Auch Wärmepumpen werden weiter gefördert. Wir ergänzen die Förderung jedoch um eine zusätzliche ökologische Komponente:
Es werden zukünftig solche Anlagen gefördert, die mit regenerativ erzeugten Strom betrieben werden.

Dies klingt auf den ersten Blick als ein wichtiger Beitrag zum Umweltschutz, ist jedoch im Grunde genommen das Ende der bisherigen Wärmepumpenförderung des BMWi, da nur noch Anlagen gefördert werden, die mit dem im Vergleich zum bisherigen "Wärmepumpenstrom" der EVUs um den Faktor drei teueren, regenerativ erzeugten Strom betrieben werden müssen. Damit ist die Wirtschaftlichkeit dieser energiesparenden und umweltfreundlichen Technologie, letztlich der eigentliche Sinn des Förderprogramms, wieder in die weite Ferne gerückt.

Damit wird jedoch die seit 1994 eingeleitete Renaissance der Wärmepumpe in Frage gestellt, die gerade durch das bisherige Programm des Bundesministeriums für Wirtschaft zur Förderung erneuerbarer Energien, aber auch die Förderprogramme der Länder und der Energieversorgungsunternehmen, ihren Anfang nahm.

Die 1998 in Deutschland insgesamt installierten ca. 4.500 elektrischen Heizungswärmepumpen entsprachen einer Gesamtinvestition von ca. 125 Millionen DM, die der Wärmepumpenindustrie einen wesentlichen wirtschaftlichen Aufschwung erbracht und die Möglichkeiten für eine kostengünstigere Serienfertigung eröffnet haben. So sind im "Initiativkreis Wärmepumpen - IWP e.V." zur Zeit bereits wieder 28 Firmen Mitglied, die heute Heizungswärmepumpen in Deutschland herstellen oder vertreiben.

Damit ist jedoch noch lange nicht der Stand der Anwendung nach den beiden Ölkrisen 1973 und 1979 erreicht, mit jeweils mehr als 10.000 installierten Heizungswärmepumpen in den Jahren 1980 und 1981.

Bekanntlich bietet nur das thermodynamische Heizen mit Wärmepumpen die einfach zu verwirklichende Möglichkeit, den sich ständig erneuerbaren Vorrat an innerer Energie der Umgebung und die bei vielen technischen Prozessen entstehende Abwärme niedriger Temperatur nutzbar zu machen. Damit trägt es zu einer Senkung des fossilen Energieverbrauchs bei der Wärmeerzeugung und damit zur Minderung der CO2-Emissionen beim Heizen von Gebäuden und bei der Warmwassererzeugung bei.

Mit dem Anteil des Raum- und Prozesswärmebedarfs von ca. 60 % am gesamten Endenergieverbrauch in Deutschland, der zu mehr als 85 % von fossilen, weitgehend importierten Brennstoffen abhängt, wird das große Energieeinsparpotential der Wärmepumpen deutlich.

2. Thermodynamisches Heizen mit Wärmepumpen

Bei den thermodynamischen Zusammenhängen zeigt sich, daß die Effektivität der Wärmepumpe insbesondere von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und –senke abhängt. Der Wärmequelle fällt damit eine besondere Bedeutung für den energie-effizienten und wirtschaftlichen Einsatz der Wärmepumpe zu. Für die Nutzung von Heizungswärmepumpen stehen vor allem die Wärmequellen Erdreich, Wasser und Umgebungsluft zur Verfügung.

Die Nutzung des Erdreichs als Wärmequelle mit Hilfe von horizontalen Flachkollektoren und vertikalen Erdsonden hat in den letzten Jahren ständig an Bedeutung gewonnen. So wurden fast 60 % der 1998 installierten Wärmepumpen monovalent mit der Wärmequelle Erdreich ausgestattet. Da bei Neubauten aus Platzgründen horizontal verlegte Wärmeerzeuger oft nicht möglich sind, werden heute zunehmend vertikale Erdsonden mit Tiefen von 30 bis 100 m eingesetzt.

Gerade in der letzten Zeit sind jedoch Probleme bei der Genehmigung von Erd-sonden in Regionen mit begrenzten Erfahrungen mit Wärmepumpen aufgetreten. Die Gründe sind mangelnde Kenntnisse der zuständigen Behörden, fehlende einheitliche Richtlinien für Genehmigungsverfahren aber auch die persönliche Einstellung des Genehmigungsbeamten. Die neuen VDI-Richtlinien 4640 [5] haben sich zum Ziel gesetzt, vom erreichten Stand der Technik ausgehend eine korrekte Auslegung, geeignete Materialwahl und richtige Ausführung des Untergrunds sicherzustellen, sie sind jedoch nur bedingt als Richtlinie für die Genehmigungsverfahren geeignet.

Grundwasser-Wärmepumpen sind zwar wegen der nahezu konstanten Wassertemperaturen über das gesamte Jahr aus energetischen Gründen besonders günstig. Die Zuverlässigkeit der Wärmequelle ist jedoch wegen unzureichender Wasserqualität häufig ungenügend. Auch wird die Genehmigung bei den zuständigen Wasserwirtschaftsbehörden für die Entnahme und Wiedereinleitung von Grundwasser für Heizzwecke zunehmend verweigert.

Die Außenluft bietet sich als überall verfügbare, leicht nutzbare und preiswerteste Wärmequelle für Wärmepumpen an. Auf Grund der jahreszeitlich unterschiedlichen Außentemperaturen wurde ihre Nutzung bisher in der Regel mit einem weiteren Wärmeerzeuger kombiniert (bivalente oder monoenergetische Systeme).

Bei den gegenwärtigen Energiepreisen bieten jedoch bivalente Wärmepumpensysteme im Vergleich zu konventionellen Heizungsanlagen in den meisten Fällen keine Kostenvorteile. Für den möglichen zukünftigen Einsatz wirtschaftlicher monovalenter Luft/Wasser-Wärmepumpen sind neben der Nutzung von Abluft mit ganzjähriger Verfügbarkeit und dem Einsatz intelligenter Regelungen u.a. die Entwicklung von drehzahlgeregelten Verdichtern und mehrstufige Systeme von Bedeutung.

Ohne Frage haben "steckerfertige" Luft/Wasser-Wärmepumpen langfristig die besten Marktchancen für einen wirtschaftlichen Einsatz. Natürlich ist hier noch zusätzlicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf erforderlich. Dies gilt vor allem für die Modernisierung von Heizungsanlagen im Gebäudebestand, der mit ca. 30 Millionen Wohnungen einen entscheidenden Beitrag zur Erreichung der vorgegebenen CO2-Emissionen in der Zukunft leisten muß.

3. Energieeinsparung und Umweltaspekte

Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb der Wärmepumpe ist ein niedrigerer  Energieverbrauch im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen, da sich nur so die vergleichsweise hohen Investitionen in einer vertretbaren Zeit durch geringere Betriebskosten amortisieren und gleichzeitig durch die entsprechende Minderung der Treibhausgase, vor allem CO2, eine spürbare Entlastung für die Umwelt erreicht wird.

Da für Wärmepumpen und konventionelle Wärmeerzeuger unterschiedliche Endenergieträger eingesetzt werden, müssen für einen energetischen Vergleich unterschiedliche Faktoren berücksichtigt werden. Darüber hinaus sollte für eine vergleichende Betrachtung die gesamte Kette der Energieübertragung von der Primärenergiegewinnung bis zur Nutzwärme einbezogen werden.

Unter Berücksichtigung der oben erwähnten Rahmenbedingungen wurden in einer Studie des IZW e.V. moderne Heizungssysteme im Hinblick auf den Primärenergiebedarf und die Treibhausgasemissionen untersucht [6]. Es wurden dazu Meßdaten der energetischen Eigenschaften von Wärmepumpenanlagen gesammelt und ausgewertet. In einer parallel erstellten Studie [7] wurden aktualisierte Basisdaten für Endenergien der Heizungssysteme bestimmt, die in einem sogenannten IZW-Datensatz zusammengefaßt wurden. Auf der Basis dieses Datensatzes wurden mit dem Programm GEMIS 3.08 [8] Variantenrechnungen zum Primärenergiebedarf und den Treibhausgasemissionen durchgeführt.

Die Aussage des Bundeswirtschaftsministers in der oben zitierten Pressekonferenz

Die zur Verfügung stehenden Mittel werden jetzt gezielt für neue umweltfreundliche Konzepte der Wärmepumpennutzung eingesetzt

stimmt zwar insofern, dass Wärmepumpen, die mit regenerativen Strom angetrieben werden, nur sehr geringe, nur aus der Vorkette stammende CO2-Emissionen haben, jedoch wirtschaftlich nicht konkurrenzfähig sind.

Für eine objektive Bewertung der Wärmepumpe muß natürlich auch der negative Einfluß möglicher Arbeitsmittel-Emissionen bedacht werden. Der Kältemittelkreis ist zwar ein geschlossenes System, es ist aber nicht auszuschließen, daß im Falle einer Leckage oder auch im Servicefall Arbeitsmittel austritt. Hierbei sind die mögliche Menge und die unterschiedliche klimarelevante (GWP = Global-Warming-Potential) und ozonabbauende (ODP = Ozone-Depleting-Potential) Wirkung der Arbeitsmittel zu betrachten.

Durch verbesserte Servicemaßnahmen, Rückgewinnung von Arbeitsmitteln, umweltgerechte Entsorgung von Altanlagen aber vor allem gezielte Maßnahmen der Hersteller zur Verbesserung der Dichtigkeit von Anlagen, kann man davon ausgehen, dass der direkte Beitrag der Arbeitsmittel zum Treibhauseffekt praktisch vernachlässigbar ist. Schließlich ist die Minderung des Ozonabbaus in der Stratosphäre in Deutschland durch die FCKW-Halon-Verbotsverordnung eindeutig geregelt.

Weltweit werden heute vor allem die Gemische  R407C und R410A eingesetzt. Ammoniak mit den heute üblichen Wassergehalten ist aus wirtschaftlichen Gründen nur in Großwärmepumpen einsetzbar und für den Einsatz von CO2 als Kältemittel besteht noch erheblicher Forschungs- und Entwicklungsbedarf. Die bisherigen Ergebnisse sind jedoch vielversprechend für einen zukünftigen Einsatz in Wärmepumpen.

Auf Grund des Verbots von R22 ab dem 01.01.2000 in Neuanlagen wurden in Deutschland schon frühzeitig Kohlenwasserstoffe, vor allem Propan (R290) und Propen (R1270) kommerziell als Kältemittel eingesetzt. Einziger Nachteil ist die Brennbarkeit. Die sicherheitstechnischen Anforderungen (UVV-VBG 20; DIN 7003; DIN-EN 378-3) wurden von den Herstellern in entsprechende Sicherheitsmaßnahmen umgesetzt, die ein Sicherheitsrisiko bei sachgemäßer Installation und Betriebsweise praktisch ausschließen. Nachdem in der letzten Zeit führende Hersteller in den USA aus Haftungsgründen die Lieferung von Verdichtern mit Kohlenwasserstoffen verweigert haben, muß man langfristig den Einsatz dieser thermodynamisch hervorragenden und umweltverträglichen Kältemittel in Frage stellen.

4. Wirtschaftlichkeit

Allgemein verbindliche Angaben über die Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpenanlagen im Vergleich zu konventionellen Heizungssystemen sind nicht möglich, da vor allem die Erschließungskosten der Wärmequelle von einer Vielzahl von Parametern und den örtlichen Gegebenheiten abhängen aber auch von den Anforderungen der Bauherren und den individuellen Angeboten bestimmt werden.

Von entscheidender Bedeutung für die Wirtschaftlichkeit sind deshalb die tariflichen Sonderabkommen der überregionalen und regionalen Energieversorgungs-unternehmen sowie Stadtwerke. So bieten gegenwärtig rund 250 EVUs und Stadt-werke Sondertarife für elektrische Wärmepumpen mit mittleren Strompreisen zwischen 9 und 12 Pf/kWh an. Wie sich diese Sonderabkommen mit der zunehmenden Liberalisierung des Strommarktes und den damit verbundenen Kostensenkungen entwickeln werden, ist im Augenblick nur schwer abzuschätzen.

Die Aussage von Herrn Wirtschaftsminister Müller auf der Pressekonferenz:

Im Vergleich zu den anderen erneuerbaren Technologien sind diese Anlagen schon sehr nahe an der Wirtschaftlichkeit, zumal viele Versorger hier besonders günstige Stromtarife anbieten.

ist auf Grund der Bemühungen der Hersteller und vor allem durch die von der Mehrheit der Stromversorger angebotenen Sondertarife für elektrische Wärmepumpen zum Teil richtig. Für den endgültigen wirtschaftlichen Durchbruch sind jedoch noch weitere, zeitlich begrenzte Investititionshilfen erforderlich.

So war mit den geplanten und bisher vom Bund geförderten, steigenden Marktanteilen der umweltfreundlichen und energie-effizienten Wärmepumpe durch Serienfertigung von Komponenten und Anlagen, Standardisierung der Wärmequellenerschließung und Erfahrungen bei der Installation der Anlagen eine Verringerung der Investitionskosten und eine Verbesserung der Konkurrenzfähigkeit gegenüber konventionellen Heizungssystemen voraussehbar.

Eine Förderung, die an regenerativen Strom mit Preisen bis 40 Pf/kWh gebunden ist schliesst den Bezug des billigen "Wärmepumpenstroms" aus und ist somit unwirtschaftlicher als eine frei finanzierte Wärmepumpe.

Es ist zu hoffen, dass mit dem hohen Standard der Wärmepumpenindustrie, der Forschung und Entwicklung und dem zunehmenden Umweltbewußtsein der Bevölkerung auch ohne Förderung des Bundes die Wärmepumpe in der Zukunft einen entscheidenden Beitrag zur Einsparung importierter fossiler Energie und zur Minderung der Treibhausgasemissionen leisten kann.

Literatur

[1] Fraunhofer-Institut für Systemtechnik und Innovationsforschung: Evaluierung der Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien durch das Bundesministerium für Wirtschaft (1994 – 1998); Studie für das Bundesministerium für Wirtschaft, Endbericht, Karlsruhe, Januar 1999

[2] VDEW: Ergebnisse der Erhebung über elektrische Wärmepumpen zur Raumheizung 1998, 10. August 1999

[3] Initiativkreis WärmePumpe (IWP) e.V., München

[4] Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi): Erneuerbare Energien verstärkt nutzen. E. Umweltwärme – Die Wärmepumpe pumpt viel Energie, BMWi, 2. Auflage, Oktober 1994, S.88-99

[5] VDI-Richtlinien: Thermische Nutzung des Untergrundes, Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen. VDI 4640 (Entwurf) Februar 1998

[6] Heidelck, R; Laue, H.J.: Untersuchung von Praxisdaten zum Primärenergie-bedarf und den Treibhausgasemissionen von modernen Wärmepumpen.
 Fachinformationszentrum Karlsruhe – IZW, April 1999, IZW-Bericht 2/99

[7] Heidelck, R; Laue, H.J.: Aktualisierung der Basisdaten für den Primärenergiebedarf und die Treibhausgasemissionen im Gebäudesektor zur ganzheitlichen Bewertung verschiedener Heizungssysteme.
Fachinformationszentrum Karlsruhe – IZW, April 1999, IZW-Bericht 1/99

[8] Öko-Institut, Gesamthochschule Kassel: GEMIS – Gesamt-Emissions-Modell integrierter Systeme, Version 3.08. Hessisches Ministerium für Umwelt, Energie, Jugend und Familie, 1998