Wärmetechnik Energie aus dem GartenEinen ersten Aufschwung

Die Nachfrage nach Wärmepumpen für Wohnhäuser wächst. Doch wie umweltfreundlich sind sie eigentlich?

Heizen mit Strom – das klingt nach Verschwendung und hohen Rechnungen. Doch inzwischen ist auch das Gegenteil möglich. Wer mit Strom heizt, kann Energie und Geld sparen. In der Schweiz hat sich das schon herumgesprochen. Die Hälfte aller Neubauten wird dort elektrisch beheizt. In Norwegen und Schweden sind es praktisch alle, in Deutschland immerhin fast zehn Prozent. Selbst Altbauten lassen sich mit Strom sparsamer beheizen als mit Öl oder Gas.

Zum Beispiel das niedersächsische Fachwerk-Bauernhaus der Familie Hagemann. Eine Fußbodenheizung bringt die umgebaute Scheune mit der Glasfront auf eine wohlige Temperatur. Gespeist wird sie von einer Wärmepumpe. Das gefrierschrankgroße Gerät kann im Keller stehen, in der Waschküche oder auch – wie bei Hagemanns – auf dem Dachboden. Elektronisch gesteuert, surrt es leise vor sich hin. Anders als bei den Nachtspeicheröfen der sechziger und siebziger Jahre kommt die Energie nur zu einem Viertel aus der Steckdose. Drei Viertel der Heizleistung steuert die Umwelt bei, im Fall der Hagemanns aus sechs rund 50 Meter tiefen Bohrlöchern in ihrem Garten. Dort unten liegt die Temperatur im Sommer wie im Winter bei rund 10 Grad. Ein gut isolierter Wasserkreislauf bringt die Wärme aus dem Untergrund auf den Dachboden.

Dort tritt die Wärmepumpe in Aktion. In ihrem Inneren zirkuliert, wie in jedem Kühlschrank, ein Kältemittel – auf der einen Seite flüssig, auf der anderen gasförmig. Nur dient der Kreislauf hier nicht zur Erzeugung von Kälte, sondern zur Erhöhung der Erdtemperatur auf bis zu 55 Grad für den Betrieb der Heizungsanlage. Das Wasser, das in die Bohrlöcher zurückfließt, hat dafür rund zehn Grad Wärme abgegeben.

Das technische Prinzip ist schon seit 1852 bekannt, im größeren Umfang kam es erstmals in der Schweiz zum Einsatz, als während des Zweiten Weltkriegs die Kohlelieferungen ausblieben. 1938 wurde die Heizung des Zürcher Rathauses auf Wärmepumpenbetrieb umgestellt. Eine Anlage, die 1943 in einem benachbarten Bürogebäude installiert wurde, erreichte bereits die auch heute noch übliche Jahresarbeitszahl 4. Sie sagt aus, dass mit jeder Kilowattstunde Strom vier Kilowattstunden Wärmeenergie erzeugt werden.

Ende der siebziger Jahre erlebte die Wärmepumpentechnik einen ersten Aufschwung in Deutschland. Der Ölschock hatte sie wirtschaftlich so interessant gemacht, dass die wenigen Hersteller die große Nachfrage kaum befriedigen konnten. Mit dem drastischen Rückgang des Ölpreises nach 1982 brach der Markt schnell wieder zusammen. Viele der eilig gebauten Wärmepumpen machten zudem technische Probleme. Für die nächsten 20 Jahre wurde es still um das Thema.

Jetzt sind die Kinderkrankheiten überwunden. Alle großen Heizungshersteller haben zuverlässige Wärmepumpen im Programm, und der Markt boomt. Mit 55000 wurden im vergangenen Jahr genau dreimal so viele Anlagen installiert wie 2005. »Wir verkaufen ein bis zwei Anlagen im Monat«, sagt der Heizungsinstallateur Udo Freßonke, der auch das Bauernhaus der Hagemanns auf Stromheizung umgerüstet hat. Die Nachfrage ist noch weit größer, kann von der kleinen Firma aber nicht bewältigt werden. »Der Beratungsbedarf ist enorm.«

Immer wieder muss Freßonke potenziellen Kunden am Ende auch abraten. In Altbauten ist häufig die bestehende Heizungsanlage ein Hinderungsgrund. Benötigt sie eine Vorlauftemperatur von über 55 Grad, ist die Umstellung nicht sinnvoll. Am effizientesten arbeiten Wärmepumpen in Kombination mit einer Fußbodenheizung, die nur 35 Grad benötigt. Für das Wasser zum Duschen und Baden reicht das dann allerdings nicht, hier kann ein zusätzlicher Durchlauferhitzer helfen. Zimmer ohne Fußbodenheizung können womöglich durch große Flächenheizkörper wärmepumpentauglich gemacht werden. All das muss vor einer Entscheidung gründlich berechnet werden.

»Das A und O ist die richtige Auslegung der Anlage«, sagt der Installateur. Ist sie zu groß dimensioniert, läuft die Pumpe in den Übergangszeiten zu selten im effizienten Dauerbetrieb, ist sie zu klein, muss an zu vielen Wintertagen mit einem Elektrostab teuer nachgeheizt werden.

Noch komplizierter ist die Auswahl der richtigen Quelle für die Umweltwärme. Anlagen, die sie der Luft entziehen, sind klein, schnell und billig gebaut, bringen bei tiefen Minusgraden aber kaum noch Leistung und stören womöglich den Nachbarn durch das Geräusch ihrer Ventilatoren. Grundwasser eignet sich sehr gut als Wärmequelle, darf in den meisten Regionen aber nicht genutzt werden und greift, wenn es eisenhaltig ist, den Wärmetauscher an. Kollektoren, die als Netz dünner Rohre ein bis zwei Meter tief im Garten versenkt werden, benötigen möglichst feuchtes Erdreich und eine große Fläche, die nicht überbaut werden darf.

Die meisten in Deutschland gebauten Anlagen beziehen die Umweltwärme aus bis zu 100 Meter tiefen Erdsonden. Die Wärmeausbeute ist gut, der Platzbedarf gering. Dafür sind die Bauarbeiten teuer und spektakulär. »Unser Garten sah hinterher aus, als hätte eine Bombe eingeschlagen«, erinnert sich Lüder Hagemann. Die Arbeiter waren mit einem 16-Tonner aufs Grundstück gefahren, um ihren zehn Meter hohen Bohrturm aufzurichten. Pro Kilowatt Heizleistung sind rund 20 Meter Bohrlänge erforderlich, ein typisches Einfamilienhaus benötigt 200 Meter, die auf zwei bis drei Bohrungen aufgeteilt werden.

Wo und wie tief genau gebohrt werden muss, ist eine Wissenschaft für sich. »Wer bohrt, muss Ahnung von Geologie haben«, sagt Installateur Freßonke und rät seinen Kunden, den Auftrag nicht für eine festgelegte Länge, sondern für die damit erzielte Wärmeleistung in Kilowatt zu erteilen. Einen Festpreis hält er jedoch für unseriös. Denn häufig birgt der Untergrund auch in relativ gut kartierten Gebieten unangenehme Überraschungen – eiszeitliche Findlinge, Grundwasserblasen, Lehmschichten oder Sand. Bei den Hagemanns standen am Ende 16.000 Euro auf der Bohrrechnung – 3.000 mehr als beim geschätzten Angebot. Entsprechend länger müssen sie jetzt warten, bis sich die Investition von insgesamt 38.000 Euro für den Umstieg vom Gasbrenner auf die Wärmepumpe amortisiert.

Die laufenden Heizkosten für das Bauernhaus sind deutlich gesunken, und der Schornsteinfeger muss nicht mehr kommen. Auch eine jährliche Wartung ist nicht nötig. Wäre die Pumpe falsch dimensioniert, würde sich das frühestens in ein bis zwei Jahren zeigen. Entzieht sie dem Boden zu viel Wärme, sinkt die Heizleistung. Im Extremfall kann das Erdreich um das Bohrloch herum sogar einfrieren, was zum Totalausfall der Heizung führen würde. Anders als in Skandinavien oder der Schweiz sind Wärmepumpen in Deutschland noch kein Standardprodukt. »Es gibt nur wenige Firmen, die wirklich Ahnung davon haben«, hat Bauherr Hagemann festgestellt, »wenn man einen Auftrag erteilt, ist das auch ein großer Vertrauensvorschuss.«

Ob Wärmepumpen tatsächlich, wie von den Herstellern propagiert, zum Klimaschutz beitragen, hängt vor allem davon ab, wie der Strom für ihren Betrieb erzeugt wird. In Norwegen stammt er zu 100 Prozent aus Wasserkraftwerken, elektrisches Heizen ist dort ökologisch vorbildlich. Auch die Schweiz speist ihr Netz zu 55 Prozent mit Wasserkraft und bezieht den Rest aus fast CO₂-freien Atomkraftwerken. Und wer seine Wärmepumpe in Deutschland mit Ökostrom betreibt, erspart der Atmosphäre bei einem Wärmeverbrauch von 10 MWh bis zu zwei Tonnen CO₂ im Jahr – gegenüber der konventionellen Erdgasheizung.

Im normalen deutschen Strommix mit seinem hohen Kohleanteil führt die Umstellung von Gas auf Wärmepumpe allerdings erst dann zur Verminderung von Treibhausgasemissionen, wenn die Jahresarbeitszahl deutlich über drei liegt. Das ist bei richtig dimensionierten modernen Anlagen der Fall. »Typischerweise fallen dann rund 20 Prozent weniger CO₂ als bei einer Erdgasheizung an«, sagt Volker Quaschning, der sich an der Berliner Fachhochschule für Technik und Wirtschaft mit regenerativen Energiesystemen befasst.

Dies gilt allerdings nur dann, wenn die Wärmepumpe mit einem FKW-freien Kältemittel wie Butan betrieben wird. Das ist bisher äußerst selten der Fall. Von den 22 Herstellern, die Quaschning im vergangenen Jahr auf dem deutschen Markt vorfand, hatten nur fünf überhaupt eine FKW-freie Anlage im Angebot. Alle anderen Wärmepumpen tragen das gern aufgeklebte Ökoetikett eigentlich zu Unrecht. Denn der enorme Klimaeffekt des Kältemittels, das über die Jahre in die Luft entweicht, führt gegenüber der Erdgasheizung zu einer um bis zu 15 Prozent schlechteren CO₂-Gesamtbilanz.

Links im internet
Bundesverband Wärmepumpe e.V. »

Wärmepumpen – Heizen mit Umweltenergie, BINE-Informationsdienst »

Vergleichsmessung von Wärmepumpen am Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme »

erlebte die Technik in den Jahren der Ölkrise. Mit dem sinkenden Ölpreis brach der Markt zusammen. Heute haben alle großen Heizungshersteller Wärmepumpen im Angebot. Die Nachfrage wächst