gebäudesanierung eine zunehmende Bedeutung im
Wärmeerzeugungsmarkt zukommt.
In den Szenarien des BWP wird angenommen, dass 2020 etwa 722.000 bzw. 871.000
(optimistischeres Szenario) Wärmeerzeuger verkauft werden (13d).
Im Vergleich zur Vorgängerversion dieser Marktanalyse sind die Erwartungen bezüglich der
Entwicklung des Wärmepumpenmarktes deutlich geringer, so wurde von einem Feldbestand von
rund 1,8 Mio. elektrischen Heizungswärmepumpen bzw. 820.000 geothermischen Wärmepumpen
in 2020 ausgegangen. In diesen Wert waren Gaswärmepumpen sowie Brauchwasserwärmepumpen nicht mit einbezogen. Die aktuellen Trendszenarien von BWP und Shell/BDH
ähneln sich und gehen aufgrund einer leicht gedämpften Entwicklung in den vergangenen Jahren
von geringeren Zahlenwerten aus (s. Tabelle 5.5). Es muss beachtet werden, dass sich die
Szenarien lediglich auf elektrische Heizungswärmepumpen beziehen. Im Fall der
Hauswärmestudie wurden ausschließlich Wohngebäude, nicht aber Nichtwohngebäude
berücksichtigt.
15
Tabelle 5.5: Vergleich der Trendszenarien von BWP und Shell/BDH (13d)(38)
(in Mio.)
2011
2015
2020
BWP Branchenstudie 2013
0,44
0,7
1,1
Shell/BDH
Hauswärmestudie 201316
0,441
0,655
0,954
15
16
nur elektrische betriebene Heizungswärmepumpen
nur Wohngebäude
85
5.2
Aktuelle Technologie- und Nachfragetrends
Im Folgenden werden einige Technologie- und Nachfragetrends im Bereich Wärmepumpen
dargestellt. Die deutlichste auszumachende Entwicklung, die bereits in vorangegangen
Abschnitten erläutert wurde, ist eine starke Zunahme an Luft-Wasser-Wärmepumpen. Derzeit
liegt das Augenmerk vor allem auf der Leistungsregelung von Wärmepumpen über elektronische
Expansionsventile, der hydraulischen Systemoptimierung sowie der Nassdampfzwischeneinspritzung zur Ermöglichung eines effizienten Betriebs aerothermischer Wärmepumpen trotz
niedriger Außentemperaturen. Hierbei wird während des Verdichtungsvorgangs flüssiges bzw.
knapp überhitztes Kältemittel auf mittlerem Druckniveau in den Kompressor eingespritzt, was
durch eine Reduzierung der Druckgastemperatur zu einer Erhöhung der Heizleistung führt.
Darüber hinaus werden in Zukunft folgende Bereiche eine zunehmende Bedeutung im
Wärmepumpenmarkt erlangen:






Erweiterung des Leistungs- und Temperaturspektrums zum Einsatz von GroßWärmepumpen in Industrie und Gewerbe
Erschließung alternativer Wärmequellen (z.B. Abwasser)
Alternative Wärmepumpentechniken wie Direktverdampfungs-Wärmepumpen
Kombination von Wärmepumpen mit anderen konventionellen oder erneuerbaren
Energieträgern (Hybridsysteme)
Fernzugriff, - analyse und –optimierung von Wärmepumpen (Smart Metering)
Einbindung von Wärmepumpen in Energienetze (Smart Grid)
Allgemein wird der Trend im Energiesektor mehr und mehr zu einer intelligenten Kopplung und
Verknüpfung unterschiedlicher Wärme- und Energieerzeuger gehen. Entwicklungen wie
gleichstrombetriebene Anlagen, die keine Wechselrichter mehr benötigen oder der Einsatz von
Wärmepumpen zur Speicherung von durch andere Energieträger erzeugte überschüssige Energie
werden in den kommenden Jahren zunehmend an Bedeutung gewinnen.
5.2.1 Erweiterung des Leistungsspektrums: Wärmepumpen in Industrie und Gewerbe
In vielen Industrie- und Gewerbebetrieben wird die bei unterschiedlichsten Produktionsprozessen
frei werdende Abwärme ungenutzt abgeführt. Hier liegt ein großes Potenzial für den Einsatz von
Großwärmepumpen, die es ermöglichen, die Abwärme aus Kühlprozessen, Abwassersystemen
oder warme Abluft (z.B. aus Rechenzentren) zur Brauchwassererwärmung oder Raumwärmeerzeugung zu nutzen.
Während in Ländern wie Schweden und der Schweiz Großwärmepumpen bereits häufig zur
Nutzung in Industrie und Gewerbe eingesetzt werden, ist der Markt für Großwärmepumpen in
Deutschland derzeit noch relativ klein. Momentan bieten lediglich rund zehn bis fünfzehn
Hersteller Wärmepumpen mit Heizleistungen über 100 kW bis ca. 3.000 kW an.
Neben dem primären Einsatzgebiet, der Bereitstellung von Wärme zur Raumheizung und
Brauchwassererwärmung, können Großwärmepumpen auch in folgenden Anwendungsgebieten
in Gewerbe und Industrie eingesetzt werden (29a):
86






Heizung und Wärmerückgewinnung in Bürogebäuden und Warenhäusern (als Bestandteil
von Großklimaanlagen)
gleichzeitige Beheizung und Kühlung von Räumen
Ausnutzung der Niedertemperaturabwärme von Prozessen
Eindampfen bzw. Eindicken von Flüssigkeiten (Brüdenverdichter und Kochereianlagen)
zur
teilweisen Wiederverwendung
der
eingesetzten
Verdampfungsenergie
(Wärmepumpen-Destillieranlagen)
Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung (KWKK) als Tandemanlage (BHKW und Wärmepumpe) zum
gleichzeitigem Parallelbetrieb eines Generators mit einer Wärme- bzw. Kältemaschine
Im Jahr 2008 wurde vom Institut für Rationelle Energieanwendung (IER) der Universität Stuttgart
eine Potentialstudie zum Einsatz von Großwärmepumpen in Deutschland durchgeführt (29a). Das
Forschungsprojekt wurde von der Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg gefördert und
in Kooperation mit der Ochsner Wärmepumpen GmbH durchgeführt.
Ergebnis der Studie war, dass Groß-Wärmepumpen in Deutschland – ausgehend von einer
Temperatur von 100 °C - ca. 390 PJ pro Jahr an Energie zur Verfügung stellen könnten. Dies
entspricht 15 % des Energiebedarfs und 30 % des Nutzwärmebedarfs der deutschen Industrie
bezogen auf das Jahr 2006 sowie ca. 22 % des Endenergieverbrauchs im Jahr 2012. Bislang können
bis auf wenige Ausnahmen mit Großwärmepumpen lediglich Temperaturen von bis zu 75 °C
erreicht werden. Geht man von einem Temperaturniveau von 70 °C aus, so entspricht das vom IER
ermittelte erreichbare Potenzial 8,9 % des Endenergiebedarfs 2006 bzw. 14 % des
Endenergieverbrauchs 2012.
Laut den Ergebnissen der Studie eignen sich vor allem die chemische Industrie sowie die
Ernährungs- und Papierindustrie für den Einsatz von Großwärmepumpen. Besonders die
Papierindustrie hat einen hohen Bedarf an Prozesswärme im Bereich von 100 °C. Würde es
gelingen, das Temperaturniveau auf 100 °C anzuheben, so könnte ein Großteil des
Nutzwärmebedarfs der Papierindustrie mittels Großwärmepumpen gedeckt werden.
Bislang wurde das Potenzial nur gering genutzt, da für viele Anwendungsgebiete das erreichbare
Temperaturniveau zu niedrig war. Für eine Ausweitung des Einsatzbereiches von
Großwärmepumpen oblag es daher den Wärmepumpen-Herstellern die erreichbaren
Temperaturen auf 90 bis 100 °C zu erhöhen. Die Verwendung von Kältemitteln wie R 245fa
ermöglicht eine Anhebung des Temperaturniveaus auf bis zu maximal 140 °C, sodass es für
Hochtemperaturanwendungen von mehr als 80 °C eingesetzt werden kann (29b). Bislang sind erst
einzelne Anlagen für Hochtemperaturanwendungen (90 bis 100 °C) auf dem Markt, allerdings
kann davon ausgegangen werden, dass sich das Angebot künftig auf ein breiteres Angebot
erweitern wird.
Im Bereich der Kältemittel konzentriert sich die Wärmepumpenentwicklung derzeit vor allem auf
natürliche Kältemittel wie Ammoniak und Kohlenstoffdioxid (CO2), die neben einer besseren
Umweltverträglichkeit auch einen geringeren Kostenfaktor als synthetische Kältemittel darstellen,
was vor dem Hintergrund hoher wirtschaftlicher Ansprüche von Unternehmen vorteilhaft ist (22).
Gleichzeitig können mit diesen Kältemitteln Temperaturen von über 90 °C erreicht werden, sodass
sie auch in energetischer Hinsicht Vorteile gegenüber den meisten konventionellen synthetischen
Kältemitteln bieten. Aus technischer Sicht konnte damit innerhalb der letzten Jahre eine positive
87
Entwicklung verzeichnet werden, da durch eine Optimierung der Kältemittel nun auch
temperaturintensive Prozesse mit Groß-Wärmepumpen betrieben werden können.
Der Einsatz von Groß-Wärmepumpen stellt im Vergleich zu konventionellen Techniken einen
höheren Kostenfaktor dar, denn um eine optimale Anpassung der Wärmepumpe an die jeweiligen
Prozesse bzw. Einsatzbedingungen zu erhalten, ist eine individuelle Planung und Auslegung der
Anlagen erforderlich. Dieser zumeist hohe Investitionsaufwand sorgt für eine längere
Amortisationszeit, sodass sich Unternehmen oftmals für herkömmliche Technologien
entscheiden. Darüber hinaus bestand zum Zeitpunkt der Untersuchung des IER ein hoher
Informationsbedarf sowie Mangel an Erfahrung hinsichtlich des industriellen Einsatzes von GroßWärmepumpen. Durch eine verbesserte Informationspolitik, wachsende Erfahrungen von
Herstellern und Unternehmen, die Förderung von Groß-Wärmepumpen (KfW) sowie eine stetige
technische Weiterentwicklung kann davon ausgegangen werden, dass in Zukunft die Bedeutung
von Groß-Wärmepumpen in Deutschland steigen und damit ein weiterer Beitrag zur Reduzierung
von CO2-Emissionen geleistet wird.
5.2.2 Alternative Wärmequellen: Abwasser-Wärmepumpen
Ein großes Potenzial für den Einsatz von Wärmepumpen liegt in der Nutzung von Abwärme aus
Abwasserkanälen. Abwasser eignet sich zum Betrieb von Wärmepumpen vor allem durch eine
ganzjährig relativ konstante Temperatur von 10 bis 20 °C, die im Vergleich zur Außenluft im
Winter höher und im Sommer kühler ist. Das Abwasser kann damit sowohl als Wärmequelle zum
Heizen als auch für Kühlzwecke eingesetzt werden.
Das Land Nordrhein-Westfalen hat als erstes Bundesland eine Potenzialstudie zum Einsatz von
Abwasser-Wärmepumpen durchführen lassen. Ergebnis der Studie ist, dass die im Abwasser
vorhandene Energiemenge theoretisch zur Bereitstellung von Raumwärme und Trinkwarmwasser
jedes zehnten Gebäudes ausreicht (16a). Die Nutzung von Abwasser als Wärmequelle eignet sich
vor allem für große Mehrfamilienhäuser, Wohnsiedlungen, industriell oder gewerblich genutzte
Gebäude, Verwaltungsgebäude oder öffentliche Einrichtungen wie Schulen oder Schwimmbäder,
die einen hohen Nutzwärmebedarf von mehr als 100 kW aufweisen. Dies entspricht in etwa dem
Wärmebedarf von 20 Wohneinheiten. Für Einfamilienhäuser oder industrielle Anwendungen, die
hohe Vorlauftemperaturen erfordern, stellt Abwasser keine geeignete Wärmequelle dar. Zudem
sollten sich die Abnehmer in kurzer Distanz zu größeren Abwasserkanälen oder Kläranlagen
befinden, um eine möglichst effiziente Nutzung zu erreichen.
Während in Ländern wie der Schweiz Abwasser-Wärmepumpen bereits eine weite Verbreitung
finden, gibt es in Deutschland eine noch relativ überschaubare Zahl von Anlagen, die allerdings
seit einigen Jahren kontinuierlich wächst. Der Einsatz von Abwasser-Wärmepumpen steht in
engem Zusammenhang mit den lokal vorhandenen Randparametern in Bezug auf den
Abwasserkanal an sich, die Abnehmerstruktur sowie eine mögliche Beeinflussung des
Kläranlagen-Betriebs.
Generell gibt es drei Standortmöglichkeiten zur Nutzung der Abwasserwärme. In Gebäuden, die
ein sehr hohes Abwasseraufkommen aufweisen, kann dem Abwasser vor der Einleitung ins
88
kommunale Kanalsystem eine Rückgewinnung der Wärme erfolgen. Alternativ kann der
Wärmeentzug aus Rohwasser in Abwasserkanälen erfolgen. Diese Variante birgt den Vorteil, dass
sich viele potenzielle Abnehmer in unmittelbarer Nähe zu großen Kanälen befinden und keine
weiten Distanzen überbrückt werden müssen. Sollten sich in der Nähe von Kläranlagen geeignete
Abnehmer für die Wärme finden, so bietet sich auch der Wärmeentzug aus gereinigtem Wasser
direkt auf bzw. nach der Kläranlage an. Hierbei hat der Wärmeentzug im Gegensatz zur Nutzung
des Rohwassers vor der Kläranlage keinen Einfluss auf die Reinigungsleistung der Kläranlage.
Wird die Wärme dem Abwasser vor Eintritt in die Kläranlage entzogen, so muss gewährleistet
werden, dass eine Beeinträchtigung der Klärprozesse durch den Wärmeentzug vermieden wird.
Besonders temperatursensible Prozesse sind die Nitrifikation und die Denitrifikation. Eine
Reduzierung der Systemtemperaturen führt zu einer geringeren Aktivität der Mikroorganismen,
sodass weniger Ammonium (NH4) zu Nitrat (NO3) nitrifiziert wird, was eine erhöhte AmmoniumKonzentration im Ablauf zur Folge hat (16b). Um diesem Effekt vorzubeugen, sollte die
Durchschnittstemperatur des Wassers daher auch in den Wintermonaten konstant über 10 °C
liegen bzw. nicht um mehr als 0,5 K abgesenkt werden.
Des Weiteren ist ein Mindestdurchsatz von 15 Litern pro Sekunde notwendig (Tagesmittel bei
Trockenwetter), um die aus dem Abwasser stammende Wärme effizient nutzen zu können (37).
Da es inzwischen auch externe Lösungen gibt, bei denen es nicht erforderlich ist, den
Wärmetauscher direkt im Kanal zu installieren, ist der Innendurchmesser des Kanals kein
wesentlicher Faktor mehr.
Laut einer Einschätzung des Schweizer Instituts „Energie in Infrastrukturanlagen“ könnten bis zu
zwei Millionen Wohnungen in Deutschland mit aus Abwasser stammender Wärme für
Raumheizung und Warmwassererzeugung versorgt werden. Hierbei muss berücksichtigt werden,
inwieweit die Anlagen wirtschaftlich umzusetzen sind. Generell gilt, dass eine dichte
Abnehmerstruktur bzw. eine hohe Bebauungsdichte mit kurzen Distanzen sich positiv auf die
Wirtschaftlichkeit von Abwasser-Wärmepumpen auswirken. In Siedlungsgebieten sollten die
Leitungsdistanzen 100 m nicht überschreiten (37).
Durch eine steigende Verbreitung der Technologie zur Nutzung der Abwärme aus Abwasser und
zunehmende Erfahrungswerte in Bezug auf Betrieb und Auslegungsparameter werden AbwasserWärmepumpen zukünftig eine höhere Wirtschaftlichkeit aufweisen, obschon sie im Vergleich zu
herkömmlichen Wärmeerzeugern an einigen Standorten bereits jetzt finanziell konkurrenzfähig
sind.
5.2.3 Kombination mit anderen Energieträgern: Hybridsysteme
In den vergangenen Jahren ist ein zunehmender Trend hin zur Kombination verschiedener
Wärmeerzeuger zu beobachten. Solche kombinierten Anlagen werden auch als Hybridsysteme
bezeichnet. Hierbei wird der anfallende Bedarf an Energie zur Bereitstellung von Raumwärme und
Brauchwassererwärmung über (mindestens) zwei Wärmeerzeuger gedeckt. Die beiden
Wärmeerzeuger können im Fall eines monoenergetischen Betriebs über einen Energieträger
versorgt werden oder bei bi- bzw. multivalenter Betriebsweise auf unterschiedliche Energieträger
89
zurückgreifen. Ein Beispiel eines monoenergetischen Systems ist die Kombination einer
elektrischen Wärmepumpe mit einem Elektroheizstab, bei dem beide Komponenten mit Strom
betrieben werden. Alternativ können Wärmepumpen mit fossil betriebenen Heizkesseln
kombiniert werden, sodass die Wärmeerzeugung auf Grundlage von erneuerbaren wie fossilen
Energieträgern basiert (38). Weit verbreitet ist eine Kombination aus aerothermalen
Wärmepumpen und Gasheizungen. Aus ökologischer Sicht bietet sich darüber hinaus die
Verbindung von Wärmepumpen mit Solarthermie-Anlagen an.
Je nach Bauart sind die beiden Wärmeerzeuger in einem Gehäuse kombiniert oder werden
separat installiert. Eine klare Abgrenzung zwischen Hybridwärmepumpen und bislang als bivalent
bezeichneten Systemen ist auch anhand einer Definition der European Heating Industry (EHI)
dadurch nicht einwandfrei möglich (13d). Derzeit sind Hybridwärmepumpen in Deutschland noch
nicht sehr weit verbreitet, sodass die bislang auf dem Markt verfügbaren Systeme ausschließlich
von großen Herstellern stammen, da die Entwicklung und Vermarktung von Hybridsystemen für
kleinere Unternehmen aufgrund der relativ geringen Marktrelevanz noch nicht rentabel ist (34).
Inzwischen werden von diversen Herstellern Komplettsysteme angeboten, in denen die beiden
Wärmeerzeuger werksseitig auf einen effizienten Betrieb ausgelegt und abgestimmt werden. Für
einen möglichst effizienten Einsatz von Hybridwärmepumpen (v.a. bei der Kombination mit nicht
erneuerbaren Wärmeerzeugern) ist eine gezielte Steuerung der beteiligten Komponenten
notwendig, bei der gewährleistet ist, dass die Wärmepumpe einen hohen Deckungsanteil erreicht.
Daher sollte der Dimensionspunkt bzw. die Bivalenztemperatur, d.h. die Temperatur, bei der der
zweite Wärmeerzeuger zugeschaltet wird, möglichst niedrig gewählt werden (s. Abbildung 5.5).
Abbildung 5.5: Deckungsanteil der Wärmepumpe in einem bivalenten System in Abhängigkeit vom Bivalenzpunkt
(Wärmequellentemperatur) (19)
Einige Systeme verfügen über eine automatische Anpassung des Bivalenzpunktes im laufenden
Betrieb, wobei der Nutzer vorgeben kann, welches primäre Ziel verfolgt werden soll
(z.B. Energiekosteneinsparung, Einsatzzeit/Deckungsanteil Wärmepumpe, schnelle Bereitstellung
von Trinkwarmwasser).
Bei einer Kopplung unterschiedlicher Wärmeerzeuger, die nicht direkt vom Hersteller zur
Kombination ausgelegt sind, ist in der Regel ein Pufferspeicher erforderlich. Die von den einzelnen
90
Komponenten erzeugte Wärme wird in den Pufferspeicher eingespeist und anschließend je nach
Wärmebedarf abgerufen (38).
Ein Vorteil von Hybridsystemen ist, dass bereits bestehende Heizungsanlagen wie Gasheizungen
um eine Wärmepumpe erweitert werden können, ohne dass eine grundsätzliche Erneuerung der
Heizungsanlage erforderlich ist. So bietet sich gerade in Bestandgebäuden ein großes Potenzial für
den Einsatz von Wärmepumpen als Ergänzung zur bereits bestehenden Heizung, wodurch ohne
weitreichende Sanierungsmaßnahmen ein Beitrag zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer
Energien zur Wärmeerzeugung geleistet werden kann.
5.2.4 Intelligente Überwachung und Steuerung von Wärmepumpen: Smart Metering
In einer grundlegenden Novelle des Energiewirtschaftsgesetzes (EnWG) im Jahr 2011 wurde die
Umsetzung der im dritten Binnemarktpaket enthaltenen EU-Richtlinie 2009/72/EG (1)
beschlossen. Eine Forderung der Richtlinie ist es, eine flächendeckende Erhebung des
Energieverbrauchs durchzuführen, die als Grundlage einer Umstrukturierung des Energienetzes
im Hinblick auf intelligentes Lastmanagement einer dezentralen Energieversorgung dienen soll.
Zur Aufnahme der spezifischen Verbräuche sollen intelligente Messsysteme bzw. „Smart Meter“
eingesetzt werden. Mit dem Begriff „Smart Meter“ werden Strom- und Gaszähler bezeichnet, die
kommunikativ in Energienetze eingebunden sind, um kontinuierlich Messdaten über den
Verbrauch der Abnehmer zu übermitteln:
„Ein Messsystem im Sinne dieses Gesetzes ist eine in ein Kommunikationsnetz eingebundene
Messeinrichtung zur Erfassung elektrischer Energie, das den tatsächlichen Energieverbrauch und
die tatsächliche Nutzungszeit widerspiegelt.“ - Energiewirtschaftsgesetz 2013, §21d Absatz 1 (24)
Durch eine umfassende Ausstattung von Letztverbrauchern mit intelligenten Messeinheiten
können differenzierte Verbrauchsanalysen getätigt werden, die vor dem Hintergrund eines
Wandels des Energienetzes hin zu einem Smart Grid wichtige Planungshilfen zur Laststeuerung
sein können.
Elektrische Wärmepumpen bieten ein großes Potenzial zur Netzstabilisierung, da sie
überschüssigen Strom in Form von Wärme in Wärmespeichern und Gebäuden speichern können,
welcher bei Bedarf später wieder ins Netz eingespeist werden kann. Der in
Wärmepumpensystemen gespeicherte Strom kann über ein schalt- und steuerbares System
regionale Leistungsspitzen glätten. Liegen ausführliche Daten über einzelne Verbräuche vor, so
ermöglicht dies eine flexible und bedarfsgerechte Steuerung und Verteilung von Energie.
Im Energiewirtschaftsgesetz ist vorgeschrieben, dass bestimmte Verbraucher zum Einbau eines
intelligenten Messsystems verpflichtet sind. Hierzu gehören beispielsweise Letztverbraucher mit
einem Jahresstromverbrauch von mehr als 6.000 kWh. Ergänzend hierzu sieht die EU-Richtlinie
vor, dass bis 2020 mindestens 80 % aller Verbraucher und damit auch Privathaushalte mit
intelligenten Messsystemen auszustatten sind. Grundlage der Einbindung und Verwendung von
intelligenten Messsystemen ist die Einhaltung technischer wie datenschutzrechtlicher
Sicherheitsbestimmungen.
91
Neben einer Optimierung von Netzauslastungen bieten intelligente Zähler Verbrauchern die
Möglichkeit, ein transparentes Abbild ihrer Verbräuche zu erhalten. Dies kann einerseits zu einem
bewussteren Umgang mit Energie und damit sinkenden Verbräuchen (Einsparpotenzial: 1-5 %)
sowie daraus resultierend zu einer Einsparung von CO2-Emissionen führen. Andererseits
ermöglicht es eine individuelle Anpassung von Stromtarifen, wodurch es zu einem stärkeren
Wettbewerb im Energiemarkt und damit gegebenenfalls zu Kosteneinsparungen bei Verbrauchern
kommen kann (11b).
Ein vom Bundeswirtschaftsministerium (BMWi) in Auftrag gegebenes Gutachten zur
wirtschaftlichen Betrachtung der seitens der EU geforderten Maßnahmen zeigt, dass eine
Umsetzung der EU-Forderungen aus wirtschaftlicher Sicht nicht vorteilhaft ist (25). Die für die
Verbraucher entstehenden Kosten ließen sich nicht über die aus der Überwachung entstehenden
Einsparungen refinanzieren, zumal auch solche Verbraucher mit zusätzlichen Kosten belastet
würden, die nicht oder erst sehr viel später von der Einrichtung des Messsystems profitieren. Der
im EnWG festgesetzte Rahmen sieht bislang lediglich Großverbraucher bzw. für die
Netzsteuerung/-entlastung relevante Verbraucher in der Pflicht, ein intelligentes Messsystem zu
installieren, was aus gesamtwirtschaftlicher Sicht deutlich vorteilhafter ist als eine allgemeine
Installationspflicht. Das Gutachten sieht vor, dass die Einbaupflicht für intelligente Messsysteme
vor dem Hintergrund einer wirtschaftlichen Umsetzung nur für folgende Verbrauchergruppen
ausgeweitet werden sollte:



Verbraucher mit Jahresstromverbräuchen von mehr als 6.000 kWh
EEG- und KWK-Anlagen mit Leistungen von 0,25 bis 7 kW sowie Altanlagen
nach § 14a EnWG steuerbare Verbrauchseinrichtungen (Nachtspeicherheizungen,
Elektromobile, Wärmepumpen)
Im Gutachten werden für die Installation intelligenter Messsysteme an Wärmepumpen-Anlagen
Zusatzkosten von 58 bis 70 € pro Jahr ausgewiesen. Die einzelwirtschaftliche Rentabilität soll hier
durch einen am Stromangebot ausgerichteten Betrieb der Wärmepumpen in Kombination mit
speziellen Tarifen von Energieversorgern gewährleistet werden (13g).
Speziell für Wärmepumpen-Nutzer kann die Einführung von intelligenten Messsystemen und
einer verbrauchsgenauen Abrechnung zu punktuell bzw. saisonal hohen finanziellen Belastungen
führen, da der Stromverbrauch tages- und jahreszeitenabhängig starken Schwankungen
unterworfen ist (25). Dennoch ist es für die Entwicklung leistungs- und bedarfsgeregelter
Stromnetze von großer Relevanz, das vorhandene Potenzial elektrischer Wärmepumpen aktiv in
die Gestaltung zukünftiger Energieversorgungsstrukturen einzubinden, wofür die Einrichtung
einer intelligenten Messtechnik die Grundlage bildet.
92
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b. Statistische Auswertung und Analysen von Klein-Wärmepumpen – Schlussbericht,
Eschmann M., Buchs 2012
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d. WPZ Bulletin – Ausgaben 02-2009 bis 02-2013
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Schornsteinfegerhandwerks Zentralinnungsverband (ZIV), Sankt Augustin 2013
97
7
Abbildungsverzeichnis
Abbildung 0.1: Absatzzahlen von Wärmepumpen in Deutschland im Zeitraum 1990 bis 2013 ........ 3
Abbildung 3.1: Absatzzahlen elektrischer Heizungswärmepumpen in Deutschland und Entwicklung
des Heizölpreises (1978 bis 2013) []................................................................................................. 16
Abbildung 3.2: Absatzzahlen Brauchwasserwärmepumpen in Deutschland und Entwicklung des
Heizölpreises (1990 bis 2013) [] ....................................................................................................... 16
Abbildung 3.3: Marktentwicklung Wärmeerzeuger 2006 bis 2012 (BDH) ....................................... 18
Abbildung 3.4: Jahresverlauf der Außentemperaturen am Standort Höxter, 2010 (HUI, 2013) ..... 20
Abbildung 3.5: Entwicklung der Absatzzahlen von Luft-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013)
[BWP, 2013]...................................................................................................................................... 21
Abbildung 3.6: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Luft-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis
2013) [BWP, 2013] ........................................................................................................................... 21
Abbildung 3.7: Temperaturverlauf im ungestörten Erdreich (bohr-tec) ......................................... 22
Abbildung 3.8: Entwicklung der Absatzzahlen von Sole-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis 2013)
[BWP, 2013]...................................................................................................................................... 23
Abbildung 3.9: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Sole-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis
2013) [BWP, 2013] ........................................................................................................................... 24
Abbildung 3.10: Entwicklung der Absatzzahlen von Wasser-Wasser-Wärmepumpen (1990 bis
2013) [BWP, 2013] ........................................................................................................................... 25
Abbildung 3.11: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Wasser-Wasser-Wärmepumpen
(1990 bis 2013) [BWP, 2013] ............................................................................................................ 26
Abbildung 3.12: Entwicklung der Absatzzahlen von reversiblen Wärmepumpen (1990 bis 2013)
[BWP, 2013]...................................................................................................................................... 27
Abbildung 3.13: Funktionsschema einer Absorptionswärmepumpe [ASUE]................................... 28
Abbildung 3.14: Funktionsschema einer Zeolith-Adsorptionswärmepumpe [Vaillant] .................. 29
Abbildung 3.15: Entwicklung der Absatzzahlen von gasbetriebenen Wärmepumpen (2003 bis
2013) ................................................................................................................................................ 30
Abbildung 3.16: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Gas-Wärmepumpen (2003 bis 2013)
.......................................................................................................................................................... 31
Abbildung 3.17: Entwicklung der mittleren Leistungszahlen von in Deutschland installierten
reversiblen Wärmepumpen (Luft, Sole) im Zeitraum 1990 bis 2012 – Berücksichtigung von LuftWasser-Anlagen ab 2002 ................................................................................................................. 36
Abbildung 3.18: Entwicklung der Absatzzahlen von Brauchwasser-Wärmepumpen und des
Heizölpreises (1990 bis 2013) [BWP, 2013 + statista] ...................................................................... 37
Abbildung 3.19: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Brauchwasser-Wärmepumpen (1990
bis 2013) [BWP, 2013] ...................................................................................................................... 37
Abbildung 3.20: Entwicklung der Absatzzahlen von Heiz- und Brauchwasserwärmepumpen [BWP]
.......................................................................................................................................................... 38
Abbildung 3.21: Gesamtzahl der in Deutschland installierten Heiz- und BrauchwasserWärmepumpen (1990 - 2013) [BWP]............................................................................................... 39
Abbildung 3.22: Entwicklung der durchschnittlichen Heizleistungen von elektrischen
Heizungswärmepumpen und Gaswärmepumpen in Deutschland (Prognose bis 2015) [Quelle] ... 41
Abbildung 3.23: Anzahl der fertiggestellten Gebäude mit Wärmepumpenheizung im Zeitraum
2005 bis 2012 [DESTATIS]................................................................................................................. 42
Abbildung 3.24: Art der Wohngebäude mit Wärmepumpenheizung 2012 [DESTATIS] .................. 43
Abbildung 3.25: Art der Nichtwohngebäude mit Wärmepumpenheizung 2012 [DESTATIS] .......... 44
98
Abbildung 3.26: Anteile der installierten Wärmepumpen im Neubau und im Gebäudebestand –
2013: Prognose [BWP] ..................................................................................................................... 45
Abbildung 3.27: Anteile der installierten Wärmespeicher im Neubau und im Gebäudebestand
(Fraunhofer ISE) ............................................................................................................................... 46
Abbildung 3.28: Leistungszahl (COP) in Abhängigkeit von der Temperaturdifferenz zwischen
Wärmequelle und Wärmesenke [IKZ] .............................................................................................. 47
Abbildung 3.29: COP-Werte der seit 1993 am WPZ Buchs getesteten Luft-Wasser-Wärmepumpen
nach EN 255 bei A2/W35 [Bericht 2012] ......................................................................................... 48
Abbildung 3.30: Vergleichswerte der gemessenen COP bei Luft-Wasser-Wärmepumpen nach EN
255 und EN 14511 mit einzuhaltenden Mindestwerten [WPZ Bericht 2012] ................................. 49
Abbildung 3.31: COP-Werte der seit 1993 am WPZ Buchs getesteten Sole-Wasser-Wärmepumpen
nach EN 255 bei B0/W35 [Bericht 2012].......................................................................................... 50
Abbildung 3.32: Vergleichswerte der gemessenen COP bei Sole-Wasser-Wärmepumpen nach EN
255 und EN 14511 mit einzuhaltenden Mindestwerten [WPZ Bericht 2012] ................................. 50
Abbildung 3.33: Wärmeübergabesysteme in Neubau und Gebäudebestand [Endberichte ISE] .... 53
Abbildung 3.34: Durchschnittliche JAZ der Fraunhofer Wärmepumpen-Feldtests für Neubau und
Gebäudebestand [Endberichte Fraunhofer] .................................................................................... 54
Abbildung 3.35: Übersicht der im Gebäudebestand ermittelten JAZ im Bewertungszeitraum
2008/2009 getrennt nach Wärmequellen [WP im Bestand Kurzfassung] ....................................... 55
Abbildung 3.36: Entwicklung der Jahresheizzahlen von Gas-Wärmepumpen [BWP] ..................... 57
Abbildung 4.1: Durchschnittliche Investitionskosten der vom BAFA geförderten
Wärmepumpenanlagen (2008 - 2013), Mittelwerte 2000 bis 2013 [BAFA Wagner 2014] ............. 59
Abbildung 4.2: Durchschnittlicher Gerätepreis pro kW Heizleistung, rechte Säulen: 6 bis 15 kW,
Stand: Februar 2014, Preise inkl. 19 % MwSt [waermepumpenshop] ............................................ 60
Abbildung 4.3: Brutto-Investitionskosten für Sole-Wasser-Wärmepumpen in Abhängigkeit der
Heizleistung [BW Web] .................................................................................................................... 61
Abbildung 4.4: Anteil Gebäudebestand an vom BAFA geförderten Wärmepumpenanlagen [BAFA
Wagner 2014] ................................................................................................................................... 63
Abbildung 4.5: Absatzzahlen Wärmepumpen im Vergleich zu im Rahmen des MAP gestellten und
bewilligten Anträge für 2012 – Angaben inkl. Gas-Wärmepumpen [BAFA Wagner] ...................... 64
Abbildung 4.6: Absatzzahlen, Anzahl gestellter und bewilligter Anträge sowie Förderquote [auf
Basis BAFA Wagner] ......................................................................................................................... 65
Abbildung 4.7: Anteile der Wärmequellen an MAP-geförderten Wärmepumpenanlagen 2012
[BAFA Wagner] ................................................................................................................................. 65
Abbildung 4.8: Fördersummen je Anlage [BAFA Wagner] ............................................................... 66
Abbildung 4.9: Leistung von im MAP geförderten Wärmepumpenanlagen pro Einwohner nach
Bundeländern (kW pro 100.000 Einwohner) [auf Basis BAFA Wagner] .......................................... 67
Abbildung 4.10: Anzahl der von der KfW geförderten Wärmepumpen-Maßnahmen und
Darlehenszusagen im Zeitraum 2009 bis 1. Halbjahr 2013 [KfW Förderstatistiken] ....................... 71
Abbildung 5.1:Prognose des Feldbestands von Wärmepumpen in Deutschland (Prognose bis 2020)
- ohne gasmotorische Wärmepumpen [BWP, Shell BDH] ............................................................... 82
Abbildung 5.2: Anteile der genutzten Wärmequellen bzw. Betriebsart am WärmepumpenFeldbestand ...................................................................................................................................... 83
Abbildung 5.3: Anteile verschiedener Wärmepumpenarten am Feldbestand (Prognose bis 2020)
[Quelle] ............................................................................................................................................. 84
99
Abbildung 5.4: Qualitative Entwicklung der Absatzzahlen von Wärmepumpen bis 2020 [anhand
BWP 2013/Gorris] ............................................................................................................................ 84
Abbildung 5.5: Deckungsanteil der Wärmepumpe in einem bivalenten System in Abhängigkeit
vom Bivalenzpunkt (Wärmequellentemperatur) [DIN 4071 - 10] ................................................... 90
100
8
Tabellenverzeichnis
Tabelle 3.1: Anteile der vorwiegend verwendeten Heizenergien in neu fertiggestellten
Wohngebäuden in den Jahren 2000, 2008 und 2012 [DESTATIS, 2012] ......................................... 18
Tabelle 3.2: Thermische und elektrische Gesamtleistung des Anlagenbestandes an Wärmepumpen
in Deutschland.................................................................................................................................. 32
Tabelle 3.3: Heizwärmemenge, Stromverbrauch und genutzte regenerative Wärme des
Feldbestands an Wärmepumpen in Deutschland ............................................................................ 33
Tabelle 3.4: Thermische und elektrische Gesamtleistung des Anlagenbestandes reversibler
Wärmepumpen in Deutschland ....................................................................................................... 34
Tabelle 3.5: Heizwärmemenge, Stromverbrauch und genutzte regenerative Wärme des
Feldbestands an reversiblen Wärmepumpen in Deutschland ......................................................... 35
Tabelle 3.6: Projektinformationen zu den Wärmepumpen-Feldtests des Fraunhofer ISE
[Endberichte der Projekte] ............................................................................................................... 52
Tabelle 3.7: Übersicht der in diversen Feldstudien ermittelten JAZ getrennt nach
Wärmequellen/GEMIS-Vergleichswerte – in Klammern angegeben: Anzahl ausgewerteter Anlagen
[QUELLEN] ........................................................................................................................................ 56
Tabelle 4.1: Geforderte Mindest-Jahresarbeitszahl zur Förderung von Wärmepumpen im MAP
[BAFA Web] ...................................................................................................................................... 62
Tabelle 4.2: Förderung von Wärmepumpen im Marktanreizprogramm [MAP BWP Postkarte bzw.
BAFA Web] ....................................................................................................................................... 63
Tabelle 4.3: Förderprogramme und Finanzhilfen der Bundesländer für den Einsatz von
Wärmepumpen [Förderdatenbank.de]............................................................................................ 74
Tabelle 5.1: Prognose der künftigen Wärmebereitstellung durch Wärmepumpen auf Grundlage
von [Shell BDH]................................................................................................................................. 80
Tabelle 5.2: Abschätzung der mittleren JAZ des Feldbestands geothermischer Wärmepumpen
(2011 - 2020) [BWP 2013] ................................................................................................................ 80
Tabelle 5.3: Prognose der künftigen Wärmebereitstellung durch Wärmepumpen [BWP 2013] .... 81
Tabelle 5.4: Entwicklung der durchschnittlichen Heizleistung und Jahresvollbenutzungsstunden
von Wärmepumpen bis 2020 [BWP 2013] ....................................................................................... 81
Tabelle 5.5: Vergleich der Trendszenarien von BWP und Shell/BDH [2013] ................................... 85
101

Analyse des deutschen Wärmepumpenmarktes

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