Wärmepumpe

Wärmepumpen werden als eine der Schlüsseltechnologien für das Gelingen der Wärmewende angesehen. „Der Vorteil dieses Verfahrens ist, dass mit vergleichsweise geringem Stromeinsatz ein Vielfaches an Wärme erzeugt werden kann. […] Eine Wärmepumpe arbeitet umso effizienter, je geringer die Temperaturdifferenz zwischen der genutzten Umweltwärme und der benötigten Heizwärme ist.“ (BürgerBegehren Klimaschutz 2023: S. 2-3) 

Die Effizienz einer Wärmepumpe ist also dann besonders hoch, wenn beispielsweise aufgrund guter Sanierung nur eine relativ geringe Temperatur zum Heizen benötigt wird. Eine besonders hohe Effizienz wird außerdem erreicht, wenn die genutzte Umweltwärme bereits eine relativ hohe Temperatur aufweist, wie beispielsweise bei der Nutzung von Abwärme oder Erdwärme.

In Kombination mit Ökostrom werden Wärmepumpen als emissionsfrei angesehen (vgl. Helmholtz-Klima-Initiative 2023: S. 2).
 

Grundsätzlich können Wärmepumpen mit unterschiedlichen Wärmequellen und Verteilsystemen genutzt werden. Hierdurch existiert eine Vielzahl von Systemen sowie Hybridlösungen in Kombination mit Solarthermie, kalten Nahwärmenetzen und/oder Wärmespeichern. Je nach Anwendungsgebiet wird zwischen Kleinwärmepumpen für den dezentralen Einsatz im Gebäudebereich oder Kleinstgewerbe und Großwärmepumpen unterschieden.

Im Gebäudebereich wird die Energie überwiegend der Luft entzogen. Auch das Erdreich kann mittels horizontaler oder vertikaler Erdwärmekollektoren genutzt werden (vgl. DUH 2021: S. 5). Weiterhin kann Wasser aus Seen, Fließgewässern oder dem Grundwasser als Quelle für Umweltwärme genutzt werden (vgl. DUH 2021: S. 5). 

Großwärmepumpen arbeiten nach demselben Prinzip wie kleine Wärmepumpen, haben aber eine deutlich höhere Leistung. Neben den oben genannten Quellen können auch konzentrierte Wärmequellen wie Wärme aus Abwasser, Tiefengeothermie, Abwärme aus Industrieprozessen, Rechenzentren und weitere erschlossen werden (vgl. Rueter 2022, DUH 2021: S. 5). Großwärmepumpen werden für große Gebäude, zur Einspeisung in Wärmenetze sowie zur Prozesswärme in Gewerbe und Industrie eingesetzt (vgl. BWP 2019, Rueter 2022, DUH 2021). 

Bei Neubauten sind Wärmepumpen mittlerweile Stand der Technik und die häufigste installierte Heizungsart der dezentralen Versorgung. Auch im Bestand können Wärmepumpen oftmals die Wärmeversorgung anstelle von fossil betriebenen Heizungsanlagen übernehmen. In größeren Mehrfamiliengebäuden ist der Einsatz von Wärmepumpen ebenfalls möglich; hier sind die Erfahrungen noch geringer und es werden Lösungsansätze entwickelt und erprobt (vgl. dena 2023: S. 5 – 7).

Wärmepumpen eignen sich ebenfalls für die zentrale Wärmeversorgung. Für die Dekarbonisierung der Wärmenetze nehmen Großwärmepumpen eine Schlüsselrolle ein. Es ist technisch bereits möglich durch Großwärmepumpen Vorlauftemperaturen bis zu 125 Grad Celsius zu erreichen, wodurch der Einsatz in bestehenden Netzen vereinfacht ist (vgl. Agora Energiewende und Fraunhofer IEG 2023). Um Wärmeverluste und Materialverschleiß zu minimieren, sollen die Vorlauftemperaturen in den Fernwärmenetzen in Zukunft zudem gesenkt werden. Eine Absenkung der Vorlauftemperaturen kommt dann wiederum insbesondere den Großwärmepumpen zugute, die bei geringen Temperaturdifferenzen deutlich effizienter arbeiten (siehe oben).

Ein weiteres Einsatzfeld sind sogenannte Kalte Nahwärmenetze. Diese Netze übertragen die Wärme von der Wärmequelle auf einem niedrigen Temperaturniveau zum Verbrauchenden und haben dadurch eine hohe Effizienz. Bei den Endverbrauchenden heben Wärmepumpen die bereitgestellte Energie auf das individuell benötigte Temperaturniveau an (vgl. Energieagentur Rheinland-Pfalz 2021).