01.2020 - 09.2022

Wärmepumpen-Ampel

Räumlich hochaufgelöstes Potenzial für den Einsatz von Wärmepumpen in Deutschland zur Erreichung der Klimaziele

Das Projekt „Wärmepumpen-Ampel“ ermittelt technische Potenziale verschiedener Wärmepumpen-Technologien auf Einzelgebäude-Ebene in Deutschland. Ergebnis des Projekts ist neben einer bisher nicht existierenden Einsatzgrenze elektrischer Wärmepumpen eine Orientierungshilfe für Eigentümer:innen von Wohngebäuden in Form einer interaktiven Karte. Diese ist unter www.wärmepumpen-ampel.de erreichbar.

Motivation

Einer der größten Verursacher von Treibhausgasemissionen in Deutschland ist die Wärmeversorgung von Wohngebäuden durch die Verbrennung von Erdgas und Heizöl. Eine vielversprechende Alternative sind elektrische Wärmepumpen, welche auch in Bestandsgebäuden sinnvoll einsetzbar sind. Viele Studien fordern für den Klimaschutz eine hohe und zeitnahe Durchdringung des Wärmemarktes mit elektrischen Wärmepumpen.

Da bei der Wärmeversorgung mittels Wärmepumpe ein Großteil der benötigten Energie aus der direkten Umwelt des Gebäudes entzogen wird, hängen die Einsatzmöglichkeiten stark von lokalen Bedingungen ab. Beim Einbau einer elektrischen Wärmepumpe sind somit einige Restriktionen zu beachten. Diese Komplexität überfordert viele Gebäudeeigentümer:innen und steht der Wärmewende im Weg.

Zielsetzung

Das Projekt verfolgt mit der Analyse des Potenzials für die Wärmepumpen-Technologien Luft-Wärmepumpe, Erdsonden-Wärmepumpe, Erdkollektor-Wärmepumpe und Solar-Eisspeicher-Wärmepumpe zwei Ziele. Primär soll das deutschlandweite, technische Potenzial für Wärmepumpen ermittelt werden, welches für Forschung und Politik von hoher Relevanz ist. Darüber hinaus soll die Wärmepumpen-Ampel für möglichst jedes Wohngebäude im Bestand zeigen, welche der Wärmequellen Luft, Erde und Sonne ausreichen, um dessen Wärmebedarf mittels Wärmepumpe zu decken. Dies soll Gebäudeeigentümer:innen auf einfache Weise hilfreiche Impulse für einen aktiven Beitrag zur Wärmewende geben. Die Detailplanung von Wärmepumpenanlagen kann und soll hierdurch nicht ersetzt werden.

Methodik

Mithilfe eines Modells wird das Wärmequellenpotenzial von Luft, Erde und Sonne anhand von Geo- und Statistikdaten je Grundstück ermittelt. Die Eignung wird u.a. anhand des Abstands zu den Nachbargebäuden, der Grundstücksfläche und der Dachfläche ermittelt. Wenn das ermittelte Angebot größer als der Bedarf ist, dann eignet sich die Quelle für die Wärmeversorgung des Gebäudes. Die folgenden Schaubilder geben einen Überblick über die Ermittlung der verschiedenen Parameter.

Gesamtübersicht der Methodik zur Bestimmung der Eignung von Wohngebäuden für Wärmepumpen
Methodik des Gebäude-Modells zur Bestimmung der Wärmequellen-Nachfrage
Methodik des Luftwärme-Modells zur Bestimmung des Wärmequellen-Angebots durch Luft-Wärmepumpe
Methodik des Erdwärme-Modells zur Bestimmung des Wärmequellen-Angebots durch Erdsonden-Wärmepumpe
Methodik des Erdwärme-Modells zur Bestimmung des Wärmequellen-Angebots durch Erdkollektor-Wärmepumpe
Methodik des Solarwärme-Modells zur Bestimmung des Wärmequellen-Angebots durch Solar-Eisspeicher-Wärmepumpe

Methodik „Deep Dive“ Luftwärmepumpe

Ein Kriterium zur Installation von Luftwärmepumpen ist die Einhaltung von Schallschutz-Grenzwerten, da die Anlagen Lärm-Emissionen verursachen. Dabei spielt der Abstand des Anlagenstandorts zum nächsten Wohngebäude eine Rolle. Dieser wurde mithilfe eines Algorithmus anhand von Geodaten auf Einzelgebäudeebene ermittelt. Dazu wurden Anlagenstandorte um das Gebäude herum interpoliert und für jeden der Standorte der Abstand zum nächsten Nachbarn und somit der limitierende Abstand ermittelt, wie die untenstehende Abbildung zeigt. Der am besten geeignete Standort ist in der Abbildung grün hervorgehoben. Reflexionsanfällige Standorte (rote Schraffur) wurden mit einem Malus belegt. Für die weitere Berechnung wurde jedoch nicht der beste Standort ausgewählt, sondern der Median, weil der beste Standort möglicherweise oft nicht realisiert werden kann, da er im Modell z.B. direkt vor der Haustüre sein könnte. Zudem wurden an Straßen gelegene Standorte bevorzugt, weil diese oft in der Praxis realisiert werden. So sollen realistische Annahmen bzgl. der Akzeptanz in das Modell einfließen.

Abbildung: Ermittlung von Abständen zwischen Standorten für Luftwärmepumpen und Nachbarwohngebäuden (Gebäude: OpenStreetMap Mitwirkende)

Ergebnisse

Die Ergebnisse lassen sich in die folgenden fünf Kernaussagen zusammenfassen. Da sich die Potenziale der einzelnen Wärmepumpen-Technologien überschneiden, ergibt sich ein Gesamtpotenzial von 75 %.

Abbildung: Potenzial von Wärmepumpen in Wohngebäuden je untersuchter Technologie

Methodik und Ergebnisse entstanden im Rahmen des Promotionsvorhabens von Simon Greif (Dissertation wird demnächst veröffentlicht).

Webtool für Gebäudeeigentümer:innen

Um Gebäudeeigentümer:innen eine Orientierungshilfe zur Verfügung zu stellen, wurde ein Webtool entwickelt, das die Eignung von Wohngebäuden für die untersuchten Wärmepumpen-Technologien in einer interaktiven Karte darstellt. Das Tool ist unter www.wärmepumpen-ampel.de erreichbar. Die folgende Abbildung zeigt einen Screenshot der Anwendung.

Abbildung: Interaktive Karte mit Ausweisung der Eignung der verschiedenen Wärmepumpen-Technologien je Gebäude

Förderung und Projektpartner

Das Projekt wird von der Stiftung Energieforschung Baden-Württemberg (SEF-BW) gefördert und von den Lechwerken (LEW), den Stadtwerken München (SWM) und Viessmann unterstützt.