Wärmepumpen im Bestand

Wie hoch ist die Einsparung an CO₂-Emissionen durch Wärmepumpen im Vergleich zu einer Gasheizung?

Um die Folgen des Klimawandels abzumildern ist eine drastische Absenkung der CO₂-Emissionen unabdingbar. Im Rahmen des „European Green Deal“ wurden vor kurzem die europäischen Reduktionsziele von 40 % auf 55 % bis 2030 verschärft. Aktuellen Studien zufolge ist auch in Deutschland eine Verringerung der Treibhausgasemissionen um 65 % bis 2030 erforderlich, um das Ziel der Klimaneutralität bis 2050 erreichen zu können.

Die Dekarbonisierung der Wärmeversorgung von Gebäuden ist ein zentraler Hebel, um diese Reduktionsziele zu erreichen. Dafür ist auch im Gebäudebestand neben der Verbesserung der Sanierung der Gebäudehüllen – und damit der Absenkung des Wärmebedarfs – die möglichst zügige Umstellung der Wärmeversorgung auf Technologien, die möglichst wenig CO₂-Emissionen verursachen und perspektivisch klimaneutral sind, notwendig.

Wärmepumpen sind technologisch ausgereift und können schon heute in großer Breite Heizungssysteme ersetzen, die auf fossilen Brennstoffen basieren (wie Erdgas oder Heizöl). Aus diesem Grund gelten Wärmepumpen als ein zentraler Baustein für ein zukünftiges, klimaneutrales Energiesystem.

Die CO₂-Einsparung durch den Einsatz elektrisch betriebener Wärmepumpen hängt von zwei Faktoren ab: Der CO₂-Intensität des Stroms und der Effizienz der Wärmepumpe. Der erste Faktor gibt an, wie „sauber“ die elektrische Energie erzeugt wird, d.h. wie viel Gramm Kohlendioxid bei der Bereitstellung einer Kilowattstunde Strom emittiert werden. Dieser Wert variiert zwar zwischen unterschiedlichen Regionen und im zeitlichen Verlauf. Es lassen sich aber aussagekräftige Mittelwerte angeben. Laut Umweltbundesamt sank durch den Zubau von Wind und Photovoltaik und den damit verbundenen Rückgang der Kohleverstromung der spezifische Emissionsfaktor für den deutschen Strommix in den Jahren 1990 bis 2019 von 764g CO₂/kWh auf 401g CO₂/kWh, für 2019 basierend auf vorläufigen und geschätzten Daten. Im Jahr 2020 hat der erneuerbare Anteil bei der Stromerzeugung erstmals die 50% Marke überschritten. Der Trend zu sauberem Strom setzt sich also fort. Zum Vergleich: der Mittelwert für die EU28 Länder liegt bereits unter 300g CO₂/kWh.

Die Grafik zeigt die CO₂-Emissionsminderungen von Wärmepumpen in Abhängigkeit von ihrer Effizienz verglichen mit den Emissionen eines Gaskessels unterstützt von einer thermischen Solaranlage für die Warmwasserbereitung. Als Bilanzraum wurde Deutschland im Jahr 2019 sowie 2030 gewählt.

Mit den für die Berechnung zugrunde gelegten Werten erreicht eine Wärmepumpe im Beispiel „Deutschland 2019“ eine CO₂-Minderung ab einer Effizienz von 1,7. Im Vergleich dazu liegen die Effizienz-Mittelwerte der Luft- bzw. Erdreichwärmepumpen aus dem Feldversuch im Gebäudebestand mit 3,1 bzw. 4,1 deutlich darüber (s. Teil 2 in KKA 4/2021://t1p.de/0qj5c:https://t1p.de/0qj5c). Die CO₂-Einsparungen liegen bei über 44 % bzw. 58 %. Die Wärmepumpen sparen demnach schon heute in etwa die Hälfte an CO₂-Emissionen gegenüber einer Gasheizung ein. Selbst die Luftwärmepumpen mit dem schlechtesten Jahresergebnis von 2,5 erreichten immer noch eine CO₂-Ersparnis von 33 %. Eine aktuelle Auswertung von Luftwärmepumpen (s. Teil 2 in KKA 4/2021: //t1p.de/0qj5c:https://t1p.de/0qj5c) für die zwei kalten Februarwochen dieses Jahres hat eine mittlere Effizienz der 17 Anlagen von 2,3 ergeben. Das bedeutet selbst bei isolierter Betrachtung kalter Winterwochen dennoch eine CO₂-Einsparung von 27 %.

Im zweiten Beispiel „Deutschland 2030“ wurden die Emissionsfaktoren der Stromerzeugung anhand der aktuellen Studie „Klimaneutrales Deutschland 2050“ fortschrieben. Nach Auskunft der Autoren von Prognos liegen die Emissionen der Stromerzeugung danach in 2030 bei 143g pro kWh. Eine Wärmepumpe mit einer eher geringen Effizienz von 2,5 erreicht dann bereits eine Emissionseinsparung von 76 %. Dieser Wert steigt für effizientere Wärmepumpen auf fast 90%. Bei diesem Szenario erreichen selbst ein elektrischer Heizstab mit der Effizienz von 1,0 bereits 40 % CO₂-Ersparnis. Selbst wenn die Emissionswerte für Erdgas (durch Beimischung von 10 bis 20 % grünen Gasen) sinken sollten, ändert sich das Ergebnis nur geringfügig.

Die Grafik verdeutlich noch einen Aspekt: Je effizienter die Wärmepumpe oder je geringer der Emissionsfaktor der Stromerzeugung desto weniger steigen die CO₂-Ersparnisse bei gleichzeitiger wachsender Effizienz. In Zahlen ausgedrückt – eine Effizienzsteigerung der Wärmepumpe von 2,5 auf 3,5 im Jahr 2019 bedeutet knapp 20 % weniger CO₂ Ausstoß. Eine Steigerung ebenfalls um 1,0 (von 3,5 auf 4,5) im dem gleichen Jahr reduziert diesen lediglich um ca. 10 %. Da die CO₂ Einsparungen im Jahr 2030 ohnehin auf einem sehr hohen Niveau liegen, führt eine Effizienzsteigerung der Wärmepumpe um 2,0 (von 2,5 auf 4,5) lediglich zu ca. 10 % Treibhausgasreduktion gegenüber 30 % Einsparung im Jahr 2019. Allerdings sinkt mit zunehmender Effizienz der Wärmepumpe der Stromverbrauch, was mit Blick auf die Kosten für den Verbraucher und die begrenzten Potentiale für die Erzeugung erneuerbaren Stroms in Deutschland ebenfalls ein wichtiges Ziel ist.

Anders ausgedrückt wird aus rein ökologischer Betrachtung die Effizienz der Wärmepumpe in Zukunft weniger wichtig werden. Das bedeutet allerdings nicht, dass die Effizienz für die ökonomische Bewertung von Wärmepumpen nicht wichtig bleibt.

Zusammengefasst wir deutlich, dass der Einsatz von Wärmepumpen zu einer deutlichen CO₂-Emissionsminderung gegenüber fossil betriebenen Heizungssystemen, wie z.B. Gaskesseln, führt. Mit dem Zubau erneuerbarer Stromgewinnung werden sich diese Einsparungen noch verstärken. Die Effizienzergebnisse aus den Feldstudien zeigen, dass die Ersparnisse sowohl im Neubau als auch im Altbau problemlos erreichbar sind.

Ist das Heizen mit Wärmepumpen nicht zu teuer?

Unabhängig davon, wie ökologisch sinnvoll eine Technologie ist, wird sie sich nur durchsetzen, wenn sie auch ökonomische Vorteile für ihre Nutzer hat. Die Technik muss sich für den Verbraucher rechnen. Eine umfassende wirtschaftliche Bewertung von Wärmepumpen ist relativ komplex und hängt von sehr vielen Faktoren ab. Die Geräte sind in der Anschaffung derzeit noch teurer als beispielsweise Gaskessel, auch wenn die Differenz je nach Modell und Qualität schwankt. Angesichts der weiter steigenden Produktionszahlen ist allerdings davon auszugehen, dass die Gerätepreise deutlich fallen werden. Zurzeit werden die Mehrkosten für die Geräte größtenteils (oder sogar vollständig) durch unterschiedliche Formen der Förderung aufgefangen. Für den Endnutzer ist die Betrachtung der Betriebskosten wichtiger. Im Folgenden wird sich der Beitrag daher auf diesen Aspekt konzentrieren.

Ungleiche Ausgangslage

Bei elektrisch betriebenen Wärmepumpen ist der Strompreis entscheidend für die Betriebskosten. Wie unterschiedlich dieser in seiner Zusammensetzung (Anteil der Steuern und Abgaben) und Höhe in unterschiedlichen Ländern sein kann, zeigt die Grafik auf Seite 39.

Laut „Eurostat“, der Statistikbehörde der Europäischen Union, sind die Strompreise für Haushaltkunden unter allen untersuchten Ländern derzeit in Deutschland am höchsten. Sie sind in den letzten 10 Jahren um 20 % gestiegen. Der Anteil von Steuern und Abgaben am Strompreis ist in Deutschland besonders hoch. Der Hintergrund ist, dass in Deutschland die Energiewendekosten vor allem auf den Strompreis umgelegt werden und kaum auf die Preise von Heizöl und Erdgas. Der europäische Strompreis-Mittelwert liegt bei 21 Cent, und damit sehr nah an den Preisen in Österreich. Eine bemerkenswerte Entwicklung ist in den Niederlanden zu beobachten. Die privaten Haushalte bezahlen dort weniger als halb so viel wie in Deutschland. Die Steuern und Abgaben auf den Strompreis wurden konsequent gesenkt. So sind die Preise in den letzten 10 Jahren um gute 20 % gesunken.

Vergleich der Betriebskosten

Neben den Strompreisen sind noch andere Faktoren für die Abschätzung der Betriebskosten von Wärmepumpen wichtig. Offensichtlich sind der energetische Standard des Gebäudes sowie die Größe der beheizten Fläche maßgeblich für den Energiebedarf und damit für die Betriebskosten. Darüber hinaus ist die Effizienz der Wärmepumpen zentral. Im Vergleich mit anderen Heizsystemen stehen die Energiekosten des alternativen Energieträgers im Mittelpunkt.

In Deutschland werden Heizöl und Erdgas derzeit steuerlich geringer belastet als Strom. Im Ergebnis ist der Preis für den Strom zum Betrieb der Wärmepumpe knapp viermal so hoch wie der Preis von Heizöl und Erdgas. Mit der seit Januar 2021 geltenden CO₂-Bepreisung, die zu einer schrittweisen Steigerung der Gas- bzw. Heizölkosten führt, wird sich dies jedoch ändern. Zudem ist aufgrund politischer Willenserklärungen vieler Akteure davon auszugehen, dass die EEG-Umlage in nächsten Jahren deutlich gesenkt wird. Damit werden Wärmepumpenanlagen wirtschaftlich immer attraktiver.

Die Grafik zeigt die monatlichen Kosten von Häusern mit unterschiedlichem Energiestandard (nicht saniert, teilsaniert und saniert) mit einer Wärmepumpe sowie einem Gaskessel. Bei der Wärmepumpe wurde sowohl der heutige mittlere Wärmepumpentarif von 24 Cent als auch der Preis von 20 Cent, der eine deutliche Senkung der EEG-Umlage berücksichtigt, betrachtet. Die monatlichen Kosten sind in Abhängigkeit von der Effizienz der Wärmepumpe dargestellt. Beim Gaspreis wurde die gesetzlich eingeführte CO₂-Bepreisung (BEHG) für die Jahre 2021 und 2025 sowie eine Abschätzung für spätere Jahre berücksichtigt. Die Effizienz des Gaskessels wurde für die Berechnung mit 90% angenommen.

Bei den Betriebskosten ist der Einfluss der Effizienz besonders deutlich sichtbar. So liegen zum Beispiel die monatlichen Kosten einer Wärmepumpe mit einer Effizienz von 3,0 (z.B. für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe) derzeit mehr als 40€ höher als bei einer Erdreichwärmepumpe mit einer Effizienz von 4,0 – in beiden Fällen für ein unsaniertes Haus. Beim teilsanierten Haus beträgt die Differenz gute 30 €. Für das sanierte Haus sind es dagegen nur knapp 20 €.

Unter Berücksichtigung der aktuellen Preise in Deutschland, muss eine Wärmepumpe mindestens eine Effizienz von 3,5 erreichen, um in etwa die gleichen Betriebskosten wie ein Gaskessel aufzuweisen. Da sich die Gaspreise in den nächsten vier Jahren aufgrund der steigenden CO₂-Kosten um 1 Cent pro kWh auf 7,5 Cent im Jahr 2025 erhöhen dürften, wird bereits eine Wärmepumpe mit der Effizienz von 3,0 im Betrieb wirtschaftlich vergleichbar mit einem Gaskessel sein. Wenn die Gaskosten weiter steigen oder die Stromkosten fallen, zum Beispiel aufgrund einer Senkung der EEG-Umlage, erreicht die Wärmepumpen deutliche Kostenvorteile. In unserem Beispiel wird dann eine Wärmepumpe mit einer Effizienz von 2,5 wirtschaftlicher sein als eine Gasheizung.

Einen vereinfachten Vergleich der Ergebnisse zeigt die Grafik (beispielhaft wurde nur das teilsanierte Haus in Betracht gezogen). Die monatlichen Kosten wurden jeweils für eine Wärmepumpe und eine Gasheizung berechnet. In dem oberen Beispiel wurde die Effizienz vom 3,0 und in der unterem eine Effizienz der Wärmepumpe von 3,5 betrachtet. Die Balken mit der grünen Farbe zeigen jeweils die günstigste Lösung. Eine Wärmepumpe mit der Effizienz von 3,5 erreicht bereits mit heutigen Preisen ökonomische Vorteile gegenüber einer Gasheizung.

Wie anfangs dargestellt, bringen Wärmepumpen eindeutige ökologische Vorteile gegenüber fossil betriebenen Heizsystemen. Bei der ökonomischen Betrachtung der Betriebskosten, wird deutlich, dass die Senkung der Strompreise in Deutschland eine Schlüsselstrategie zur Erhöhung der Attraktivität von Wärmepumpen im Vergleich zu fossilen Heizungssystemen ist. Durch eine systematische Reduzierung der Steuer- und Abgabenbelastung von Strom wird die Wärmepumpe in nahezu allen Fällen zur ökonomisch und ökologisch vorzugswürdigen Technologie. In der von PWC im Jahr 2020 durchgeführter Studie „Chancen und Risiken für die deutsche Heizungsindustrie im globalen Wettbewerb“ heißt es dazu: „Die Kosten für die Energiewende sollten daher vom Strom hin zu Heizöl und Erdgas verlagert werden, um die Klimaverträglichkeit der Wärmeträger stärker zu berücksichtigen.“

In der nächsten Folge der Serie in KKA 1/2022 geht es um die Technologieentwicklung bei Wärmepumpen und die Frage, ob es sich lohnt, mit der Installation einer Wärmepumpe noch weiter zu warten: Ist die Technologie auf heutigem Stand reif für den zufriedenstellenden Einsatz im Gebäudebestand?

Quellen und vertiefende Informationen:

Entwicklung der spezifischen Kohlendioxid-Emissionen des deutschen Strommix in den Jahren 1990 – 2019, CLIMATE CHANGE 13/2020, Umweltbundesamt: //t1p.de/grpm:https://t1p.de/grpm

„Chancen und Risiken für die deutsche Heizungsindustrie im globalen Wettbewerb“, PwC-Studie 2020: Wärmepumpen für die Wärmeversorgung von Gebäuden haben großes Potenzial: //t1p.de/3rzd:https://t1p.de/3rzd