8. Juli 2022

Forschende untersuchten die Investitions- und Betriebskosten für neue Heizungen in Ein- und Mehrfamilienhäusern. Analysiert wurden Alt- als auch Neubauten

Die Investitions- und Betriebskosten von Heizungstechnologien über eine Lebensdauer von 20 Jahren stehen im Zentrum einer neuen Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. Wie klimafreundlich die Heizungstechnologien sind, war ebenfalls ein Untersuchungsgegenstand der Forscherinnen und Forscher. Das Ergebnis: In vielen Fällen sind Wärmepumpen in Kombination mit Photovoltaik günstiger als Gaskessel. Die Studie wurde kurz vor dem aktuellen starken Anstieg der Energiepreise erstellt. Deutlich klimafreundlicher sind Wärmepumpen außerdem, wie die Daten zeigen. TGA-Fachplaner sollten die neuen Zahlen kennen.

Rund ein Drittel des Endenergieverbrauchs und der Treibhausgasemissionen in Deutschland entfällt auf den Wärmesektor. 70 % davon gehen auf Privathaushalte zurück, die zur Beheizung und Warmwasserbereitung oft noch Erdgas und Öl nutzen. Eine CO₂-arme Wärmeversorgung der Wohngebäude ist daher für das Erreichen der Klimaschutzziele erforderlich. Klimaneutrale Technologien für den Umstieg sind vorhanden, etwa Wärmepumpen und Fernwärme. Doch wie teuer sind sie? Ob die nachhaltigen Heizungen über ihre Lebensdauer von zwei Jahrzehnten günstiger als fossile Kessel sind, wurde bislang nicht detailliert untersucht. Mit der neuen Studie hat das Fraunhofer ISE dies nun getan. Die Ergebnisse sind deshalb besonders interessant, da Gebäudeeigentümerinnen und -eigentümer, bevor Deutschland 2045 klimaneutral werden muss, in der Regel nur noch eine Neuinvestition tätigen werden.

Die Forschenden untersuchten die Investitions- und Betriebskosten für neue Heizungen in Einfamilien- und Mehrfamilienhäusern. Analysiert wurde dies sowohl für Alt- als auch Neubauten. Basis war der für den Bundesverband der Energie- und Wasserwirtschaft (BDEW) erstellte Heizkostenvergleich. Das Fraunhofer ISE bezog darüber hinaus ein, wie sich die Bepreisung des Treibhausgases Kohlendioxid (CO₂) über die nächsten 20 Jahre entwickelt (Annahme: Anstieg auf 220 Euro pro Tonne CO₂ im Jahr 2040). Berücksichtigt wurden auch die voraussichtlichen Energiekosten – Grundlage ist der vom Öko-Institut, Fraunhofer ISI, IREES GmbH, Thünen-Institut und anderen erstellte Projektionsbericht 2021 – sowie die staatliche Förderung zum Zeitpunkt der Entstehung der Studie (Sommer 2021). Herkömmliche Heizkostenvergleiche leisten dies meist nicht. Sie arbeiten häufig mit heutigen Preisen von Energieträgern und deren Besteuerung sowie statischen CO₂-Emissionsfaktoren. Dies kann zu Investitionsentscheidungen führen, die in den nächsten zwei Jahrzehnten unerwartete Mehrkosten verursachen.

CO₂-Preis wirkt sich besonders im Bestand aus
Die Studie nimmt an, dass die CO₂-Intensität des deutschen Strommixes durch das Abschalten fossiler Erzeuger und den Ausbau Erneuerbarer Energien sinken wird. Daher werden die CO₂-Emissionen von Wärmepumpen reduziert und langfristig deutlich geringer als erdgasbasierte Lösungen sein (siehe Tabelle 1). Auch die Fernwärme kann bei der Nutzung von Abwärme, Geothermie und Solarthermie sowie Großwärmepumpen eine CO₂-arme Alternative darstellen, insbesondere in verdichteten Siedlungsräumen.

Der zukünftige CO₂-Preis ist vor allem im Altbaubereich entscheidend für die Wirtschaftlichkeit der Heiztechnologie, auch die weiteren Fördermechanismen spielen eine wichtige Rolle. Bei Neubauten hat der CO₂-Preis einen schwächeren Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Heizungssysteme, da die Verbräuche geringer sind und Technologien auf Basis Erneuerbarer Energien bereits bei aktuellen CO₂– Preisen kostengünstiger sind. So ist die Wärmepumpe im Neubau von Einfamilienhäusern vor allem dank geringer Betriebskosten schon heute Standard, andere Lösungen werden es in diesem Segment in Zukunft schwer haben.

Bestandsgebäude: Wärmepumpe lohnt sich auch im Einfamilienhaus
Ein zentrales Ergebnis der Studie: Der Einsatz von Wärmepumpen in bestehenden Einfamilienhäusern ist ökonomisch sinnvoll (siehe Bild 1). Im Vergleich zu Gasbrennwertgeräten (23,53 Euro pro Quadratmeter und Jahr (Euro/(a · m²)) liegen die Kosten einer Luft-Wasser-Wärmepumpe bei 23,55 Euro/(a · m²), die einer Wärmepumpe mit Photovoltaiknutzung bei 22,14 Euro/(a · m²) und die einer Wärmepumpe mit Photovoltaik und Solarstromspeicher bei 23,33 Euro/(a · m²).

Die Vollkosten der Wärmeversorgung sind beim Einsatz von elektrischen Luft-Wasser-Wärmepumpen in Kombination mit Photovoltaik also günstiger als Systeme mit Gas-Brennwertgeräten (Bild 2). Der Grund: Der lukrative Eigenverbrauch des Solarstroms vom Dach zugunsten der Wärmeversorgung macht das Heizungssystem billiger.

Zu den Treibhausgasemissionen: Gasbrennwertsysteme kommen auf Emissionen von 48 Kilogramm pro Quadratmeter und Jahr (kg CO_2äq/(a · m²)). Luft-Wasser-Wärmepumpen liegen bei rund 15 kg CO_2äq/(a · m²). Wärmepumpen mit Photovoltaik, ob mit oder ohne Solarstromspeicher, emittieren je nach Bilanzierungslogik nur zwischen 11 und 6 kg CO_2äq/(a · m²). Beim geringeren Wert wird die Einspeisung des nicht selbst verbrauchten Solarstrom in das Netz zu 100% angerechnet. So wird nicht nur die Klimawirksamkeit des Teils des Stroms für die Wärmeerzeugung berücksichtigt, wie es die aktuelle GEG-Bilanzierung vorsieht, sondern der gesamte erzeugte Strom der Photovoltaikanlage.

In unsanierten Mehrfamilienhäusern liegen die Gesamtkosten für die Wärmepumpensysteme mit Photovoltaiknutzung auf einem vergleichbaren Niveau wie die der Gas-Brennwertgeräte. In diesen Gebäuden bestehen derzeit jedoch noch die größten wirtschaftlichen Hemmnisse für eine günstige und CO₂-arme Wärmeversorgung. Der Austausch der Heizsysteme ist tendenziell komplexer, die Anforderungen an Heiztemperaturen sind im nicht- und teilsanierten Altbau höher und damit auch die Anforderungen an das Heizungssystem. Dies führt zu höheren Betriebs- und Investitionskosten.

Kleine Neubauten: Luft-Wasser-Wärmepumpen am günstigsten
Für den Neubau wurden im Rahmen der Studie vier verschiedene Fallballspiele betrachtet: Jeweils ein Einfamilienhaus und Mehrfamilienhaus mit Dämmung nach Mindestwärmestandard sowie Effizienzhaus-55-Standard.

Bild 3 zeigt den ökonomischen und ökologischen Vergleich für das Fallbeispiel Einfamilienhaus mit Mindestwärmestandard. Im Neubau von Einfamilienhäusern sind Elektro-Wärmepumpen bereits heute die meistgenutzte Heizungstechnologie und können somit als Standardlösung für diesen Anwendungsbereich betrachtet werden. Grund hierfür sind neben den guten technischen Voraussetzungen auch die ökonomischen Vorteile vor allem aufgrund geringer Betriebskosten, wie der Vergleich der Systemvarianten zeigt. Meistens sind Photovoltaikanlagen ebenfalls Standard und unterstützen die Wirtschaftlichkeit positiv.

Die Kosten liegen bei 28 Euro/(a · m²) für Gasbrennwertsysteme mit Solarthermie und Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Luft -Wasser-Wärmepumpen mit Photovoltaikanlage, elektrischem Durchlauferhitzer und Abluftanlage kommen auf nur rund 25 Euro/(a · m²).

Zu den Treibhausgasemissionen: Gasbrennwertsysteme mit Solarthermie und Wärmerückgewinnungs-Lüftungsanlage kommen auf Emissionen von rund 21 kg CO_2äq/(a · m²). Luft -Wasser-Wärmepumpen mit Photovoltaikanlage, elektrischem Durchlauferhitzer und Abluftanlage dagegen glänzen mit einer positiven Jahresbilanz und weisen „negative“ Emissionen von rund 2 kg CO_2äq/(a · m²) auf, wenn die Einspeisung des nicht selbst verbrauchten Solarstrom in das Netz zu 100% angerechnet wird.

Beispiel Effizienzhaus-55-Standard (Bild 4): Die Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen wurde im Neubau durch Förderanreize für die Erneuerbaren-Energien-Klasse im Rahmen der Effizienzhaus-Förderung sowie durch die geringen Betriebskosten verbessert. Jedoch auch ohne diese kürzlich gestoppte Förderung sind Wärmepumpen hier noch die günstigste Option. Bei einem Haus mit einer Gebäudehülle nach Effizienzhaus 55-Standard liegen die Kosten der Luft – Wasser-Wärmepumpe mit Abluftanlage lediglich bei rund 23 Euro/(a · m²). Die Kosten der Gasbrennwertsysteme mit Solarthermie und Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung – diese Systeme genügen auch den primärenergetischen Anforderungen eines Effizienzhaus 55 – betragen dagegen rund 25,5 Euro/(a · m²).

Auch der Blick auf die CO₂-Emissionen ist interessant: Die Treibhausgasemissionen des Gasbrennwertsystems mit Solarthermie und Lüftungsanlage liegen im Effizienzhaus-55-Standard bei rund 15 kg CO_2äq/(a · m²). Die Luft -Wasser-Wärmepumpe in Kombination mit Photovoltaik und Abluftanlage weist wie beim Mindestwärmestandard-Einfamilienhaus minus 2 kg CO_2äq/(a · m²) „negative“ Emissionen auf.

Fazit
Ziel der Studie war es, einen fairen, transparenten Kostenvergleich zu erstellen und die Höhe der Treibhausgasemissionen zu berechnen. Die Resultate zeigen: Was die CO₂-Emissionen angeht, schneiden Wärmepumpen in allen Fällen deutlich besser ab als Gasbrennwertsysteme. Im Neubau ist die Wärmepumpentechnologie in allen Fällen wirtschaftlicher als Gasbrennwertkessel, insbesondere, wenn sie mit Photovoltaikanlagen kombiniert werden. Im Altbau sind die Kosten vergleichbar oder günstiger. Da die Investition in eine Heizung heute getätigt wird, aber die Kosten über die nächsten 20 Jahre anfallen, sollte dies von Fachplanern künftig bei der Beratung und Vorbereitung von Investitionsentscheidungen angemessen berücksichtigt werden.

Autor: Robert Meyer, Gebäudesystemtechnik, Abteilung Energieeffiziente Gebäude, Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE

www.ise.fraunhofer.de