Luft-Luft-Wärmepumpen – Beitrag zur Energiewende
Luft-Luft-Wärmepumpen mit direkter Verdampfung (DX-Geräte) können einen erheblichen Beitrag zum Erreichen der Klimaziele und zum Verringern unserer Abhängigkeit von Energieimporten leisten. Das belegt eine durch den FGK unterstützte Untersuchung des ITG Dresden.
Die Studie steht als TGA-Report 10 „Nutzung von DX-Wärmepumpen in Split-Ausführung zur Unterstützung der Dekarbonisierung und zur kurzfristigen Gaseinsparung“. Eine Zusammenfassung enthält der Fachbeitrag „Mit Luft/Luft-Wärmepumpen zum Klimaschutz beitragen – Einsparpotenziale durch DX-Geräte“. Einen Link zum Fachbeitrag finden Sie auf www.raumklimageraete.de.
Foto: Daikin
Foto: istock/Andrej Popov
Anteil der Heizlast, den bereits installierte Luft-Luft-Wärmepumpen decken können
Wenn mit den zwischen 2008 und 2022 installierten Split-Geräten auch geheizt würde, könnten sie laut der Studie des ITG insgesamt etwa 13,3 MW Heizleistung bereitstellen. Der Bestand an VRF-Geräten könnte weitere etwa 5,1 MW Heizleistung beisteuern. Bei einer typischen Heizlast von 50 bis 100 W/m² im Gebäudebestand deckt dies etwa 3 bis 6 % der Heizlast von Wohngebäuden und 1 bis 3 % der Heizlast von Nichtwohngebäuden (Stand 2023).
Bei DX-Geräten, die vor 15 Jahren eingebaut wurden, war die Nutzung zu Heizzwecken zwar die Ausnahme, in den letzten Jahren hat sie jedoch immer weiter zugenommen.
Energieeinsparpotenzial durch das Heizen mit Luft-Luft-Wärmepumpen
Dadurch, dass Wärmepumpen im Heizbetrieb Wärme aus der Umgebung nutzen, arbeiten sie sehr energieeffizient. ITG Dresden hat in einer Untersuchung den Strombedarf für den Betrieb der Luft-Luft-Wärmepumpe der Einsparung an Gas (jeweils Endenergie) gegenübergestellt. Betrachtet wurden ein Referenz-Einfamilienhaus und Referenz-Bürogebäude.
Für das Referenz-Wohngebäude – ein saniertes Einfamilienhaus – ergaben die Berechnungen einen SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) zwischen 4,5 und 4,7. Betrachtet wurde der bivalente Betrieb eines Multi-Split-Systems in drei Räumen.
Den Berechnungen für den Nichtwohngebäude-Bereich liegt ein typisches Bürogebäude nach [1] zugrunde, das nach GEG 2023 saniert ist. Sie ergaben, dass durch den Einsatz von 1 kWh Strom rund 6 kWh an Endenergie Gas eingespart werden können.
[1] Zentrum für Umweltbewusstes Bauen e. V. (Hrsg.), 2010: Entwicklung einer Datenbank mit Modell-gebäuden für energiebezogene Untersuchungen, insbesondere der Wirtschaftlichkeit. Endbericht https://www.irbnet.de/daten/rswb/12029015839.pdf
Zur Grafik: Berechnete Einsparung an Endenergie Gas (blau) und dafür notwendiger Strombedarf (orangerot) beim Einsatz eines Multisplit-Systems zu Heizzwecken in einem sanierten Einfamilienhaus. Der SCOP (schraffiert) liegt in allen betrachteten Fällen über 4,5. Quelle: ITG Dresden
Foto: FGK e.V.
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Potenzial zur Einsparung von Treibhausgas-Emissionen
In der Untersuchung des ITG über das Potenzial des Einsatzes von DX-Wärmepumpen zur Unterstützung der Dekarbonisierung wurden ein Referenz-Wohngebäude und ein Referenz-Nichtwohngebäude betrachtet. Ausgehend von den Ergebnissen dieser Betrachtung wurde eine Hochrechnung auf den deutschen Gebäudebestand vorgenommen.
Für die zukünftige Entwicklung der Absatzzahlen wurde ein Szenario betrachtet, bei dem der mittlere Absatz der vergangenen drei Jahre unverändert bleibt und ein Szenario, bei dem der Absatz um 10 % pro Jahr zunimmt. Es wurde davon ausgegangen, dass der Anteil an erneuerbaren Energien am deutschen Strommix in den kommenden Jahren zunimmt und daher der Primärenergiefaktor sowie die Treibhausgas-Emissionen (THG-Emissionen) für Strom sinken.
Zur Grafik: Berechnete Einsparung an Endenergie Gas (blau) und dafür notwendiger Strombedarf (orangerot) beim Einsatz eines VRF-Systems zu Heizzwecken in einem sanierten Bürogebäude. Die Grafik zeigt, dass die betrachteten VRF-Systeme einen SCOP (schraffiert) von mindestens 5,9 erreichen.
Die Grafik zeigt, dass im Fall einer Sanierungsrate von 2,2 % jährlich und bei gleichzeitig steigendem Absatz (10 % jährlich) THG-Einsparungen über 19 Mio. t pro Jahr möglich sind. Bei einer niedrigeren Sanierungsrate von 1,3 % und gleichem Absatz sind THG-Einsparungen von bis zu 20 Mio. t pro Jahr möglich. Zum Vergleich: Für das Erreichen der Klimaneutralität müssen im Gebäudesektor bis 2045 (bezogen auf das Jahr 2022) etwa 100 Mio. t THG-Emissionen pro Jahr eingespart werden. Der Einsatz von DX-Systemen zu Heizzwecken ermöglicht also einen Beitrag zur Dekarbonisierung des Gebäudebestandes, der bis zu 20 % der bis 2045 notwendigen Einsparungen an THG-Emissionen betragen kann. Voraussetzung ist, dass der Absatz an Geräten, die für den Heizzweck ausgelegt werden, steigt.
Der errechnete Beitrag der Wohngebäude zum Einsparpotenzial ist etwa doppelt so groß wie der Beitrag der Nichtwohngebäude. Eine VRF-Außeneinheit stellt zwar eine deutlich größere Kühl- und Heizleistung zur Verfügung als eine Split-Außeneinheit, die Unterschiede in den Absatzzahlen sind aber so gravierend, dass in den Wohngebäuden ein größerer Beitrag geleistet werden kann.
Zur Grafik: Die Prognose ergibt, dass im Jahr 2045 über 19.000 t an THG-Emissionen eingespart werden können, wenn der Absatz an DX-Wärmepumpen jährlich um 10 % steigt (gelb). Angenommen wurde eine hohe Sanierungsrate der Gebäudehülle von 2,2 % jährlich. Bei einer niedrigeren Sanierungsrate ist das Einsparpotenzial durch DX-Wärmepumpen noch höher. Quelle: ITG
Foto: FGK e.V.
Anteil der Heizlast, den bereits installierte Luft-Luft-Wärmepumpen decken können
Wenn mit den zwischen 2008 und 2022 installierten Split-Geräten auch geheizt würde, könnten sie laut der Studie des ITG insgesamt etwa 13,3 MW Heizleistung bereitstellen. Der Bestand an VRF-Geräten könnte weitere etwa 5,1 MW Heizleistung beisteuern. Bei einer typischen Heizlast von 50 bis 100 W/m² im Gebäudebestand deckt dies etwa 3 bis 6 % der Heizlast von Wohngebäuden und 1 bis 3 % der Heizlast von Nichtwohngebäuden (Stand 2023).
Bei DX-Geräten, die vor 15 Jahren eingebaut wurden, war die Nutzung zu Heizzwecken zwar die Ausnahme, in den letzten Jahren hat sie jedoch immer weiter zugenommen.
Energieeinsparpotenzial durch das Heizen mit Luft-Luft-Wärmepumpen
Dadurch, dass Wärmepumpen im Heizbetrieb Wärme aus der Umgebung nutzen, arbeiten sie sehr energieeffizient. ITG Dresden hat in einer Untersuchung den Strombedarf für den Betrieb der Luft-Luft-Wärmepumpe der Einsparung an Gas (jeweils Endenergie) gegenübergestellt. Betrachtet wurden ein Referenz-Einfamilienhaus und Referenz-Bürogebäude.
Foto: istock/Andrej Popov
Für das Referenz-Wohngebäude – ein saniertes Einfamilienhaus – ergaben die Berechnungen einen SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) zwischen 4,5 und 4,7. Betrachtet wurde der bivalente Betrieb eines Multi-Split-Systems in drei Räumen.
Den Berechnungen für den Nichtwohngebäude-Bereich liegt ein typisches Bürogebäude nach [1] zugrunde, das nach GEG 2023 saniert ist. Sie ergaben, dass durch den Einsatz von 1 kWh Strom rund 6 kWh an Endenergie Gas eingespart werden können.
[1] Zentrum für Umweltbewusstes Bauen e. V. (Hrsg.), 2010: Entwicklung einer Datenbank mit Modell-gebäuden für energiebezogene Untersuchungen, insbesondere der Wirtschaftlichkeit. Endbericht https://www.irbnet.de/daten/rswb/12029015839.pdf
Foto: FGK e.V.
Zur Grafik: Berechnete Einsparung an Endenergie Gas (blau) und dafür notwendiger Strombedarf (orangerot) beim Einsatz eines Multisplit-Systems zu Heizzwecken in einem sanierten Einfamilienhaus. Der SCOP (schraffiert) liegt in allen betrachteten Fällen über 4,5. Quelle: ITG Dresden
Potenzial zur Einsparung von Treibhausgas-Emissionen
In der Untersuchung des ITG über das Potenzial des Einsatzes von DX-Wärmepumpen zur Unterstützung der Dekarbonisierung wurden ein Referenz-Wohngebäude und ein Referenz-Nichtwohngebäude betrachtet. Ausgehend von den Ergebnissen dieser Betrachtung wurde eine Hochrechnung auf den deutschen Gebäudebestand vorgenommen.
Für die zukünftige Entwicklung der Absatzzahlen wurde ein Szenario betrachtet, bei dem der mittlere Absatz der vergangenen drei Jahre unverändert bleibt und ein Szenario, bei dem der Absatz um 10 % pro Jahr zunimmt. Es wurde davon ausgegangen, dass der Anteil an erneuerbaren Energien am deutschen Strommix in den kommenden Jahren zunimmt und daher der Primärenergiefaktor sowie die Treibhausgas-Emissionen (THG-Emissionen) für Strom sinken.
Foto: FGK e.V.
Zur Grafik: Berechnete Einsparung an Endenergie Gas (blau) und dafür notwendiger Strombedarf (orangerot) beim Einsatz eines VRF-Systems zu Heizzwecken in einem sanierten Bürogebäude. Die Grafik zeigt, dass die betrachteten VRF-Systeme einen SCOP (schraffiert) von mindestens 5,9 erreichen.
Die Grafik zeigt, dass im Fall einer Sanierungsrate von 2,2 % jährlich und bei gleichzeitig steigendem Absatz (10 % jährlich) THG-Einsparungen über 19 Mio. t pro Jahr möglich sind. Bei einer niedrigeren Sanierungsrate von 1,3 % und gleichem Absatz sind THG-Einsparungen von bis zu 20 Mio. t pro Jahr möglich. Zum Vergleich: Für das Erreichen der Klimaneutralität müssen im Gebäudesektor bis 2045 (bezogen auf das Jahr 2022) etwa 100 Mio. t THG-Emissionen pro Jahr eingespart werden. Der Einsatz von DX-Systemen zu Heizzwecken ermöglicht also einen Beitrag zur Dekarbonisierung des Gebäudebestandes, der bis zu 20 % der bis 2045 notwendigen Einsparungen an THG-Emissionen betragen kann. Voraussetzung ist, dass der Absatz an Geräten, die für den Heizzweck ausgelegt werden, steigt.
Der errechnete Beitrag der Wohngebäude zum Einsparpotenzial ist etwa doppelt so groß wie der Beitrag der Nichtwohngebäude. Eine VRF-Außeneinheit stellt zwar eine deutlich größere Kühl- und Heizleistung zur Verfügung als eine Split-Außeneinheit, die Unterschiede in den Absatzzahlen sind aber so gravierend, dass in den Wohngebäuden ein größerer Beitrag geleistet werden kann.
Foto: FGK e.V.
Zur Grafik: Die Prognose ergibt, dass im Jahr 2045 über 19.000 t an THG-Emissionen eingespart werden können, wenn der Absatz an DX-Wärmepumpen jährlich um 10 % steigt (gelb). Angenommen wurde eine hohe Sanierungsrate der Gebäudehülle von 2,2 % jährlich. Bei einer niedrigeren Sanierungsrate ist das Einsparpotenzial durch DX-Wärmepumpen noch höher. Quelle: ITG