Wie effizient arbeiten Wärmepumpen tatsächlich?

W?rmepumpen sind in der Schweiz aktuell die gefragteste W?rmequelle. Seit dem Jahr 2000 hat sich ihre Anzahl vervielfacht und jedes f¨¹nfte Geb?ude wird mittlerweile mit einer beheizt. Die Anlagen leisten einen bedeutenden Beitrag zum gesamtgesellschaftlichen Netto-Null-Ziel. Sie erh?hen aber auch den Strombedarf. Entsprechend wichtig ist ihr effizienter Betrieb. Ob die Anlagen richtig eingestellt sind, ist f¨¹r die meisten Besitzer oft nicht ersichtlich. Das Vertrauen und die Akzeptanz f¨¹r den Einsatz der klimafreundlichen Technologie h?ngt aber von ihrer Effizienz ab, da sie sich unmittelbar in den Stromkosten widerspiegelt.

Europaweite Feldstudie nimmt Effizienz unter die Lupe

In der bisher gr?ssten Feldstudie haben Forschende der ETH Z¨¹rich den effizienten Betrieb von W?rmepumpen untersucht. Zwei Jahre lang haben sie die Daten von 1023 Anlagen in zehn europ?ischen L?ndern, darunter Deutschland, ?sterreich, Niederlande, Schweden, D?nemark, Frankreich und Grossbritannien in Echtzeit ausgelesen. Ziel der Studie war es, ein System zu entwickeln, um die Anlagen standardisiert miteinander zu vergleichen, obwohl sie in unterschiedlichen Geb?uden installiert sind. Zwar waren die Daten nur von einem Hersteller zug?nglich, die Autoren der Studie gehen aber von einer ?bertragbarkeit aus. ?Unsere Ergebnisse k?nnen allgemein ausgelegt werden, weil die erhobenen Daten und Algorithmen ausschliesslich auf physikalischen Messwerten wie der Vorlauftemperatur oder dem Energieverbrauch basieren?, sagt Tobias Bruderm¨¹ller, einer der Hauptautoren.

Erhebliche Energieverluste

W?hrend des Beobachtungszeitraums zeigten sich erhebliche Leistungsunterschiede. Die Anlagen mit dem niedrigsten Wirkungsgrad lagen zum Teil um das Zwei- bis Dreifache unter denjenigen mit dem h?chsten Wirkungsgrad. Siebzehn Prozent der Luftw?rmepumpen unterschritten sogar die europ?ischen Effizienzstandards.

Durch eine Optimierung der Heizkurveneinstellung liesse sich dieses Problem f¨¹r viele Anlagen l?sen. Dar¨¹ber hinaus zeigen die ETH-Forschenden in ihrer Studie, dass jede zehnte Anlage ¨¹berdimensioniert war. F¨¹r die vorherrschenden Geb?udebedingungen h?tte auch eine leistungsschw?chere Anlage gereicht, die weniger Strom verbraucht h?tte. Immerhin waren nur ein Prozent unterdimensioniert, was zur Folge haben kann, dass die Anlagen ¨¹berlastet werden und schneller kaputtgehen. ?Auch wenn uns bekannt war, dass fehlerhafte Planungen und Einstellungen bei W?rmepumpen keine Seltenheit sind, hat uns ¨¹berrascht, wie stark sich dies im tats?chlich erzielten Effizienzniveau widerspiegelt und wie klar das in den Daten sichtbar wird?, sagt Thorsten Staake, Co-Leiter des Bits to Energy Labs der ETH Z¨¹rich.

W?rmepumpen in der Schweiz k?nnten effizienter sein

Bereits 2023 hat Tobias Bruderm¨¹ller in Zusammenarbeit mit Industriepartnern, dem Bundesamt f¨¹r Energie und den Elektrizit?tswerken des Kantons Z¨¹rich (EKZ) ?hnliche Studien in der Schweiz durchgef¨¹hrt. Grundlage bildeten dabei Stromverbrauchsdaten von Schweizer Haushalten, die mit Smart Metern ausgestattet waren und mit K¨¹nstlicher Intelligenz ausgewertet wurden. Hierbei zeigte sich, dass bei 41 Prozent der 410 untersuchten Anlagen die Heizkurve zu hoch eingestellt war und die W?rmepumpen einen unn?tig hohen Temperaturhub erzeugen mussten. In 36 Prozent der F?lle war die Nachtabsenkung aktiviert, was zur Abk¨¹hlung der Geb?ude und einem h?heren Nachheizen f¨¹hrte. In 26 Prozent der F?lle war die Heizgrenze zu hoch angesetzt, sodass die Anlagen l?nger in Betrieb waren als es angesichts der Aussentemperatur erforderlich war.

Digitale Werkzeuge n?tig

Um die Effizienz ¨¹ber den gesamten Lebenszyklus sicherzustellen, schlagen die Autoren der Studie vor, die ?berwachung der Anlagen europaweit zu standardisieren. ?Noch fehlen aber die Rahmenbedingungen f¨¹r technische Standards, die der Vielfalt realer Geb?udesituationen gerecht werden?, sagt Bruderm¨¹ller.

Mit der Entwicklung ihrer Algorithmen wollen sie Haushalte gezielt ¨¹ber das Optimierungspotenzial von W?rmepumpen informieren. Dabei er?ffnen vor allem Sensordaten internetf?higer Heizger?te und Smart Meter neue M?glichkeiten. ?Sie helfen den Besitzern, ihre Anlagen besser kennenzulernen, die Stromkosten zu senken und die Zufriedenheit mit den Anlagen zu steigern. Das f¨¹hrt dazu, dass sie sich schneller durchsetzen und die Klimaziele erreicht werden k?nnen?, sagt Bruderm¨¹ller und Elgar Fleisch f¨¹gt hinzu: ?W?rmepumpen sind bereits eine fortschrittliche Technologie f¨¹r klimafreundliches Heizen. Der n?chste Schritt besteht darin, ihren Betrieb noch intelligenter und effizienter zu gestalten. Unsere Feldstudien schaffen die Grundlage daf¨¹r, dass dieser Fortschritt schnell in den Haushalten ankommt und sich direkt in sinkenden Stromkosten bemerkbar macht.?