Fossile Abhängigkeit reduzieren durch Wechsel zur Wärmepumpe – Praxistest aus NRW

Familie Krüger aus Wermelskirchen in Nordrhein-Westfalen entschied sich im Herbst 2020 dazu, ihre Gastherme gegen eine Wärmepumpe zu tauschen. Ziel war es, ihre fossile Abhängigkeit weiter zu reduzieren und das Klima weniger zu belasten. Es folgten zunächst Testversuche mit niedriger Vorlauftemperatur, bevor die eigene Wärmepumpe im Februar 2022 in Betrieb genommen wurde.

WärmepumpenCheck

Wärmepumpe von Familie Krüger: Daten und Kennzahlen

Wermelskirchen, 2020. Es ist September, die kommende Heizperiode steht kurz bevor. Bei der regelmäßigen Wartung der Gastherme bei Familie Krüger zeigt sich, dass die Heizung aufgrund von Rost nicht mehr vollständig dicht ist. Daher muss sie mehrmals wöchentlich mit neuem Wasser befüllt werden. Durch den Defekt ist klar: Die Gasheizung muss zeitnah ausgetauscht werden.

Der Wunsch nach einer klimafreundlichen Heizung

Im Laufe der letzten Jahre entwickelte sich bei Familie Krüger immer stärker der Anspruch, auf fossile Energieträger zu verzichten und damit den Klimaschutz zu unterstützen. Deshalb installierten sie im Jahr 2019 eine Photovoltaikanlage und tauschten den Benziner gegen ein Elektroauto aus.

„Nur die Heizung benötigte noch Gas. Ein fossiler Stoff, der wie alle fossilen Brennstoffe besser in der Erde bleiben sollte“, sagt Cornelia Krüger. Der Gedanke, auch die eigene Heizung ohne fossile Energieträger zu betreiben, motivierte die vierköpfige Familie. So startete sie die Informationssuche zum Thema Wärmepumpen.

Wärmepumpe und Heizkörper

Wärmepumpen werden am effizientesten mit Flächenheizungen wie einer Fußbodenheizung betrieben. Denn diese können aufgrund ihrer großen Heizfläche mit niedrigeren Vorlauftemperaturen von unter 35 Grad arbeiten. Allerdings können auch gewöhnliche Heizkörper je nach Größe für niedrige Vorlauftemperaturen geeignet sein.

Testversuch mit niedriger Vorlauftemperatur

Dies veranlasste sie zu einem eigenen Testversuch. Ziel war es herauszufinden, ob das Haus bereits unter den aktuellen Voraussetzungen mit einer Vorlauftemperatur von 35 Grad beheizt werden konnte. Das Ergebnis erfreute die Familie: Durch den bereits bestehenden energetischen Standard konnten sie ihr Zuhause auch mit der niedrigen Vorlauftemperatur angenehm warm halten.

Einem energie- und kosteneffizienten Einsatz der Wärmepumpe sollte damit nichts mehr im Wege stehen. Auch ein Austausch der Heizkörper war nicht nötig, wie der Testversuch zeigte.

Planung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe mit natürlichem Kältemittel

Nach Gesprächen mit dem Heizungsbauer fiel die Wahl auf eine Luft-Wasser-Wärmepumpe in Monoblock-Bauweise. Um eine ganzheitlich klima- und umweltfreundliche Wärmepumpe zu haben, hat sich Familie Krüger für das natürliche Kältemittel Propan (R290) entschieden.

Der Aufstellungsort der Wärmepumpe im Vorgarten wurde zusammen mit dem Heizungsbauer mit viel Bedacht auf Nachbar*innen, Natur und den Installationsaufwand gewählt.

Etwa 60 Zentimeter trennen die Wärmepumpe vom Gebäude. Um die Übertragung von eventuell auftretenden Vibrationen der Wärmepumpe ins Haus von vornherein zu minimieren, wurde die Verrohrung zum Haus mit flexiblen Anschlussrohren entkoppelt. Die Wärmepumpe wurde auf zwei Streifenfundamente aus Beton gestellt. Das umgebende Schotterbett ermöglicht den Abfluss von Kondenswasser.

Wärmepumpe, Photovoltaik & Elektromobilität

Mithilfe der auf dem Dach installierten Photovoltaikanlage produzierte die Familie seit 2019 eine beachtliche Menge Strom im Jahr. Bisher konnte von Februar/März bis September/Oktober der überwiegende Strombedarf des Gebäudes sowie des Elektroautos gedeckt werden. Der überschüssige Strom wurde gegen eine Vergütung ins Stromnetz eingespeist.

Speicher für spätere Nutzung des Stroms

Trotz des Betriebs der Wärmepumpe ist davon auszugehen, dass auch künftig mehr Strom erzeugt wird, als die Familie selbst benötigt – zumindest während der sonnenreichen Monate. Zudem plant Familie Krüger seit März 2022 die Einbindung eines Stromspeichers in das bisherige System von Photovoltaik, Wärmepumpe und Elektroauto. Damit können sie den Eigenverbrauch ihres Stroms weiter erhöhen.

Herausforderungen im Planungsprozess

Zu Beginn der Heizsaison 2021/2022 stand die Familie mit einer teils defekten Gastherme vor der generellen Herausforderung, zeitnah die Angebote zu sondieren und eine Entscheidung zu fällen. Denn sie musste jeden Tag damit rechnen, dass die Heizung komplett ausfällt. Aufgrund von langen Liefer- und Wartezeiten bei einzelnen Komponenten der Wärmepumpe, insbesondere des Ventilators, musste sich die Familie jedoch noch drei Monate nach Zusage des Angebots gedulden. Glücklicherweise hielt die Gastherme noch bis zu ihrem Austausch gegen eine Wärmepumpe durch, sodass Familie Krüger den Winter nicht ohne Heizung überbrücken musste.

Verlegung der Speicher

Mit dem Wechsel hin zur Wärmepumpe brauchten der Puffer- sowie Warmwasserspeicher einen neuen Stellplatz im Haus. Familie Krüger verlegte sie vom Dachboden in den Hauswirtschaftsraum. So konnten sie die Rohrverbindungen zur Wärmepumpe so kurz wie möglich halten.

Integration ins Smart-Home-System

Auch die Integration der Wärmepumpe in das bereits bestehende Smart Home-System für Monitoring und Steuerung stellte die Familie vor eine kleine Herausforderung. Denn die Wärmepumpe kann in der geplanten Konstellation keine direkte Wärmeanforderung von anderen Systemen verarbeiten.

Die Lösung hierfür ist zunächst ein Kompromiss: Die Wärmepumpe ermittelt den Wärmebedarf anhand von theoretischen Werten, basierend auf Rücklauftemperatur und Außentemperatur, und steuert daraufhin die Leistung. Die indirekte Steuerung vom Smart Home über die Änderung der Solltemperaturen in der Steuerung der Wärmepumpe wird nach und nach umgesetzt.

Inbetriebnahme der Wärmepumpe

Anfang Februar 2022 freute sich Familie Krüger sehr über die Installation und Inbetriebnahme ihrer neuen Heizung. Bis die Wärmepumpe final in Betrieb gehen konnte, waren mehrere Zwischenschritte notwendig:

• Erweiterung der Elektroinstallation und des Zählerschrankes
• Aufstellung der neuen Puffer- und Warmwasserspeicher im Hauswirtschaftsraum
• Aufstellung der Wärmepumpe auf die vorbereiteten Fundamente im Vorgarten
• Durchführung der eigentlichen Installation und Anschluss der beiden Speicher
• Stilllegung des Gasanschlusses durch das Gasversorgungsunternehmen
• Anbringung des Außenfühlers zur Außentemperaturmessung, mithilfe dessen die Wärmepumpe den Wärmebedarf regelt
• Integration der Wärmepumpensteuerung in das lokale Netzwerk für das Monitoring, die Anbindung an das Smart Home und den optionalen Remotezugang

Der Betrieb der Wärmepumpe wird seit der Installation kontinuierlich von Familie Krüger überwacht und ausgewertet. Für ein genaues Monitoring wurden neben dem Wärmemengen- und Wirkenergiezähler auch drei weitere Stromzähler installiert. Genaue Informationen zu Verbrauchsdaten und Effizienz der Wärmepumpe werden im weiteren Zeitverlauf veröffentlicht.

Heizen mit der Energie der Sonne

Familie Krüger ist mit ihrer Wärmepumpe bisher sehr zufrieden und freut sich darüber, ihren selbst produzierten Strom jetzt nicht nur für das Elektroauto, sondern auch zum Heizen nutzen zu können. „Wir fühlen uns sehr wohl mit der Wärmepumpenheizung und dem E-Auto. In diesen Tagen kommt der Strom dafür fast ausschließlich von der Sonne und wir heizen und fahren Putin-neutral“, sagt Carsten Krüger.

Andere Haushalte zum klimafreundlichen Heizen motivieren

Zudem bekommen sie viele Anfragen von Nachbar*innen und Freund*innen zu ihrer Wärmepumpe und hoffen, auch andere Haushalte zum klimafreundlichen Heizen motivieren zu können. „Immer wieder führen wir Gespräche auf der Straße, werden angesprochen oder angerufen. Meistens kommen Fragen zur Funktion der Heizung, wer sie eingebaut hat und ob wir eine Fußbodenheizung haben“, sagt Cornelia Krüger. „Aber auch Fragen zu den Anschaffungs- und Unterhaltskosten für das gesamte System von Photovoltaikanlage, Elektroauto und Wärmepumpe.“

Auswertung 2022/2023: Monitoring bestätigt effizienten Wärmepumpenbetrieb

Seit Beginn des Wärmepumpenbetriebs überprüft Familie Krüger den Betrieb der Heiztechnologie auf deren Effizienz. Mit einem Betrieb von über einem Jahr sind die Monitoring-Daten aussagekräftig und bestätigen: Die Wärmepumpe arbeitet effizient und führt zu Einsparungen der Energiekosten.

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe selbst beträgt nach 14 Monaten 3,83. Diese Zahl beinhaltet die Effizienz des Verdichters der Wärmepumpe – dieser sorgt dafür, dass das Kältemittel komprimiert wird.

Aufgrund der von der Familie zusätzlich angebrachten Stromzähler für Steuerung, Umwälzpumpen und Zusatzheizung in Form des Heizstabs kann die gesamte Jahresarbeitszahl ebenfalls bestimmt werden. Die JAZ gesamt liegt bei 3,12. Damit können aus einer Stromeinheit über drei Wärmeeinheiten erzeugt werden.

Der Vergleich beider Jahresarbeitszahlen zeigt auf, dass in dem Fall der Familie Krüger die JAZ für das gesamte Heizsystem etwas geringer ist als die JAZ der Wärmepumpe selbst. Dennoch zeigt sich, dass der größte Teil des Energieverbrauchs (82 Prozent) von der Wärmepumpe selbst kommt. Die JAZ der Wärmepumpe selbst kann deshalb als relevante Kennzahl betrachtet werden, wie effizient das gesamte System betrieben wird, auch wenn andere Energieverbräuche im Augen behalten werden müssen.

Der Heizstab lief bei Familie Krüger innerhalb 14 Monate nur eine Woche und beeinflusste den Energieverbrauch um 7 Prozent. Hier bestätigt sich: Wenn die Wärmepumpe gut geplant und eingestellt wird, kann diese effizient betrieben werden – ohne dass der Heizstab den Energieverbrauch beträchtlich in die Höhe treibt. Die gute Effizienz der Wärmepumpe macht sich auch bei der Familie mit Blick auf die Energiekosten bezahlt:

Damit zeigt sich, dass die Familie monatlich knapp 80 Euro an Energiekosten spart¹  . Da zukünftig fossiles Heizen durch einen steigenden CO₂-Preis weiter teurer wird, kann davon ausgegangen werden, dass sich die Differenz sogar noch erhöhen wird.

Überblick über Investitionskosten

Natürlich spielen auch Investitionskosten für Leute eine Rolle, die auf die Wärmepumpe wechseln wollen. Die Familie hatte Gesamtinvestitionskosten von 29.670 Euro, abzüglich der Förderung von 10.385 Euro musste die Familie noch 19.285 Euro selbst zahlen. Die Kosten können inkl. Mehrwertsteuer wie folgt aufgeschlüsselt werden:

• Wärmepumpe inkl. Zubehör (Wirkenergiezähler, Wärmemesseinrichtung, Schutzgitter, Heizungsbausatz, Elektronacherhitzer, Wärmepumpenheizungsset, gedämmte Anschlussrohre im Außenbereich): 20.200 €
• Puffer- und Wärmespeicher inkl. Rohre: 5.330 €
• Installationskosten für Wärmepumpe und Speicher: 4.140 €

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¹Annahmen zu Energiekosten:
 Gaspreis: 10 ct/kWh brutto (aktueller mittlerer Preis für Neukund*innen in diesem Ort) mit jährlichem durchschnittlichen Verbrauch von 15.588 kWh (tatsächlicher durchschnittlicher Verbrauch vor Installation der Wärmepumpe) + 108 Euro jährlicher Grundpreis brutto + 125 Euro jährlich für Wartung und Schornsteinfeger
Stromkosten: 32,45 ct/kWh brutto + 13,97 Euro monatlicher Grundpreis brutto Tatsächlicher durchschnittlicher Stromverbrauch des Haushalts in den Jahren 2020/2021 mit zwei E-Autos (Netzbezug, ohne Eigenverbrauch PV-Anlage von 2475 kWh): 3.435 kWh
Selbst prognostizierter Stromverbrauch des Haushalts für das Jahr 2023 mit Wärmepumpe und zwei E-Autos (Netzbezug, ohne Eigenverbrauch PV-Anlage von 3500 kWh): 5.800 kWh