Wärmepumpen heizen auch im Bestand effizient und klimafreundlich. Zu diesem Ergebnis kommt ein Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE. In dem Projekt nahmen die Forschenden vier Jahre lang detaillierte Messungen an 77 Wärmepumpen in Ein- bis Dreifamilienhäusern vor.
Wärmepumpen werden immer beliebter: Im ersten Halbjahr 2025 standen sie erstmals in der Geschichte des deutschen Heizungsmarkts an der Spitze der verkauften Heizungsanlagen. Damit haben sie Gasheizungen von Platz eins verdrängt. Im Neubau dominieren Wärmepumpen schon seit Jahren, fast 70 Prozent der im Jahr 2024 fertiggestellten Neubauten heizen mit einer Wärmepumpe. Hauseigentümerinnen und Hauseigentümer von älteren Bestandsgebäuden fragen sich aber noch immer, ob die Wärmeerzeuger auch bei ihnen effizient und klimafreundlich arbeiten können.
Diese Zweifel sind nicht angebracht – das zeigt das Forschungsprojekt „Wärmepumpen-Qualitätssicherung im Bestand“, kurz „WP-QS im Bestand“. „Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Wärmepumpen auch in älteren Gebäuden effizient betrieben werden können und dass sie klimaschonend heizen, ohne dass die Gebäude auf Neubaustandard saniert werden müssen“, sagt Danny Günther, Teamleiter „Wärmepumpen und Transformation Gebäudebestand“ am Fraunhofer ISE. „Wir haben aber auch Optimierungspotenziale aufgedeckt.“ Auf Basis der detaillierten Messdatenanalyse lasse sich nachvollziehen, welche Planungs- oder Installationsfehler besonders häufig auftreten und wo sich ineffizientes Betriebsverhalten zeigt, so Günther.
Jahresarbeitszahlen von 2,6 bis 5,4
In dem Forschungsprojekt hat das Fraunhofer ISE 77 Wärmepumpenheizungsanlagen unter realen Bedingungen überwacht. Die Effizienz der Wärmepumpen hat sich im Vergleich zum im Jahr 2019 abgeschlossenen Projekt „WPsmart im Bestand“ verbessert. Luft/Wasser-Wärmepumpen erreichen im Durchschnitt eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von 3,4. Sie erzeugen also aus einer Einheit Strom 3,4 Einheiten Wärme. Im Projekt zuvor lag der Schnitt noch bei 3,1. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe mit der niedrigsten Effizienz kam auf eine JAZ von 2,6, die mit der höchsten auf 4,9. Die im Schnitt effizienteren erdgekoppelten Anlagen weisen eine mittlere JAZ von 4,3 auf (zuvor 4,1). Die Bandbreite bei den Erdreichwärmepumpen reicht von 3,6 bis 5,4. Eine Korrelation zwischen Baujahr der Gebäude und Effizienz der Wärmepumpe konnte nicht festgestellt werden.
Die Untersuchung zeigte auch, dass ausreichend dimensionierte Heizkörper im Mittel mit ähnlich niedrigen Temperaturen betrieben werden können wie Flächenheizungen. Die Energieverbräuche der Elektroheizstäbe, die bei besonders kalten Temperaturen die Wärmepumpe unterstützen, spielen bei den vermessenen Anlagen eine untergeordnete Rolle, was allerdings auch mit den vergleichsweise milden Temperaturen in der vermessenen Periode zusammenhängt. Sie übernahmen bei den Luft/Wasser-Wärmepumpen lediglich 1,3 Prozent der elektrischen Arbeit, bei den Erdreichwärmepumpen lag der Anteil nahe null Prozent.
Treibhausgasemissionen: 57 bis 68 Prozent niedriger als bei Gas
Die effiziente Arbeitsweise der Wärmepumpen hat zur Folge, dass sie im Vergleich zu Erdgasheizungen deutlich klimafreundlicher sind. Zieht man den deutschen Strommix des vergangenen Jahres heran, ergibt sich für den untersuchten Wärmepumpenpool eine errechnete CO2-Vermeidung von 68 Prozent gegenüber Gasheizungen. Diese auf Jahreswerten beruhende Bilanzierung berücksichtigt jedoch nicht die unterjährige beziehungsweise untertägige Varianz der Wärmepumpeneffizienz sowie der Beiträge einzelner Kraftwerkstypen zur Stromproduktion.
Die Studie hat daher nun erstmals auch die viertelstündlich berechneten Emissionswerte im deutschen Strommix berücksichtigt. Das erlaubt, die Klimafreundlichkeit der Wärmepumpen präziser zu bewerten. Mit dieser dynamischen Bilanzierung sinkt die Einsparung zwar – aber nur leicht. Im Jahr 2024 lag der CO2-Ausstoß der untersuchten Wärmepumpen im Schnitt um 64 Prozent niedriger als bei Gasheizungen, vier Prozentpunkte weniger als bei der statischen Methode.
Kombination Wärmepumpe und Photovoltaik untersucht
Zusätzlich analysierten die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer ISE die Kombination von Wärmepumpen mit Photovoltaikanlagen. Ein klassischer Ansatz zur Erhöhung des Eigenverbrauchs lokal erzeugten PV-Stroms ist die Anhebung von Solltemperaturen bei überschüssigem PV-Strom. Die Wärmepumpe vermehrt mit Solarstrom zu betreiben, kann vorteilhaft sein: Solarstrom ist günstiger als Strom aus dem Netz, auch bei Wärmepumpentarifen. Wärmepumpen lassen sich so klimafreundlicher betreiben, gleichzeitig wird das Verteilnetz zu bestimmten Zeiten entlastet.
Die Ergebnisse der Untersuchung von sechs Wärmepumpen/PV-Kombinationen: Ohne Batterie erreichen Gebäude mit einer PV-Anlage 25 bis 40 Prozent Autarkie und 22 bis 37 Prozent Eigenverbrauch. Mit Batterie verschieben sich diese Bereiche mit Werten für die Gebäude-Autarkie von 32 bis 62 Prozent und für den Gebäude-Eigenverbrauch von 40 bis 83 Prozent deutlich nach oben.
Trotzdem gibt es Optimierungspotenzial
Trotz guter gemessener Effizienzwerte zeigte das Forschungsprojekt auch Optimierungspotenziale auf. Beispielsweise waren viele Wärmepumpen auf den Verbrauch bezogen überdimensioniert, auch die Schalthäufigkeiten lagen bei einigen Anlagen im sehr hohen Bereich. Bei einem Teil der Anlagen mit Kombispeichern wurde keine zuverlässige Trennung der Temperaturniveaus für Raumheizung und Trinkwassererwärmung realisiert, was in Teilen zu unnötiger Wärmebereitstellung auf Warmwasser-Temperaturniveau führte.
Basierend auf der Analyse der Messdaten und den Rückmeldungen der Akteure hat das Forschungsteam des Fraunhofer ISE daher im Abschlussbericht eine Prozessmatrix erstellt. Sie dokumentiert für die einzelnen Phasen Planung, Installation und Inbetriebnahme mögliche Qualitätsdefizite. Wie diese zu beheben sind, zeigen die Fachleute hier ebenfalls.
Die Ergebnisse und Empfehlungen aus dem Projekt enthalten wertvolle Erkenntnisse für Planer, Installateure und Betreiber von Wärmepumpensystemen. Neben dem Fraunhofer ISE waren zwei Energieversorger und neun Wärmepumpenhersteller an dem Vorhaben beteiligt. Es wurde vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWE gefördert. Die detaillierten Ergebnisse sind auf der Projektseite zu finden.