Wärmepumpen können Gas-, Öl- und Kohleheizungen ersetzen. Sie nutzen Umweltwärme und sind deshalb besonders effizient. Wie geht das?
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Bislang heizen wir noch viel mit Gas, Öl und Kohle, was zu sehr hohen Treibhausgas-Emissionen führt. Eine Möglichkeit klimaneutral zu Heizen, sind Wärmepumpen.
In Deutschland können laut Studie der Berliner Denkfabrik Agora Energiewende rund 60 Prozent der Wohnflächen mit lokalen Wärmepumpen beheizt werden und Großwärmepumpen können zu etwa 30 Prozent den Bedarf in Fernwärmenetzen decken. Der verbleibende Bedarf soll vor allem mit Biomasse, Solar-und Geothermie gedeckt werden.
Luft, Wasser und Erde als Wärmequelle
Das Prinzip der Wärmepumpe steckt auch in Kühlschränken und Klimaanlagen. Während ein Kühlschrank Wärme vom Innenraum nach außen leitet, entzieht die Wärmepumpe dem Außenbereich Wärme und leitet sie als Heizenergie in den Wohnraum. Das funktioniert auch im Winter.
Der besondere Clou der Wärmepumpe: Durch die intelligente Nutzung von Wärme aus dem Erdreich, Wasser oder der Luft kann aus einer Kilowattstunde (kWh) Strom mehr als drei kWh Wärme werden.
Laut einer Studie von Fraunhofer ISE erzeugen Wärmepumpen in älteren Gebäuden mit Luft als Wärmequelle im Durchschnitt mit einer kWh Strom rund drei kWh Wärme, mit Erdreich als Wärmequelle 4,1 kWh Wärme.
Bei Neubauten und gut gedämmten Häusern ist die Effizienz sogar noch höher: "Die besten von uns untersuchten Erdwärmepumpen in den Neubauten erzeugten aus einer kWh Strom 5,4 kWh Wärme", so Studienleiter Marek Miara gegenüber DW.
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Großwärmepumpe für Fernwärme
Kleine Wärmepumpen verwenden zumeist die Wärme aus der Luft. Große Anlagen nutzen als Wärmequelle vor allem den Boden, Grundwasser, Flüsse, Seen, das Meer oder Abwässerkanäle, um etwa Fernwärmenetze zu speisen.
Immer mehr Städte bauen zudem sogenannte kalte Wärmenetze: Durch diese fließt kaltes Wasser, und auch Abwärme aus Fabriken und Serverzentren kann hier eingespeist werden. Angeschlossene Gebäude nutzen das Wasser mithilfe von lokalen Wärmepumpen zum Heizen.
Skandinavien als Vorbild
Vorreiter auf dem Weg zur klimaneutralen Wärmeversorgung sind vor allem skandinavische Länder. Norwegen hat bereits 94 Prozent Ökostrom im Netz und dort wird vor allem mit Wärmepumpen geheizt. In Schweden decken Wärmepumpen und Biomasse fast 95 des Heizbedarfs. In Dänemark ist der Einbau von Öl- und Gasheizungen in Neubauten bereits seit 2013 verboten.
Der Ausbau von Fernwärme-Netzen in Kombination mit großen Wärmepumpen, Biomasse, Abwärme aus der Industrie, Solar- und Geothermie macht das Heizen in diesen Ländern zunehmend klimaneutral. Für Deutschland empfehlen Energieexperten einen ähnlichen Mix.
Der Absatz boomt
In Deutschland gibt es laut Bundesverband Wärmepumpe (BWP) derzeit eine Million Wärmepumpen, Tendenz steigend. "2020 haben wir rund 120.000 neu verkauft, rund 40 Prozent mehr als im letzten Jahr", beschreibt BWP-Geschäftsführer Martin Sabel den Boom, der auch durch staatliche Zuschüsse beflügelt wird.
Hinderlich seien für ein noch stärkeres Wachstum die hohen deutschen Strompreise, betont Sabel - und beklagt, dass die Klimakosten im Preis von Erdöl und Erdgas zu wenig mitgerechnet werden. "Da gibt es noch ein Ungleichgewicht in Deutschland zwischen den Energieträgern." In anderen Ländern sei Strom viel günstiger, Gas und Öl dagegen teurer. "Das ist eine hohe Motivation, dort auf den Einsatz von Wärmepumpen zu setzen", so Sabel.
Für eine klimaneutrale Wärmeversorgung werden laut Agorastudie 14 Millionen Wärmepumpen in Deutschland gebraucht - 13 Millionen mehr als heute. Bis 2050 will das Land klimaneutral sein.
Zur Einhaltung des Pariser Klimaziels sei jedoch eine Klimaneutralität schon viel früher notwendig, betont der Sachverständigenrat der Bundesregierung, laut Studie des Wuppertal Institutes bis 2035, um die 1,5-Grenze noch einzuhalten.
Klimaneutral heizen mit Wärmepumpe
Wärmepumpen werden immer beliebter. Sie nutzen die Wärme aus der Erde, im Wasser oder Luft zum Heizen. Durch die effiziente Technologie werden so aus einer Kilowattstunde Strom mehr als drei Kilowattstunden Heizwärme.
Bild: Gero Rueter/DW
1935: Kältetechnik verändert die Welt
Elektrische Kühlschränke gingen in den 1930er Jahren in Serie. Die Wärmepumpe setzt auf das selbe Prinzip, denn die Kältetechnik kann umgekehrt auch zum Heizen genutzt werden: Während ein Kühlschrank den Innenraum kühlt, und Wärme nach außen leitet, entzieht eine Wärmepumpe dem Außenbereich Wärme und leitet sie als Heizenergie in den Wohnraum.
Bild: AEG/dpa/picture alliance
1938: Wärmepumpe heizt Rathaus in Zürich
Die Schweiz war Vorreiter bei der Entwicklung von großen Wärmepumpen. 1938 wurde im Rathaus von Zürich eine Wärmepumpe zum Heizen des Gebäudes eingebaut. Das war damals eine Sensation. Die Wärmepumpe ist bis heute in Betrieb. Als Wärmequelle wird das Flusswasser des Limat verwendet, der durch die Zürcher Altstadt fließt.
1973: Ölkrise beflügelt Produktion
Nach dem zweiten Weltkrieg war Öl billig. Da konnten Wärmepumpen im Vergleich zu günstigen Ölheizungen nicht mithalten. Doch 1973 begann die Ölkrise - Heizen mit Öl wurde um 300 Prozent teurer. Ingenieure entwickelten die Technik für Wärmepumpen weiter, Firmen produzieren sie in Serie. Für diese Pumpen wird Erdwärme genutzt.
Bild: BWP/Stiebel Eltron
1986: Meerwasser beheizt Stockholm
Die weltgrößte Wärmepumpe mit Meerwasser ging 1986 im schwedischen Stockholm in Betrieb. Sechs große Wärmepumpen nutzen die Wärme aus der Ostsee und speisen diese ins Fernwärmenetz. Rund 60 Prozent der Gebäude in der schwedischen Hauptstadt werden heute mit Fernwärme geheizt. Auch die skandinavischen Nachbarn setzen auf Großwärmepumpen. In Oslo (Norwegen) wird Abwasser als Wärmequelle genutzt.
Bild: Friotherm
1998: Trocknen mit Wärmepumpen-Prinzip
Wäschetrockner mit Wärmepumpe kamen auf dem Markt. Mit dieser Technik braucht der Trockner nur noch halb so viel Strom, das Trocknen wird günstiger. Heute werden Wärmepumpen auch in Elektroautos eingebaut. Das spart Energie - das Auto kann mit einer Akkuladung längere Strecken fahren.
Bild: BWP/Elektrolux
2010: Luft als Wärmequelle
Früher nutzten Wärmepumpen in Deutschland vorwiegend Erdwärme und Grundwasser als Wärmequellen. Seit 2010 werden in Deutschland mehr Geräte verkauft, die Luft als Wärmequelle nutzen. Neben den Solarmodulen auf diesem Dach stecken in dem Kasten Ventilatoren der Luftwärmepumpe. Mit selbst erzeugtem Solarstrom wird das Heizen besonders günstig.
Bild: picture alliance / dpa
2017: Wolkenkratzer mit Erdwärme
Der Lotte World Tower in Seoul, Südkorea, wurde 2017 eingeweiht. Mit 555 Metern war er damals das fünfthöchste Gebäude der Welt. Gekühlt und geheizt wird der Turm mit Wärmepumpen. Sie holen Erdwärme aus 200 Meter Tiefe und nutzen das Flusswasser zum Wärmen und Kühlen.
Bild: robertharding/imago images
2018: Saisonale Speicher sparen Heizkosten in Berlin
Im Berliner Stadtteil Lichterfelde wurden Mehrfamilienhäuser aus den Jahren 1930 und 1960 saniert. Die Besonderheit: Solarthermische Kollektoren auf dem Dach speisen jetzt im Sommer Solarwärme in einen Erdwärmespeicher. Diese gespeicherte Energie aus der Erde nutzen Wärmepumpen im Winter zum Heizen. Das ist besonders effizient und senkt die Heizkosten.
Bild: BWP/eTank
2019: Kaltes Wärmenetz heizt Häuser in der Stadt
Hier in Bad Nauheim werden 13 Kilometer Rohre in einem Acker verlegt. Durch die Rohre fließt später Wasser, das dem Boden etwas Wärme entzieht und dann weiter zu einem Wohnviertel gepumpt wird. Dort nutzen Wärmepumpen das Wasser und heizen damit Häuser. Solche sogenannten kalten Wärmenetze eignen sich besonders für Städte. Auch Abwärme aus Fabriken lässt sich so gut nutzen.
Bild: BWP
2020: Sparen mit Konzept
In modernen Industriegebäuden wie hier bei Heidelberg stehen zwei Wärmepumpen - sie kühlen und wärmen nach Bedarf. Mit gutem Konzept und effizienter Steuerung kann überschüssige Energie aus einem Teil des Gebäudes in einem anderen Bereich genutzt werden, das spart Energie und Kosten. In dieser Fabrik wird die Abwärme eines Computerservers zum Heizen mitgenutzt.