Wärmepumpen sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Denn mit ihnen kann Wärme aus der Umgebung – Wasser, Erde, Luft – entzogen und für die Heizung und Warmwasseraufbereitung verwendet werden. Interessant macht die Wärmepumpe zweierlei: Einerseits wird Heizen praktisch ohne CO2-Ausstoß möglich, wenn der für den Betrieb der Wärmepumpe stammende Strom aus erneuerbaren Quellen stammt.
Zum anderen ist ihr Einsatz äußerst energieeffizient. Denn mit einem Teil des eingesetzten Stroms können vier Teile Wärme produziert werden. Damit kann Energie gespart werden, ohne die Raumtemperatur mit Komfortverlust senken zu müssen. Die Vorteile machen sich mittlerweile daher viele beim Planen und Bauen von neuen Siedlungen und Mehrparteienanlagen zunutze.
Schwierige Eigentumsverhältnisse
Nicht zuletzt wegen der Erdgaskrise, die den internationalen Wärmepumpenboom noch einmal verstärkt hat, ist die Wärmepumpe als Heizung schon in vielen Fällen zum Standard geworden. Während bei Neubauten vielerorts Wärmepumpen von Anfang an eingeplant werden, ist die Situation im Altbau herausfordernder.
Derzeit sind etwa österreichweit noch 800.000 Haushalte mit Gasthermen ausgestattet, davon rund 580.000 in Wien. Denn das Umrüsten ganzer Siedlungsanlagen von Erdgas auf Fernwärme oder Wärmepumpen im großen Stil gilt als kostspielig oder kann vor allem bei komplizierten Eigentumsverhältnissen zu langwierigen Diskussionen in der Entscheidungsfindung führen.
Vereinfachte Installation
Am Austrian Institute of Technology (AIT) forscht man nun an einem neuen Konzept, mit dem der Dekarbonisierungsumstieg von der Gastherme auf die Wärmepumpe vereinfacht und beschleunigt werden könnte. Gemeinsam mit dem Industriepartner Ochsner, einem Wärmepumpenhersteller, entwickeln die AIT-Forschenden ein Konzept, mit der auch in einer einzelnen Wohnung eine Gastherme durch eine Wärmepumpe ersetzen könnte. Das Projekt ist Teil des FFG-Programms Energie der Zukunft, das mit Fördermitteln des Klimaschutzministeriums bedacht ist.
"Die Wärmepumpe wird so konzipiert, dass sie nicht mehr Platz als eine Gastherme benötigt, nicht lauter als ein Kühlschrank ist und alle bereits vorhandenen Anschlüsse für Strom und Wasser ohne große Stemmarbeiten nutzen könnte", sagt Christian Köfinger, Wärmepumpenforscher am AIT. Auch der Strombedarf ist mit einer Anschlussleistung von maximal zwei Kilowatt überschaubar: "So viel verbraucht ein herkömmlicher Haartrockner oder Wasserkocher. Kritisch für das Netz würde das nicht werden."
Vorhandenes nutzen
Der Clou an dem Konzept: Der Kamin, an dem zuvor die Gastherme angeschlossen war, soll bei Installation der Wärmepumpe als Leitung zu einer Wärmequelle im Keller, der Erdwärmepumpe, oder aufs Dach, der Luftwärmepumpe, genutzt werden. "Unser Konzept soll dabei neutral gegenüber Kundenpräferenzen sein", sagt Stephan Preisinger, Projektleiter beim AIT-Forschungspartner Ochsner. Beispiel Luft: Möchte man eine Wärmepumpe installieren, die der Luft Wärme entzieht, werden flexible Rohre, durch die eine Wasser-Glykol-Lösung zirkuliert, in Richtung Dach(boden) verlegt. Dort wird auf einer Fläche von rund einem Quadratmeter ein Wärmetauscher installiert, über den der Umgebungsluft Wärme entzogen wird.
Durch besondere Konstruktionsvorgaben – große Ventilator-Flügel, die langsam laufen – soll der Luftwärmetauscher besonders leise sein. Das ist laut Preisinger wichtig, um Anrainerinnen und Anrainer nicht durch Lärm zu stören. Aus Schallschutzgründen werde die Ansaugrichtung für die Luft auch nicht nach vorne, sondern nach oben ausgerichtet. "Damit wird der Schall in den freien Himmel und nicht in Richtung Nachbarn abgegeben."
Soll die Wärmepumpe mit Erdwärme betrieben werden, kann der Kamin als Verbindung in Richtung Keller genutzt werden. Diese Variante ist mit größerem Aufwand verbunden, da die Wärmequelle Erde mit Tiefenbohrungen erschlossen werden muss. "Das ist wahrscheinlich nur sinnvoll, wenn mehrere Wohnungsparteien von Anfang an dabei sind", meint Preisinger. Durch die höhere Effizienz durch konstante Erdkörpertemperaturen könnte sich diese Variante im Vergleich zur Luftwärmepumpe am Dach über 20 Jahre gerechnet aber als nachhaltiger erweisen.
Heizung und Kühlung zugleich
"Hat die Luft im Winter etwa minus zwei Grad, sinkt der Wirkungsgrad der Luftwärmepumpe, und es muss mehr Strom für dieselbe Wärmeleistung eingesetzt werden." Günstiger werden könnte die Tiefenbohrung auch durch die Nutzung der Wärmepumpe für die sommerliche Wohnungskühlung. Läuft die Wärmepumpe "verkehrt herum" für die Kühlung, kann der Wohnung Hitze entzogen, diese in den Erdkörper rund um die Tiefenbohrungen geleitet und für den Winter gespeichert werden. "Damit könnte die Tiefenbohrung kleiner dimensioniert werden." Bei der Luftwärmepumpe wird dieser Effekt nicht erzielt.
Derzeit ist die Entwicklung der singulären Wärmepumpe für den Altbau und für Bestandswohnungen in der Konzeptphase. Angedacht sind aber schon verschiedene Ausbauvarianten. Bei der Basisvariante sollen bestehende Heizkörper genutzt werden können, in einer Ausbauvariante könnte die Wärmepumpe auch an die Installation einer Fußbodenheizung angepasst werden. Erste Demonstratoren sind für das Jahr 2025 geplant. (Norbert Regitnig-Tillian, 18.5.2023)