Herr Miara, es zeichnet sich ein Trend zur Kreislaufwirtschaft und der damit verbundenen gesamtheitlichen CO₂-Bilanzierung ab. Sind heutige Wärmepumpen bereits kreislauffähig?
Marek Miara: Es gibt noch keine Zahlen zur Recyclingfähigkeit von Wärmepumpen, aber grundsätzlich eignen sich die verwendeten Materialien einer Wärmepumpe für das Recycling. Wir haben es hauptsächlich mit Aluminium, Kupfer und Stahl zu tun – alles Materialien, die sich sortenrein recyceln lassen. Kältemittel werden in der Regel wiederverwendet, und auch das Kältemaschinenöl kann geordnet entsorgt werden. Durch die F-Gase-Verordnung und die damit verbundene Verknappung besteht eine hohe Motivation zur Wiederverwendung von synthetischen Kältemitteln.
Im Grunde haben wir es bei Verdampfern und Verflüssigern mit Standardprodukten zu tun, die routinemäßig recycelt werden können. Expansionsventile sind in der Regel aus Messing – ein Material, das sich einfach in den Materialkreislauf zurückführen lässt. Am aufwendigsten ist es wahrscheinlich, den Kälte-
mittelverdichter zu recyceln, da dieser aus vielen Einzelteilen und unterschiedlichen Materialien besteht. Hinzu kommen noch elektronische Bauteile, für die vorgegebene Recyclingmethoden vorliegen. Eher aufwendig ist das Recycling beziehungsweise die Entsorgung von Akustikmaterial zur Geräuschdämpfung, also von Schäumen und Kunststoffen. Aber auch hier haben wir es mit Standardmaterialien zu tun, für die sich definierte Recyclings- beziehungsweise Entsorgungswege anbieten.
Im Zuge einer ganzheitlichen CO₂-Bilanz von Gebäuden geraten die Bilanzierung Grauer Energie von Baumaterialien und Geräten sowie der Import von Grauer Energie über die Lieferketten mehr in den Fokus der Zertifizierer. Gibt es schon Daten über den CO₂-Fußabdruck von Wärmepumpenkomponenten, insbesondere von Importen aus Drittländern?
Viele Komponenten, wie Wärmeübertrager oder Kompressoren, werden heute überwiegend in China hergestellt, ebenso manche Vorprodukte. Auch die Außeneinheiten von Luft/Wasser-Wärmepumpen werden oftmals aus Asien importiert. Hinzu kommen die Geräte der klassischen asiatischen Wärmepumpenhersteller, beispielsweise aus China, Japan und Korea. Bislang erkenne ich noch keine Ansätze für Produkt-Ökobilanzen bei Wärmepumpen. Der Fokus der Entwicklung liegt derzeit, wie bereits erwähnt, auf den Kältemitteln und nicht auf den Materialien.
Eine wichtige allgemeine umweltpolitische Forderung ist die Verlängerung der Lebenszeit von Produkten. Sie haben mehrere Generationen von Wärmepumpenanlagen untersucht. Mit welcher Lebenszeit können Verbraucher rechnen?
Nach VDI 2067 über die Wirtschaftlichkeit von gebäudetechnischen Anlagen liegt die zu erwartende Lebenszeit einer Wärmepumpe bei 20 Jahren. Diese Zielvorgabe ist nach meinen Erfahrungen bei Standard-Wärmepumpen zu halten. Es gibt auch Wärmepumpen im Bestand, die 30 Jahre und mehr in Betrieb sind. Zur Lebenserwartung der heute üblichen invertergeregelten Wärmepumpen kann ich noch keine endgültige Aussage treffen. Durch die Vermeidung des Start-Stopp-Betriebs kann man davon ausgehen, dass sich die Lebenszeit der Kompressoren verlängert. Über die Lebenszeit der elektronischen Inverterregelung oder des elektronischen Expansionsventils kann ich noch nichts Endgültiges sagen.
Wie steht es mit der Wartungsfreundlichkeit von Wärmepumpen und wie könnte man diese gegebenenfalls verbessern?
Die Fehlersuche vor Ort ist immer aufwendig und damit teuer. Diagnosesysteme erleichtern allerdings die Fehlersuche. Da wir es künftig mit immer kompakteren, hermetischen Systemen zu tun haben, bietet sich der Austausch von Modulen oder des kompletten Systems an. Wichtig ist die Vereinfachung der Wärmepumpen. Einfachen, robusten und kostengünstigeren Geräten gehört die Zukunft. In der Konsequenz ist das alleinige Ziel einer maximalen Effizienz weniger wichtig.
Bild: Margot Dertinger-Schmid
Bisher war die Effizienz der Wärmepumpe häufig das wichtigste Entscheidungskriterium. Was muss sich ändern?
Die Steigerung der Effizienz ist zumeist mit hohen Investitionskosten verbunden. Ich sehe einen Trend zu einfacheren und einfach zu installierenden Wärmepumpen. Die heutigen Geräte sind bezüglich der Installation aus meiner Sicht noch zu aufwendig. Ein Gerät kostet aktuell etwa 10 000 Euro und die Installation nochmals 10 000 Euro. Die realen Preise liegen heutzutage sogar noch höher. Das können wir uns auf Dauer nicht leisten. Mit solchen Preisen ist die Wärmepumpe nicht wettbewerbsfähig. Der hohe Preis für den Endverbraucher hängt jedoch auch mit der staatlichen Förderung zusammen. Fördergelder führen oft zu höheren Marktpreisen, auch bei der Wärmepumpe. Hinzu kommt der Fachkräftemangel bei den Heizungsfachbetrieben, der sich preissteigernd auswirkt. Das ist schlecht für die Wärmepumpe, schlecht für das Klima und damit schlecht für unsere Zukunft.
Möglicherweise wird sich deshalb der Markt für Wärmepumpen nicht so schnell entwickeln wie er prognostiziert ist. Die Frage lautet also, wie müssen Wärmepumpen gebaut werden, damit sie einfacher installiert und betrieben werden können. Ideal wäre es, wenn sich die Wärmepumpen anhand von Betriebsdaten selbst optimierten. Eine Industrie, die in der Lage ist, selbstfahrende Autos zu bauen, müsste auch in der Lage sein, selbstoptimierende Wärmepumpen auf den Markt zu bringen. Zu überlegen ist, ob man beispielsweise nur noch drei Leistungsklassen von Wärmepumpen anbietet, die sich mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI) selbst kalibrieren und auf die jeweilige Anwendung optimieren. Damit könnte man die Planungs- und Installationskosten enorm reduzieren und gleichzeitig die Stückzahlen erhöhen.
Lange Zeit hat die Branche das Thema Kältemittel als zweitrangig angesehen. Aktuell rückt es durch die F-Gase-Verordnung und ein mögliches Verbot aller synthetischen Kältemittel mehr in den Mittelpunkt. Wie sehen Sie die Entwicklung?
Viele Hersteller haben bereits die Entscheidung zugunsten natürlicher Kältemittel getroffen und dies auch offiziell verkündet. Andere werden mit großer Wahrscheinlichkeit folgen. Dann gibt es die relativ große asiatische Fraktion, die auf das Kältemittel R32 setzt. Solange die F-Gase-Verordnung dieses Kältemittel zulässt, wird es die Branche auch nutzen, zumal es einige Vorteile bietet, zum Beispiel einfachere Handhabung im Vergleich zu brennbaren Kältemitteln. Hinzu kommen die HFO-Kältemittel, also die Hydrofluorolefine, mit einem sehr geringen Treibhauspotenzial. Allerdings werden deren Zersetzungsprodukte als umweltrelevant eingestuft. Hierzu bedarf es noch wissenschaftlicher Untersuchungen.
Ich denke, die Kältemittelfrage hat keinen großen Einfluss auf die künftige Entwicklung des Wärmepumpenmarktes. Aus meiner Sicht sollten wir das Thema Kältemittel nicht überbewerten, denn die Treibhausgasminimierung durch den Wechsel von einem Öl- und Gasheizkessel zu einer Wärmepumpe ist ungleich höher als die Treibhausgasminimierung durch den Kältmittelwechsel.
Und nicht jedes natürliche Kältemittel ist für den Einsatz in Wärmepumpen geeignet. So spielt das Kältemittel CO₂ in Europa, abgesehen von der Lebensmittelkühlung, kaum eine Rolle. Die Alternative zu den synthetischen Kältemitteln ist Propan, ein thermodynamisch gesehen sehr gutes Kältemittel, das leider brennbar ist. Sicherheitstechnisch halte ich den Einsatz von Propan für vertretbar, vor allem wenn man bedenkt, wie häufig dieses Gas im Garten beim Grillen oder beim Camping eingesetzt wird. Dort geht es meist um 5- oder 10-Kilogramm-Gebinde. Bei der vom Fraunhofer-Institut entwickelten Propan-Wärmepumpe kommen wir mit nur 150 Gramm aus. Inzwischen beobachten wir eine hohe Akzeptanz für Propan bei den Wärmepumpenherstellern. Vor zwei Jahren herrschte da noch eine große Skepsis.
Ist genügend Kältemittel für die Wartung von Bestands-Wärmepumpen vorhanden?
Wir haben es bei den vorherrschenden Generationen an Hauswärmepumpen mit hermetisch geschlossenen Kreisläufen zu tun, da sind Kältemittelverluste vernachlässigbar. Nur bei Großwärmepumpen oder Kälteanlagen muss Kältemittel im Zuge von Wartungsarbeiten nachgefüllt werden, denn hier kommen unter anderem offene oder halbhermetische Verdichter zum Einsatz. Noch vor 15 Jahren haben wir bei unseren theoretischen Überlegungen etwa zwei Prozent Kältemittelverlust bei Hauswärmepumpen einkalkuliert, praktisch waren die Verluste aber unterhalb der Nachweisgrenze.
Was muss getan werden, damit die Wärmepumpen wirtschaftlicher werden?
Das Potenzial für Preisreduktionen liegt vor allen Dingen in der Massenproduktion und in hohen Stückzahlen. Die heutigen Fertigungsverfahren von Wärmepumpen entsprechen in vielen Fällen denen einer Manufaktur. Erst bei hohen Stückzahlen lohnt es sich, auch die Wärmeübertrager zu optimieren, beispielsweise durch den Einsatz von Microchannel-Wärmeübertragern, wie sie in der Automobiltechnik üblich sind. Wichtig ist, dass wir künftig die Verteilung des Kältemittels im Kältekreis genauer analysieren, um den Kältekreislauf zu verschlanken. Ich sehe auch Potenziale, zum Beispiel für bionische Kältemittelverteiler, da wir damit die Kältemittelmenge reduzieren und gleichzeitig den Prozess optimieren können. Mit Sicherheit wird bei der Optimierung künftig auch KI eine Rolle spielen. Dabei gilt es, Kompromisse zwischen Effizienzoptimierung und Stückkosten zu finden.
Sie bemängelten die hohen Installationskosten. Was genau läuft schief?
Wir müssen wegkommen von Individuallösungen, wir brauchen mehr Standardlösungen. Dadurch können wir die gesetzten Ziele schneller erreichen. In dem Projekt IEA HPT Annex 50 versuchen wir, zusammen mit Partnern aus vielen Ländern entsprechende Standards für Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern zu erarbeiten. Auch wenn in der Wärmepumpe immer mehr Hightech steckt, muss die eigentliche Installation künftig einfacher sein. Dabei können uns die Digitalisierung und KI helfen, aber diese Funktionen müssen im Hintergrund ablaufen, wie bei einem Smartphone.
Lassen sich auch Betriebskosten einsparen, beispielsweise durch einen Smart-Grid-Betrieb?
Bei den Betriebskosten sehe ich keine großen Einsparpotenziale, da sie in erster Linie von der Effizienz der Wärmepumpe und dem jeweiligen Stromtarif abhängig sind. Natürlich können Betriebskosten eingespart werden, wenn der Strom über eine Photovoltaikanlage vor Ort erzeugt wird. Dazu muss der Hausbesitzer aber zusätzlich investieren. Wie sich die Preissignale der Energieversorger, also ein Smart-Grid-Betrieb, auf die Betriebskosten auswirken, bleibt abzuwarten.
Wer Betriebskosten einsparen will, der sollte sich jedoch die Liste der Wärmepumpen mit Prüf- und Effizienznachweis des Bundesamtes für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle genauer ansehen. Dort sind beispielsweise die Wirkungsgrade von Luft/Wasser-Wärmepumpen aufgelistet – mit auffällig großen Bandbreiten. Beim Betriebspunkt A2/W35 liegen die COP von förderfähigen Wärmepumpen zwischen 3,1 und 4,7. Es spielt also eine große Rolle, ob ich eine Wärmepumpe wähle, die dem aktuellen Effizienzstandard entspricht oder eine Wärmepumpe, die womöglich vor 20 Jahren entwickelt wurde. Dazwischen liegen vier bis fünf Technologiesprünge. Wichtig ist, dass sich Planungs- und Fachunternehmen für die insgesamt effizientere Wärmepumpe entscheiden.
Verträgt unser Stromnetz den gleichzeitigen Ausbau der Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge und den für Wärmepumpen?
Bei der Bereitstellung der Strommenge sehe ich in absehbarer Zeit kein Problem. Die Herausforderungen liegen eher bei der Bereitstellung der Leistung für die Ladestationen. Nüchtern betrachtet liegen die Anschlussleistungen einer Hauswärmepumpe in der Größenordnung eines Wasserkochers. Wir reden also über zwei bis drei Kilowatt. Für die Beladung eines Elektroautos innerhalb einer akzeptablen Zeit benötigt man mindestens die zehnfache Leistung. Am elegantesten lässt sich das Problem der Netzstabilisierung mittels intelligenter Netze lösen. Die Netzdienlichkeit von Wärmepumpenanlagen wird deshalb künftig eine größere Rolle spielen. Umgekehrt könnten Elektrofahrzeuge durch eine bidirektionale Lademöglichkeit auch Strom an das Netz abgeben. Das ist technisch machbar. Die Hürden liegen hier eher auf der regulatorischen Seite.
Die Herausforderungen sehe ich darin, das Ganze im Sinne der Beteiligten, also der Wärmepumpenbesitzer, Elektroautobesitzer und Stromversorger, zu steuern. Solange die Stromversorger in der bidirektionalen Lademöglichkeit kein Geschäftsmodell sehen, wird es regulatorische Hemmnisse geben. Die Smart-Grid-Ready-Wärmepumpe gibt es seit über elf Jahren, aber bisher verhindern die energiewirtschaftlichen Rahmenbedingungen eine smarte Netzeinbindung.
Die Betreiber von Wärmepumpenanlagen müssen sich künftig womöglich auf mehr oder weniger lange Betriebsunterbrechungen einstellen. Welche Art von Speichermöglichkeiten sollte man bereits bei der Planung berücksichtigen?
Grundsätzlich gilt: Je besser ein Gebäude gedämmt ist, desto länger kann eine Unterbrechung dauern. Einige Zeit ohne Heizung wird in einem Gebäude mit Fußbodenheizung, nach aktuellem Dämmstandard errichtet und bei durchschnittlichen Außentemperaturen, oft erst nach etwa vier bis sechs Stunden bemerkt. Meistens macht sich die Unterbrechung des Wärmepumpenbetriebs zuerst beim Warmwasser bemerkbar. Die Erfahrung zeigt, dass die Nutzung der Speichermasse des Gebäudes bedeutend effizienter ist als der Einbau eines Wasserspeichers, der ja auch Platz benötigt und typische Speicherverluste aufweist. Etwa 30 Prozent der Wärmepumpenanlagen, die ihren Strom von PV-Anlagen beziehen, sind bereits mit Elektrospeicher ausgerüstet. Zumeist sind sie in den netzdienlichen Betrieb integriert und werden entsprechend bewirtschaftet. Stromspeicher sind allerdings noch teuer, aber man kann davon ausgehen, dass die Preise sinken. Hinzu kommen preisgünstige Second-Life-Batterien aus Elektrofahrzeugen, die im Rahmen des Recyclings nach einer definierten Gebrauchsdauer in stationäre Energiespeicher verbaut werden. Diese haben meist noch 80 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität und sind damit für Gebäude bestens geeignet.
Müssen Wärmepumpen aufgrund einer vom Versorger geforderten netzdienlichen Betriebsweise künftig größer dimensioniert werden, um die Wärmedefizite wieder auszugleichen?
Bei invertergeregelten Wärmepumpen ist meist genügend Leistungsreserve vorhanden, um Wärmedefizite auszugleichen. Bei Mehrfamilienhäusern ist es sinnvoll, die Auswirkungen eines möglichen netzdienlichen Betriebs im Modell nachzubilden. Ob eine Überdimensionierung notwendig ist, hängt von mehreren Variablen ab, besonders wenn zusätzlich PV-Strom und Speicherbatterien genutzt werden.
Wie sehen Sie den Wettbewerb zwischen der Wärmepumpe und bestehenden Gas-Heizungsanlagen, die möglicherweise künftig mit einem Erdgas-Wasserstoff-Gemisch beheizt werden?
Das ist ein sehr umfangreiches Thema. Es gibt große Unternehmen, die in dieser Art der Heizung eine Zukunft sehen. Ich sehe das eher kritisch. Wenn jetzt Wasserstoff-Ready-Heizkessel eingebaut werden, dann gehe ich davon aus, dass diese in den nächsten 20 Jahren nur mit Erdgas betrieben werden, da der zur Verfügung stehende Wasserstoff von anderen Wirtschaftsbereichen dringend benötigt wird, beispielsweise von der Chemie-, der Stahl- oder der Zementindustrie. Es ist meiner Ansicht nach eine Illusion, dass genügend grüner Wasserstoff produziert wird, um damit auch Hausheizungen zu versorgen.
Rein nach der Effizienz betrachtet ist die Wärmepumpe einem Wasserstoff-Heizgerät haushoch überlegen. Um ein Haus mit Wasserstoff zu beheizen, benötigt man sechs- bis achtmal mehr Primärenergie. Die Ergebnisse von Metastudien deuten darauf hin, dass nicht mehr als 20 Prozent unseres Energiebedarfs künftig mit Wasserstoff abgedeckt werden kann.
Die Gefahr der heutigen Wasserstoffstrategie liegt darin, dass sich viele Branchen auf grünen Wasserstoff verlassen und dringend notwendige Sanierungen und Modernisierungen, beispielsweise im Gebäudebereich, unterlassen werden. Wasserstoff in größeren Mengen steht frühestens in zwanzig Jahren zur Verfügung. So lange dürfen wir mit der energetischen Gebäudesanierung nicht warten.
