Wärmepumpe im Altbau: Fraunhofer-Studie beweist Effizienz und Klimafreundlichkeit

Wärmepumpen funktionieren auch im unsanierten Altbau – und das deutlich besser als viele Hauseigentümer vermuten. Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE hat nach vier Jahren intensiver Feldforschung an 77 Anlagen in Ein- bis Dreifamilienhäusern eindeutige Belege geliefert: Luft/Wasser-Wärmepumpen erreichen im Durchschnitt eine Jahresarbeitszahl von 3,4, erdgekoppelte Systeme sogar von 4,3. Die CO₂-Emissionen liegen im Vergleich zu Erdgasheizungen um 64 Prozent niedriger. Was das für Ihre Entscheidung bedeutet und welche Optimierungspotenziale die Studie aufdeckt, lesen Sie hier.

Wärmepumpe im Bestand: Die wichtigsten Ergebnisse der Fraunhofer-Studie

Vier Jahre lang haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer ISE reale Messdaten an 77 Wärmepumpenanlagen in älteren Bestandsgebäuden erfasst. Das Projekt „WP-QS im Bestand“ des Fraunhofer ISE ist damit eine der umfangreichsten und methodisch sorgfältigsten Untersuchungen, die es zum Thema Wärmepumpen im deutschen Gebäudebestand bisher gibt. Beteiligt waren neben dem Forschungsinstitut zwei Energieversorger und neun namhafte Wärmepumpenhersteller.

Das zentrale Ergebnis ist unmissverständlich: Wärmepumpen heizen auch in älteren Gebäuden effizient und klimaschonend – und zwar ohne dass diese auf Neubaustandard saniert werden müssen. „Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Wärmepumpen auch in älteren Gebäuden effizient betrieben werden können“, sagt Danny Günther, Teamleiter „Wärmepumpen und Transformation Gebäudebestand“ am Fraunhofer ISE. Gleichzeitig wurden konkrete Optimierungspotenziale identifiziert, die vor allem bei Planung und Installation ansetzen.

Jahresarbeitszahlen im Detail: So effizient arbeiten Wärmepumpen wirklich

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist die entscheidende Kennzahl, wenn es um die Effizienz einer Wärmepumpe geht. Sie beschreibt, wie viele Kilowattstunden Wärme eine Anlage je eingesetzter Kilowattstunde Strom über das gesamte Jahr liefert. Eine JAZ von 4,0 bedeutet: Aus einer Kilowattstunde Strom werden vier Kilowattstunden Wärme – drei davon stammen kostenlos aus der Umwelt.

Die Studie zeigt, dass sich die Effizienzwerte im Vergleich zum Vorgängerprojekt aus dem Jahr 2019 spürbar verbessert haben. Hier ein Überblick der gemessenen Jahresarbeitszahlen:

Ein besonders relevantes Ergebnis für Altbaubesitzer: Die Studie konnte keine Korrelation zwischen dem Baujahr eines Gebäudes und der Effizienz der Wärmepumpe nachweisen. Ob ein Haus aus den 1950er oder den 1990er Jahren stammt – das allein entscheidet nicht über den Erfolg der Anlage.

Heizkörper vs. Flächenheizung: Ein Vorurteil wird widerlegt

Viele Hauseigentümer glauben, ohne Fußbodenheizung sei eine Wärmepumpe im Altbau kaum sinnvoll. Auch diese Annahme relativiert die Studie: Ausreichend dimensionierte Heizkörper können im Mittel mit ähnlich niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden wie Flächenheizungen. Entscheidend ist, dass die Heizkörper auf die Anforderungen der Wärmepumpe abgestimmt sind – ein Punkt, den ein erfahrener SHK-Fachbetrieb im Rahmen der Planung prüft.

Auch der elektrische Heizstab, der bei sehr niedrigen Außentemperaturen als Backup-Heizung einspringt, spielte eine überraschend geringe Rolle: Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen übernahm er lediglich 1,3 Prozent der elektrischen Gesamtarbeit, bei Erdreichanlagen lag der Anteil nahe null Prozent.

Klimabilanz: 64 Prozent weniger CO₂ als Gasheizungen

Neben der Effizienz ist die Klimafreundlichkeit ein zentrales Argument für die Wärmepumpe. Das Forschungsteam hat dabei erstmals eine besonders präzise Methode angewendet: Statt eines statischen Jahres-Emissionswerts für den deutschen Strommix wurden die CO₂-Emissionen viertelstündlich berechnet. Diese dynamische Bilanzierung berücksichtigt, dass der Strom zu bestimmten Tages- und Jahreszeiten mehr oder weniger aus erneuerbaren Quellen stammt.

Das Ergebnis: Mit dieser verfeinerten Methode liegt die CO₂-Einsparung der untersuchten Wärmepumpen im Jahr 2024 bei 64 Prozent gegenüber vergleichbaren Erdgasheizungen. Die statische Berechnung ergab sogar 68 Prozent – die dynamische Methode ist schlicht genauer. Für alle, die eine Gasheizung durch eine Wärmepumpe ersetzen möchten, ist das eine starke Grundlage.

Da der Anteil erneuerbarer Energien im deutschen Strommix weiter steigt, wird die Klimabilanz der Wärmepumpe in den kommenden Jahren automatisch noch besser – ohne dass an der Anlage selbst etwas geändert werden muss.

Schallentwicklung und Kombination mit Photovoltaik

Schallmessungen: Wärmepumpen fallen kaum auf

Ein weiteres Thema, das Nachbarn und Baurechtsexperten gleichermaßen beschäftigt, ist die Geräuschentwicklung von Außeneinheiten. Das Fraunhofer ISE hat daher eine Methode für Langzeit-Schallmessungen entwickelt und diese an fünf Anlagen erprobt. Das Ergebnis ist differenziert: In zwei Gebäuden war der Umgebungslärm so dominant, dass die Wärmepumpen beim Nachbargebäude akustisch kaum ins Gewicht fielen. An drei Standorten, darunter ein Reihenmittelhaus, hob sich der Betrieb nachts zeitweise messbar vom Umgebungslärm ab.

Entscheidend für die resultierende Schallimmission sind vor allem der Schallleistungspegel des eingesetzten Geräts, der Aufstellort und etwaige Schallschutzmaßnahmen. Eine sorgfältige Planung – insbesondere bei dicht bebauten Grundstücken – ist daher unverzichtbar.

Wärmepumpe und Photovoltaik: Starkes Duo für mehr Autarkie

Die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaikanlage (PV) bietet erhebliche wirtschaftliche und ökologische Vorteile. Die Studie untersuchte sechs solcher Kombinationen und ermittelte folgende Werte:

• Ohne Batteriespeicher: 25 bis 40 Prozent Gebäude-Autarkie, 22 bis 37 Prozent Eigenverbrauch des selbst erzeugten PV-Stroms
• Mit Batteriespeicher: 32 bis 62 Prozent Gebäude-Autarkie, 40 bis 83 Prozent Eigenverbrauch

Selbst erzeugter Solarstrom ist günstiger als Netzstrom – auch günstiger als ein Wärmepumpenstromtarif. Wer die Wärmepumpe bevorzugt mit PV-Überschussstrom betreibt, senkt also nicht nur die Betriebskosten, sondern auch die CO₂-Bilanz weiter. Das Verteilnetz wird zu Spitzenzeiten zusätzlich entlastet.

Optimierungspotenziale: Wo Planung und Installation entscheiden

Trotz der insgesamt positiven Ergebnisse hat das Forschungsprojekt auch konkrete Schwachstellen aufgedeckt. Diese liegen weniger an der Technologie selbst als an Fehlern in Planung, Dimensionierung und Inbetriebnahme. Das Fraunhofer ISE hat auf Basis der Messdaten eine Prozessmatrix erstellt, die Qualitätsdefizite für jede Phase dokumentiert und Lösungswege aufzeigt.

Die häufigsten Probleme im Überblick:

• Überdimensionierung: Viele Wärmepumpen waren bezogen auf den tatsächlichen Verbrauch zu groß. Eine zu groß ausgelegte Anlage läuft häufig im Teillastbetrieb, was die Effizienz senkt und den Kompressor belastet.
• Hohe Schalthäufigkeiten: Bei einigen Anlagen wurde eine zu hohe Taktrate gemessen – ein Hinweis auf Planungsfehler bei der Dimensionierung.
• Fehlende Temperaturtrennung bei Kombispeichern: Bei einem Teil der Anlagen mit Kombispeichern wurde keine zuverlässige Trennung der Temperaturniveaus für Raumheizung und Trinkwassererwärmung realisiert. Das führte zu unnötig hohem Energieeinsatz auf Warmwasserniveau.

Diese Erkenntnisse unterstreichen, wie wichtig eine fachgerechte Heizlastberechnung nach DIN EN 12831, ein hydraulischer Abgleich und eine qualifizierte Inbetriebnahme durch einen erfahrenen SHK-Betrieb sind. Wer auch den Umstieg von einer Ölheizung auf eine Wärmepumpe plant, sollte diese Punkte von Anfang an in die Planung einbeziehen.

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Jetzt den nächsten Schritt gehen – Wärmepumpe im Altbau wird Realität

Die Studienergebnisse des Fraunhofer ISE sind ein starkes Signal: Die Wärmepumpe ist keine Technologie nur für den Neubau. Sie arbeitet im Bestand effizient, spart CO₂ und wird mit wachsendem Anteil erneuerbarer Energien im Stromnetz automatisch noch klimafreundlicher. Gleichzeitig zeigt die Forschung, dass die Qualität von Planung und Installation den entscheidenden Unterschied macht.

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Häufige Fragen und Begriffe

Was ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) und warum ist sie so wichtig?

Die Jahresarbeitszahl (JAZ), auch Seasonal Performance Factor (SPF) genannt, beschreibt das Verhältnis der über ein Jahr abgegebenen Wärme zur dafür aufgewendeten elektrischen Energie. Eine JAZ von 3,4 bedeutet: Aus einer Kilowattstunde Strom erzeugt die Wärmepumpe 3,4 Kilowattstunden Wärme. Die JAZ ist damit die wichtigste Kennzahl zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit und Effizienz einer Wärmepumpe im realen Betrieb – deutlich aussagekräftiger als der unter Laborbedingungen ermittelte COP-Wert.

Was versteht man unter einer Luft/Wasser-Wärmepumpe und worin unterscheidet sie sich von einer Sole/Wasser-Wärmepumpe?

Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe entnimmt der Außenluft Wärme und überträgt diese auf das Heizsystem des Gebäudes. Sie ist einfacher zu installieren und günstiger in der Anschaffung, reagiert aber empfindlicher auf sehr niedrige Außentemperaturen. Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe (Erdreichwärmepumpe) nutzt hingegen die nahezu konstante Wärme im Boden über Erdkollektoren oder Tiefenbohrungen. Diese stabilere Wärmequelle ermöglicht im Schnitt höhere Jahresarbeitszahlen, erfordert aber mehr Installationsaufwand und ein geeignetes Grundstück.

Was ist der hydraulische Abgleich und warum ist er Pflicht bei Wärmepumpen?

Der hydraulische Abgleich stellt sicher, dass alle Heizkörper oder Heizkreise im Gebäude mit der exakt richtigen Wassermenge versorgt werden. Ohne diesen Abgleich werden manche Räume zu warm, andere zu kalt – die Wärmepumpe muss mit höheren Vorlauftemperaturen arbeiten, was die Effizienz senkt. Ein korrekt durchgeführter hydraulischer Abgleich ist außerdem Voraussetzung für die staatliche Förderung über das BAFA im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG).

Was bedeutet „dynamische CO₂-Bilanzierung“ im Zusammenhang mit Wärmepumpen?

Bei der statischen Bilanzierung wird für den Strom ein einheitlicher, jährlicher Durchschnittswert für CO₂-Emissionen angesetzt. Die dynamische Bilanzierung geht weiter: Sie berücksichtigt, dass der deutsche Strommix sich im Verlauf des Tages und der Jahreszeiten stark verändert – je nach Anteil von Wind-, Solar- und konventioneller Energie. Das Fraunhofer ISE hat erstmals diese viertelstündlich berechneten Emissionswerte in die Bewertung einbezogen. Das Ergebnis ist präziser: Der CO₂-Vorteil der untersuchten Wärmepumpen gegenüber Gasheizungen beträgt demnach 64 Prozent (statisch: 68 Prozent) – ein ohnehin beeindruckender Wert.