Ein effizientes Trio: Heizungsherd, PV-Anlage und Wärmepumpe

Gastbeitrag: Lena Niemann, Enpo Wärmepumpen   13.10.2023 

Wärmepumpen

Wärmepumpenheizungen gelten als eine Schlüsseltechnologie in der Klimawende. Bei niedrigen Außentemperaturen jedoch stößt das Heizen mit Umweltwärme an seine Grenzen. In Verbindung mit einem Heizungsherd ergänzen sich die Systeme, wenn sich Betrieb der Wärmepumpe aus wirtschaftlichen und ökologischen Gründen nicht lohnt. Wie genau das funktioniert, warum das zusätzliche Einbinden einer PV-Anlage Sinn machen kann und was es bei der Kombination der Systeme zu beachten gilt. 

Spätestens seit dem Heizungsgesetz der Ampelkoalition ist die Wärmepumpe in aller Munde. Mit ihr lässt sich Wärme aus natürlichen Energiequellen wie dem Grundwasser, dem Erdreich oder der Luft gewinnen. Dabei absorbiert die Wärmepumpe Umweltwärme aus einer der genannten Quellen und hebt sie auf ein höheres Temperaturniveau.

Herausforderungen bei niedrigen Temperaturen

So ganz ohne externe Energie kommt die Wärmepumpe allerdings doch nicht aus. So benötigt sie für die Temperaturanhebung Strom. In einem gut gedämmten Neubau gewinnt eine Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom ein Vielfaches an Wärme. Dieses Verhältnis drückt die Jahresarbeitszahl (JAZ) aus, eine wichtige Kennzahl zur Beurteilung der Effizienz von Wärmepumpen. Eine Jahresarbeitszahl von 3 beispielsweise bedeutet, dass die Heizung aus einer Kilowattstunde Strom drei Kilowattstunden Wärme gewinnt.

Je niedriger das Gefälle zwischen der gewünschten Raumtemperatur und der aktuellen Außentemperatur, desto effizienter arbeitet eine Wärmepumpenheizung. Genau das stellt sie an kalten Tagen vor Herausforderungen. Um große Temperaturdifferenzen zu überbrücken, benötigt die Wärmepumpe deutlich mehr Energie. Mit abnehmender Außentemperatur wird das Verhältnis vom eingesetzten Strom zu erzeugter Wärme immer unattraktiver. Das Problem verstärkt sich in Bestandsimmobilien mit einem geringen Dämmstandard. Ab einem gewissen Grad ist das Heizen mit Umweltwärme weder wirtschaftlich noch ökologisch sinnvoll.

Bivalente Heizung: Heizungsherd und Wärmepumpe

Um auch in Wintermonaten wirtschaftlich und nachhaltig heizen zu können, bietet sich die Kombination einer Wärmepumpe mit einem Heizungsherd an. Letzterer heizt auch dann effizient, wenn die Wärmepumpe aufgrund niedriger Außentemperaturen an ihre Leistungsgrenze stößt. Fachleute sprechen hier von einer bivalenten Heizung. Es handelt sich um ein Heizsystem, das zwei Technologien gewinnbringend miteinander kombiniert.

Auf diese Weise lässt sich das Haus das ganze Jahr lang umweltfreundlich und kostengünstig heizen. Zu diesem Ergebnis kommt auch eine Studie der Initiative Pro Schornstein (IPS) mit dem Titel „Einsatz von Wärmepumpen in Verbindung mit Holzfeuerstätten im Neubau von Wohngebäuden“. Demnach lässt sich mit einem Heizungsherd als Bestandteil der Zentralheizung ein Gesamtdeckungsanteil von bis zu 31 Prozent erreichen. So lässt sich rund ein Drittel des Bedarfs an Raumwärme und Warmwasser effizienter über den Heizungsherd decken als mit einer Wärmepumpenheizung. 

Darüber hinaus bietet eine Holzfeuerstätte als Zusatzheizung weitere Vorteile. Sie reduziert die Abhängigkeit von schwankenden Strompreisen und nutzt einen schadstoffarmen, nachwachsenden Brennstoff. Anders als bei Strom, den Eigentümer im Moment des Verbrauchs beziehen müssen, lässt sich Holz strategisch einkaufen. Darüber hinaus schafft das prasselnde Herdfeuer ein wohliges Ambiente und steigert den Wert des Gebäudes.

Einbindung in die Zentralheizung

Um eine Holzfeuerstätte hydraulisch an die Zentralheizung anbinden zu können, benötigt diese eine Wassertasche und einen Wärmetauscher. Die durch den Herd erzeugte Wärme überträgt der Wärmetauscher auf Wasser als Transportmedium. So lässt sich die erzeugte Wärme dem Heizkreis zuführen. 

Ein Pufferspeicher dient dazu, Schwankungen beim Wärmebedarf auszugleichen. Er speichert das erwärmte Wasser und macht es zu einem späteren Zeitpunkt verfügbar. So stehen Raumheizung und Warmwasser auch dann zur Verfügung, wenn der Heizungsherd nicht brennt.

Mit einer PV-Anlage Autarkiegrad weiter erhöhen

Gerade mit zunehmender Elektrifizierung des Wärmebedarfs, ist mit steigenden Strompreisen zu rechnen. Zudem stammt der Strom häufig aus Kohlekraftwerken, was dessen Einsatz ökologisch fragwürdig macht.

Dabei benötigt nicht nur die Wärmepumpe, sondern auch der Heizungsherd Strom. Letzterer überträgt die durch ihn erzeugte Wärme auf eine Wärmeträgerflüssigkeit, bestehend aus Wasser und einem Frostschutzmittel. Um diese Wärmeträgerflüssigkeit durch den Heizkreislauf zu bewegen kommen Pumpen zum Einsatz. Deren Antrieb benötigt Strom. So ist es wichtig, dass die Pumpen, die das Heizwasser kreiseln lassen, ständig in Betrieb sind. Solange geheizt wird, also das Feuer brennt, muss das Wasser bewegt werden. Andernfalls drohen Rohrbrüche, da die Temperatur in den Rohren zu hoch wird und trotz thermischer Ablaufsicherung Schäden wie Leckagen entstehen können. Der Strombedarf der Pumpen beträgt etwa 100 Watt pro Stunde. Die Pumpen laufen im Schnitt etwa 6.000 Stunden pro Jahr. Was für den Heizungsherd gilt, gilt ebenso für Kamin- oder andere Arten von wasserführenden Holzöfen.

Um einen möglichst hohen Autarkiegrad zu erreichen, lässt sich das Heizungssystem durch eine PV-Anlage von einem bivalenten zu einem multivalenten Heizsystem ausbauen. Die Solaranlage erzeugt mittels Sonnenenergie Strom, der sich zum Antrieb von Wärmepumpe und Heizungsherd nutzen lässt.

Solarspeicher gleicht Volatilität aus

Um überschüssig produzierten Solarstrom zu speichern und bei späterem Bedarf zur Verfügung zu stellen, macht der zusätzliche Einbau eines Solarspeichers Sinn. So produziert die Solaranlage vor allem dann grünen Strom, wenn der Bedarf im Haushalt gering ausfällt. Während tagsüber eine Großteil der Bewohner außer Haus ist, steigt der Strombedarf am Abend. Das ist der Zeitpunkt, an dem die meisten Hausbewohner die Heizung aufdrehen und der Stromverbrauch für Wärmepumpe und Heizungsherd steigt.

Ein Solarspeicher gleicht diese Volatilität aus und sorgt so für einen möglichst hohen Anteil an selbst genutzten Strom. Laut Fraunhofer Institut für Solarenergiesysteme lässt sich mit einem Solarspeicher allein der Eigenverbrauch der Wärmepumpe von 25 Prozent auf bis zu 60 Prozent erhöhen.

Hohen Anschaffungskosten stehen Förderungen und geringe Betriebskosten gegenüber

Eine multivalente Zentralheizung aus Heizungsherd, Wärmepumpe und PV-Anlage reduziert den ökologischen Fußabdruck und Heizkosten auf ein Minimum. Gleichzeitig machen sich Eigentümer weitestgehend unabhängig von Energieversorgern.

Den niedrigen Betriebskosten stehen allerdings vergleichsweise hohe Anschaffungskosten gegenüber, da hier Kosten für drei Systeme gleichzeitig anfallen. Derzeit winken jedoch attraktive staatliche Förderungen von bis zu 40 Prozent der Investitionssumme. Aufgrund steigender Energiekosten und da davon auszugehen ist, dass Externalitäten wie die CO2-Emissionen immer stärker auf den Verbrauch umgelegt werden, zieht das den Amortisationszeitpunkt von unabhängigen, energieeffizienten Systemen immer weiter nach vorne.