Technologieübersicht Erneuerbares Heizen und Kühlen

Dossier

Technologieübersicht
Technologieübersicht Erneuerbares Heizen und KühlenDossier

Erneuerbares Heizen und
Kühlen
Zusammenstellung deutscher Erfahrung im Hinblick auf die
Übertragung in die Türkei

Zusammenstellung deutscher Erfahrung im Hinblick auf die
Übertragung in die Türkei

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Impressum

Herausgeber
Deutsche Energie-Agentur GmbH (dena)
Chausseestraße 128 a
10115 Berlin
Tel: +49 (0)30 66 777 - 0
Fax: + 49 (0) 66 777 - 699
E-Mail: info@dena.de
Internet: www.dena.de

Autoren
Oliver Buchin
Heiner Wilkens

Auftraggeber
Dr. Karsten Lindloff, dena
Susanne Schmelcher, dena
Maike von Krause-Kohn, dena
Peter Pannier, dena

Stand: 03/2020
Alle Rechte sind vorbehalten. Die Nutzung steht unter
Zustimmungsvorbehalt der dena.

3

Inhaltsverzeichnis

 Inhaltsverzeichnis ..................................................................................................................................................................... 3
 Abkürzungen ............................................................................................................................................................................. 5
 Abbildungsverzeichnis ............................................................................................................................................................. 6
 Tabellenverzeichnis .................................................................................................................................................................. 7
 1 Einleitung.......................................................................................................................................................................... 8
 1.1 Hintergrund ................................................................................................................................................................... 8
 1.2 Zielsetzung des Dossiers.............................................................................................................................................. 8
 1.3 Erneuerbares Heizen und Kühlen in der Türkei ........................................................................................................ 9
 1.4 Technologieübersicht ................................................................................................................................................. 10
 1.5 Struktur der Steckbriefe und Bewertung der Konzepte ........................................................................................ 11
 2 Steckbrief Heizen mit gebäudenaher Umweltwärme ............................................................................................... 14
 2.1 Funktionsweise ........................................................................................................................................................... 14
 2.2 Nachhaltigkeit ............................................................................................................................................................. 16
 2.3 Resilienz ....................................................................................................................................................................... 17
 2.4 Wirtschaftlichkeit ........................................................................................................................................................ 17
 2.5 Übertragbarkeit .......................................................................................................................................................... 18
 2.6 Beispielanwendungen ................................................................................................................................................ 18
 2.7 Bewertungsmatrix ...................................................................................................................................................... 19
 3 Steckbrief Heizen mit Ab- und Umweltwärme........................................................................................................... 20
 3.1 Funktionsweise ........................................................................................................................................................... 20
 3.2 Nachhaltigkeit ............................................................................................................................................................. 22
 3.3 Resilienz ....................................................................................................................................................................... 23
 3.4 Wirtschaftlichkeit ........................................................................................................................................................ 23
 3.5 Übertragbarkeit .......................................................................................................................................................... 23
 3.6 Beispielanwendungen ................................................................................................................................................ 24
 3.7 Bewertungsmatrix ...................................................................................................................................................... 25
 4 Steckbrief Heizen mit Biomasse und Solarthermie .................................................................................................. 26
 4.1 Funktionsweise ........................................................................................................................................................... 26
 4.2 Nachhaltigkeit ............................................................................................................................................................. 28
 4.3 Resilienz ....................................................................................................................................................................... 29
 4.4 Wirtschaftlichkeit ........................................................................................................................................................ 29
 4.5 Übertragbarkeit .......................................................................................................................................................... 30
 4.6 Beispielanwendungen ................................................................................................................................................ 30
 4.7 Bewertungsmatrix ...................................................................................................................................................... 31
 5 Steckbrief Solarthermisches Kühlen ........................................................................................................................... 32

4

 5.1 Funktionsweise ........................................................................................................................................................... 32
 5.2 Nachhaltigkeit ............................................................................................................................................................. 35
 5.3 Resilienz ....................................................................................................................................................................... 35
 5.4 Wirtschaftlichkeit ........................................................................................................................................................ 36
 5.5 Übertragbarkeit .......................................................................................................................................................... 37
 5.6 Beispielanwendungen ................................................................................................................................................ 37
 5.7 Bewertungsmatrix ...................................................................................................................................................... 38
6 Steckbrief Geothermisches Heizen und Kühlen ........................................................................................................ 39
 6.1 Funktionsweise ........................................................................................................................................................... 39
 6.2 Nachhaltigkeit ............................................................................................................................................................. 41
 6.3 Resilienz ....................................................................................................................................................................... 41
 6.4 Wirtschaftlichkeit ........................................................................................................................................................ 41
 6.5 Übertragbarkeit .......................................................................................................................................................... 42
 6.6 Beispielanwendungen ................................................................................................................................................ 43
 6.7 Bewertungsmatrix ...................................................................................................................................................... 44
7 Steckbrief Solarelektrisches Kühlen ............................................................................................................................ 45
 7.1 Funktionsweise ........................................................................................................................................................... 45
 7.2 Nachhaltigkeit ............................................................................................................................................................. 48
 7.3 Resilienz ....................................................................................................................................................................... 48
 7.4 Wirtschaftlichkeit ........................................................................................................................................................ 48
 7.5 Übertragbarkeit .......................................................................................................................................................... 49
 7.6 Beispielanwendungen ................................................................................................................................................ 49
 7.7 Bewertungsmatrix ...................................................................................................................................................... 50
Quellenverzeichnis ................................................................................................................................................................. 51
Glossar ..................................................................................................................................................................................... 52

5

Abkürzungen

AHK Deutsch-Türkische Industrie- und Handelskammer
BAFA Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle
BHKW Blockheizkraftwerk
BMWi Bundesministerium für Wirtschaft und Energie
BWP Bundesverband Wärmepumpe e. V.
COP Leistungszahl (engl. Coefficient of Performance)
dena Deutsche Energie-Agentur
EEG Erneuerbare-Energien-Gesetz
EEWärmeG Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz
FKW halogenierter Fluorkohlenwasserstoff
Fm Festmeter
HFKW teilhalogenierter Fluorkohlenwasserstoff
JAZ Jahresarbeitszahl
KfW Kreditanstalt für Wiederaufbau
KWKK Kraft-Wärme-Kälte-Kopplung
MAP Marktanreizprogramm
ORC Organic Rankine Cycle
PV Photovoltaik
SGK Sorptionsgestützte Klimatisierung
WP Wärmepumpe

6

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1 Entwicklung der Wärmeerzeugung in der Türkei nach Brennstoffen ....................................................... 9
Abbildung 2 Entwicklung des Stromverbrauchs in der Türkei .......................................................................................... 9
Abbildung 3 Technologiekombinationen .......................................................................................................................... 10
Abbildung 4 Beispiel eines „Performance Wheel“ ............................................................................................................ 11
Abbildung 5 Wärmepumpenanlage am GALAB-Unternehmensstandort in Hamburg ............................................... 14
Abbildung 6 Gesamtbewertung für das Konzept „Heizen mit gebäudenaher Umweltwärme“ ................................. 14
Abbildung 7 Vereinfachte Darstellung der Energieflüsse bei der gebäudeintegrierten Wärmepumpe ................... 15
Abbildung 8 Heizzentrale mit Wärmepumpe und Puffer-speicher und Hybridkollektoren ....................................... 19
Abbildung 9 Großwärmepumpe in Berlin-Lichtenberg ................................................................................................... 20
Abbildung 10 Gesamtbewertung für das Konzept „Heizen mit Abwärme und Umweltwärme“ .................................. 20
Abbildung 11 Vereinfachte Darstellung der Energieflüsse bei der Großwärmepumpe ................................................ 21
Abbildung 12 Komponenten der Großwärmepumpe in der Kraftwerksanlage Wien Simmering ............................... 24
Abbildung 13 Hackschnitzelverbrennung und -lager......................................................................................................... 26
Abbildung 14 Gesamtbewertung für das Konzept „Heizen mit Biomasse und Solarthermie“ ..................................... 26
Abbildung 15 Vereinfachte Darstellung der Energieflüsse beim Heizen mit Biomasse und Solarthermie ................. 27
Abbildung 16 Die Abbildung entspricht dem Konzept des Bioenergiegenossenschaft Mengsberg ............................ 30
Abbildung 17 Absorptionskälteanlage als Kernkomponente des solarthermischen Kühlens...................................... 32
Abbildung 18 Gesamtbewertung für das Konzept „Solarthermisches Kühlen“.............................................................. 32
Abbildung 19 Hauptkomponenten und Energieflüsse beim solarthermischen Kühlen ................................................ 32
Abbildung 20 Solarthermische Vakuumröhrenkollektoren auf einem Gebäude ........................................................... 34
Abbildung 21 Schwimmbad als Anwendungsbeispiel für sorptionsgestützte Klimaanlagen ....................................... 35
Abbildung 22 Solarkollektorfeld im Umweltbundesamt Dessau ..................................................................................... 38
Abbildung 23 Das Nesjavellir-Geothermie-Kraftwerk in Thingvellir, Island .................................................................... 39
Abbildung 24 Gesamtbewertung für das Konzept „Geothermisches Heizen und Kühlen“ .......................................... 39
Abbildung 25 Hauptkomponenten und Energieflüsse beim geothermischen Kühlen .................................................. 40
Abbildung 26 Energiezentrale der Geothermieanlage Unterföhring und Bohrung der Dublette ................................ 43
Abbildung 27 PV-Anlage und Splitmodul zum Kühlen auf einem Dach .......................................................................... 45
Abbildung 28 Gesamtbewertung für das Konzept „Solarelektrisches Kühlen" .............................................................. 45
Abbildung 29 Hauptkomponenten und Energieflüsse beim solarelektrischen Kühlen ................................................ 46
Abbildung 30 Kompressionskälteanlage in prozesstechnischer Anwendung und Splitgeräte .................................... 46

7

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Bewertungsmatrix zum „Heizen mit gebäudenaher Umweltwärme“ ......................................................... 19
Tabelle 2 Typische Temperaturniveaus von Wärmepumpen ....................................................................................... 21
Tabelle 3 Bewertungsmatrix zum „Heizen mit Abwärme und Umweltwärme“ .......................................................... 25
Tabelle 4 Bewertungsmatrix zum „Heizen mit Biomasse und Solarthermie“ ............................................................. 31
Tabelle 5 Typische Temperaturniveaus in Absorptionskälteanlagen ........................................................................... 34
Tabelle 6 Bewertungsmatrix zum „Solarthermischen Kühlen” ..................................................................................... 38
Tabelle 7 Bewertungsmatrix zum „Geothermischen Heizen und Kühlen“ .................................................................. 44
Tabelle 8 Bewertungsmatrix zum „Solarelektrischen Kühlen“ ...................................................................................... 50

8

1 Einleitung
Das Deutsch-Türkische Energieforum wurde im Jahr 2012 von den Regierungen beider Länder
gegründet. Seitdem arbeitet die Deutsche Energie-Agentur (dena) für das Bundesministerium für
Wirtschaft und Energie (BMWi) mit zahlreichen Akteuren aus Politik und Wirtschaft beider Länder
in den Handlungsfeldern erneuerbare Energien, Energieeffizienz sowie Energieinfrastruktur und
Sektorkopplung zusammen und trägt zu einem strukturierten Austausch sowie Wissenstransfer
bei. Als Co-Chair in diesen Arbeitsgruppen bearbeitet sie gemeinsam mit den Vertretern des
türkischen Energieministeriums und in Kooperation mit der Deutsch-Türkischen Handelskammer
(AHK) die Themen in den drei von der dena betreuten Arbeitsgruppen.

1.1 Hintergrund Winter kalt und trocken. Die Niederschlagsmenge
 variiert ebenfalls stark je nach Region von 250 mm im
Die Arbeitsgruppen des Deutsch-Türkischen Energie- Südosten bis zu 2.500 mm im Nordosten und in den
forums verfolgen das Ziel, zu aktuellen Fragen der Gebirgsebenen. Zudem ist zu beachten, dass die Türkei
Energiepolitik einen intensiven Austausch zu den in vielen Gebieten erdbebengefährdet ist.
zentralen Fragen der Energiewende aufzubauen und in
den zentralen Handlungsfeldern für die Moderni- Dieses Dossier stellt Technologien und deren Poten-
sierung und die gesteigerte Wertschöpfungskette des tiale im Bereich des erneuerbaren Kühlen und Heizens
türkischen Energiesektors einzusetzen. dar, ordnet sie bestimmten Klimazonen zu und gibt
 Hinweise zu den in Deutschland geltenden Regulie-
Die weitere Erschließung der großen Potentiale an rungen zu bestimmten Anwendungen sowie auf die
erneuerbaren Energien in der Türkei, der erheblichen Marktsituation.
Potentiale für Energieeffizienz in allen Verbrauchs-
sektoren sowie die Ausgestaltung der Energieinfra- 1.2 Zielsetzung des Dossiers
struktur und die Integration erneuerbarer Energien in
den Energiemarkt versprechen einen wichtigen Beitrag Zielstellung des Dossiers ist es, relevante Informatio-
für die Erreichung der Energieziele der türkischen nen zu Technologien für das erneuerbare Heizen und
Regierung zu leisten. Kühlen in kompakter Form zu vermitteln. Der Begriff
 Technologie bezeichnet in diesem Dossier das in Form
Die durch die Arbeitsgruppen unterstützte Aktivierung von technischen Bauteilen oder technischen Anlagen
und Einbindung von Unternehmen und Institutionen umgesetzte Wissen zur Energieumwandlung. Beispiele
aus beiden Ländern soll sicherstellen, dass Ideen eines für Technologien sind Solarthermieanlagen, welche
breiten Stakeholder-Kreises eingebunden und ihre Solarstrahlung auf Heizmedien übertragen, oder Sorp-
Expertise und Praxiserfahrungen berücksichtigt tionskälteanlagen, die einen warmen Wasserstrom
werden. nutzen, um Kaltwasser bereitzustellen.

Das Potential für den Einsatz von erneuerbaren In einem Energiekonzept werden geeignete
Energien zum Heizen und Kühlen ist sehr groß. Hierfür Technologien miteinander verknüpft, um Energie-
stehen verschiedene Technologien zur Verfügung, die dienstleistungen bereitzustellen. Energiedienst-
in Deutschland bereits erfolgreich eingesetzt werden. leistungen können das Heizen oder Kühlen von
Eine besondere Herausforderung stellt das Kühlen dar: Räumen, das Erwärmen von Trinkwasser oder die
Heute werden in der Türkei 16 Prozent des Strom- Luftentfeuchtung sein. So wird im Konzept solar-
verbrauchs zur Kühlung verwendet. Solares Kühlen thermisches Kühlen die Technologie der Solarthermie-
kann bis zu 60 Prozent des Energieeinsatzes einsparen. anlage mit der Technologie der Sorptionskälteanlage
Zudem gibt es hierfür viele verschiedene Technologien, zu einem Energiekonzept verknüpft, um mit Solar-
deren Verwendung je nach Ausgangssituation sinnvoll strahlung zu kühlen. Erneuerbare Energiekonzepte
ist. Solares Kühlen hat ein großes Potential in sonnigen nutzen hauptsächlich erneuerbare Energiequellen.
Regionen, da dort das Kühlen einen noch größeren Gegenüber Standardtechnologien lässt sich durch
Anteil am Energieverbrauch hat. diese Konzepte eine signifikante Reduktion der
 CO2 Emissionen erreichen. Beispielsweise kann das
Aufgrund der Größe des Landes gibt es in der Türkei Konzept „solarthermisches Kühlen“ mit nur etwa 10
eine große Anzahl unterschiedlicher Klimazonen. In Prozent der CO2-Emissionen des Alternativkonzeptes
den Küstenregionen überwiegt ein mediterranes Klima. „Kühlen mit Erdgas“ umgesetzt werden.
Milde und feuchte Winter sowie lange und heiße
Sommer dominieren. In Zentralanatolien sind die

9

Ein praxisorientierter Ansatz wird verfolgt, indem
sinnvolle Technologiekombinationen in beispielhaften
erneuerbaren Energiekonzepten dargestellt werden. Es
werden sechs Konzepte in Form von Steckbriefen
dargestellt. Die gewählte Darstellungsform ermöglicht
es, die Technologien bezüglich der Kriterien Nach-
haltigkeit, Resilienz, Regionalität und Wirtschaft-
lichkeit zu bewerten. Zusätzlich werden Hinweise für
die Übertragbarkeit der Konzepte und Technologien
in die Türkei gegeben.

1.3 Erneuerbares Heizen und Kühlen in
der Türkei
 Abbildung 1 Entwicklung der Wärmeerzeugung in der
Im Zuge der Energiewende erreichen zunehmend mehr Türkei nach Brennstoffquellen; Daten IEA
Technologien und Konzepte eine technische Entwick-
lungsreife, durch welche ihr Einsatz energetisch und Laut Daten der IEA werden weltweit ca. 6 Prozent des
wirtschaftlich in Betracht gezogen wird. Während die Strombedarfs für die Klimatisierung aufgewendet.
Erzeugung erneuerbaren Stroms bereits weit verbreitet Selbst unter Einbezug zukünftiger Effizienzsteige-
ist, rücken die Nutzungsmöglichkeiten für erneuerbare rungen der aktuell verwendeten Technologien wird für
Wärme derzeit in den politischen Förderfokus. Wohn- und Nichtwohngebäude ein Sprung von
Aufgrund der geografischen Lage wird das Potential für weltweit 2.020 TWh im Jahr 2016 auf 6.200 TWh im
die Nutzung erneuerbarer Energien als hoch Jahr 2050 projiziert. Der Anteil des Endenergiebedarfs
eingeschätzt (Deutsche Energie-Agentur GmbH, 2013). an Strom, welcher für die Klimatisierung eingesetzt
 wird, kann abhängig von der Region auf 10 Prozent bis
Das Land liegt auf Höhe des 40. Breitengrades fast 16 Prozent steigen (IEA Data Services, 2020).
südöstlich von Europa, wobei ein Großteil des Landes
dem asiatischen Kontinent zugeordnet wird. Die
nördliche Grenze bildet das Schwarze Meer, im Süden
und Westen befindet sich das Mittelmeer. Auf Höhe
von Istanbul sowie in der nördlichen Türkei grenzen die
eurasische und die anatolische Platte aneinander.

Solare Potentiale sind aufgrund der nördlichen Lage
zum Äquator im Süden höher als im Norden des
Landes. Im Schnitt werden sie mit ca. 1.300 kWh/m²a
angegeben. Das Potential für Energiepflanzen wird
auf 75 PJ/a (ca. 21 TWh/a) geschätzt. Das technische
Potential zur Wärmegewinnung aus Geothermie wird
auf 31.500 MW (276 TWh) beziffert, wobei ein Großteil
der Quellen im Westen vorhanden sind (alle Werte,
(Deutsche Energie-Agentur GmbH, 2013)).
 Abbildung 2 Entwicklung des Stromverbrauchs in der
Der türkische Endenergiebedarf hat sich seit 2000 Türkei; Daten IEA
erhöht. Der Wärmebedarf ist von ca. 4,5 TWh/a 2000
auf ca. 14,5 TWh im Jahr 2010 gestiegen. Seit 2010 ist
der Anteil von anderen Quellen (Biogas, Abwärme, Diese Entwicklungen sind für die Energieversorgung
Weitere) für die Wärme gegenüber Gas und fossilen der Länder auf verschiedenen Ebenen eine Heraus-
Primärenergieträgern (Öl, Kohle) weiter gestiegen. Der forderung. Um das Stromnetz zu entlasten und
Bruttostromverbrauch stieg stetig von rund 2.311 (im Lastspitzen abfangen zu können, sind neue Konzepte
Jahr 2010) auf 2.896 (im Jahr 2016) kWh je Einwohner notwendig. Das Erschließen der regenerativen
(Wirtschaftskammer Österreich, 2019). Energiequellen zum Heizen und Kühlen ist mittels
 verschiedener Konzepte möglich, welche sich in
 Marktreife und Erprobungsstand z. T. deutlich
 unterscheiden.

10

1.4 Technologieübersicht sorptionsgestützten Klimatisierung (Sorptionsent-
 feuchtung) Anwendung finden. Auf dieses wird
Wie der Titel des Dossiers bereits vermittelt, lassen sich ebenfalls innerhalb des Steckbriefes eingegangen.
die Konzepte in die Bereiche Heizen und Kühlen
unterteilen. Ein weiteres wichtiges Unterscheidungs- Geothermisches Heizen und Kühlen ist in der Türkei
merkmal ist der Gebäudebezug. Werden erneuerbare in den geothermisch aktiven Gebieten interessant. Die
Quellen in unmittelbarer Nähe des zu konditionie- Großtechnologie ist für die netzbasierte Versorgung
renden Gebäudes erschlossen, werden diese Konzepte von dichten Siedlungsstrukturen geeignet. Der
als gebäudeintegrierte Konzepte bezeichnet. In Steckbrief beleuchtet die Risiken der geothermischen
dichten Siedlungsstrukturen sind netzbasierte Technologien und zeigt auf, welche sich davon
Konzepte meist vorteilhafter, weil die zentralen nachhaltig implementieren lassen.
Erschließungstechnologien im größeren Maßstab
effizienter und wirtschaftlicher umsetzbar sind. Das Konzept Solarelektrisches Kühlen ist sowohl
 netzbasiert als auch gebäudeintegriert umsetzbar und
Die gewählten Konzepte beinhalten Kerntechnologien wird im letzten Steckbrief erläutert. Grundlegend sind
für das erneuerbare Heizen und Kühlen. Das Heizen Photovoltaikanlagen, die Kompressionskälteanlagen
mit gebäudenaher Umweltwärme ist ein gebäude- antreiben.
integriertes Konzept zur Wärmeversorgung und
Trinkwasserbereitung von Ein- und Mehrfamilien- Weitere Technologiekombinationen sind möglich und
häusern insbesondere in weniger dichten Siedlungs- eine umfassende Darstellung der Vielzahl an Umwand-
gebieten. Die Kerntechnologie Wärmepumpe lungstechnologien ist im Rahmen dieses Dossiers nicht
ermöglicht es, Umweltwärme gebäudenah aufzu- darstellbar. Der Vollständigkeit halber sollen jedoch
werten. Die Wärmepumpe gilt daher als Schlüssel- weitere Kombinationen von erneuerbaren Quellen und
technologie der Wärmewende. Sie ermöglicht eine Umwandlungstechnologien aufgezeigt werden.
Verknüpfung der Wärmeerzeugung mit einer auf
erneuerbaren Quellen beruhenden Stromerzeugung.
Im Steckbrief werden die vielfältigen Varianten der
Wärmepumpen und aktuelle Entwicklungen
präsentiert.

In dichten Siedlungsstrukturen mit bestehenden Nah-
und Fernwärmenetzen ist das Heizen mit Abwärme
und Umweltwärme und die Einbindung von Solar-
thermie ein geeigneter Ansatz, um bestehende Fern-
wärmenetze nachhaltiger zu nutzen. Mit Großwärme-
pumpen kann die Abwärme von Kraftwerks- und
Industrieprozessen oder die Energie von Flusswasser
oder dem Erdreich genutzt werden, um über das
Leitungsnetz größere Quartiere mit Wärme zu
versorgen. Gleichzeitig können fossile Kraftwerke
effizienter betrieben werden.
 Abbildung 3 Technologiekombinationen, G = gebäude-
 integriert, N = netzbasiert, Farben: rot = Heizen,
In kleineren Siedlungsstrukturen ist das Heizen mit
 blau = Kühlen. Fett umrandete Kombinationen werden im
Biomasse und Solarthermie geeignet, weil oft
 Dossier behandelt.
entsprechende land- und forstwirtschaftliche
Strukturen vorhanden sind. Auch hier können
 Wie der Matrix zu entnehmen ist, werden die
Nahwärmenetze vorteilhaft genutzt werden. Der Technologien zur Erschließung der ersten sechs
Steckbrief fokussiert auf die Nutzung von Biomasse in Quellen in den Steckbriefen erläutert. Bis auf die
größeren Kesselanlagen für die netzbasierte Gasabsorptionswärmepumpe werden auch alle
Wärmeversorgung. Umwandlungstechnologien mit abgedeckt. Diese
 Technologie wurde als Brückentechnologie zur
Solarthermisches Kühlen wird durch die Kombination
 effizienteren Nutzung von Erdgas entwickelt, konnte
von Solarwärme- mit Sorptionsanlagen ermöglicht. Es
 sich allerdings am Markt nicht durchsetzen.
können damit Klima- oder Prozesskälte erneuerbar
 Erneuerbare Gase, wie Biogas und Wasserstoff und die
bereitgestellt werden. Die Technologievarianten der
 damit verbundenen Technologien, wie Blockheiz-
thermisch angetriebenen Kälteerzeugung werden für
 kraftwerk und Brennstoffzellen als Kraft-Wärme-
gebäudeintegrierte Konzepte dargestellt. Bei einem
 Kopplungstechnologien werden im Rahmen dieses
hohen Entfeuchtungsanteil bei der Klimatisierung kann
auch das technologisch verwandte Verfahren der

11

Dossier nicht behandelt, da die anderen Technologien Um sowohl für die konkreten Praxisprojekte als auch
für die Türkei interessanter erscheinen. für die generischen Handlungskonzepte eine einheit-
 liche Bewertung zu ermöglichen, die eine indikative
Als Grundsatz aller technologischen Konzepte sollte die Aussage zur Werthaltigkeit eines Ansatzes sowie eine
Maximierung der Energieeinsparungen auf der daraus abgeleitete Priorisierung erlaubt, wird mit Hilfe
Nutzerseite gelten. Das bedeutet, dass Maßnahmen der Likert-Skala eine Bewertung in die folgenden fünf
ausgenutzt werden, um den Wärmebedarf und/oder Bewertungsgruppen vorgenommen.
den Kältebedarf eines Gebäudes durch passive
Maßnahmen zu reduzieren. Als passive Maßnahmen  Gruppe 1: Nachhaltigkeit
gelten u.a. die Gebäudedämmung, das Ausnutzen von  Gruppe 2: Resilienz
solaren Gewinnen, Verschattung, Nachtlüftung, Aus-
  Gruppe 3: Regionalität
nutzung von natürlicher Konvektion und nächtlicher
Abstrahlung. In vielen Fällen kann durch eine geeignete  Gruppe 4: Wirtschaftlichkeit
Kombination der passiven Maßnahmen auf die techno-  Gruppe 5: Übertragbarkeit
logischen Energiedienstleistungen verzichtet werden.
 Bestandteil dieser Bewertungsgruppen sind jeweils vier
1.5 Struktur der Steckbriefe und unterschiedliche Merkmale, zu denen eine positive
Bewertung der Konzepte Bewertungsthese ausformuliert ist. Die Bewertung der
 Aussage wird anhand der folgenden Skala gemessen
 und mit Punkten quantifiziert:
Die Steckbriefe beschreiben zuerst die Funktionsweise
der Kerntechnologien. Dies beinhaltet ein Funktions-
  trifft nicht zu (0 Punkte)
schema, die Beschreibung wichtiger Komponenten und
Kennzahlen sowie Hinweise zu Betriebsgrenzen und  trifft eher nicht zu (1 Punkt)
alternativen Technologien.  teils-teils (2 Punkte)
  trifft eher zu (3 Punkte)
Alle Steckbriefe sind mit einem vereinfachten Schema
  trifft zu (4 Punkte)
illustriert, um die wesentlichen Energieströme darzu-
stellen. Hierbei kennzeichnen Pfeile die Energie-
 Zwischen den Merkmalen einer Bewertungsgruppe
ströme. Die Richtung der Pfeile symbolisiert die Fließ-
 findet keine Gewichtung statt. Die gesammelten
richtung der Energie, beim Kühlen von der gekühlten
 Informationen werden in übersichtlicher Form anhand
Umgebung zur Kühltechnologie, beim Heizen von der
 eines „Performance Wheel“, eines kreisförmigen
Heizquelle zum Abnehmer, bei der Stromquelle vom
 Balkendiagramms, dargestellt. Die Höhe der Balken
Netz zum Verbraucher. Die Stärke der Pfeile kann als
 entspricht der Bewertung der einzelnen Merkmale
maßstäbliche Größe der transportierten Energiemenge
 innerhalb der Gruppen. Jeweils am Ende der Steck-
verstanden werden, sodass die Verhältnisse der
 briefe befindet sich die ausführliche Bewertungs-
Energiemengen leicht erfasst werden können.
 tabelle.

Die Farbgebung der Pfeile symbolisiert die relevanten
Temperaturniveaus.

➡ Rote Pfeile weisen auf hohe Temperaturen
 hin, die entweder durch eine Umwandlungs-
 technologie benötigt werden oder direkt zum
 Heizen genutzt werden können.

➡ Grüne Pfeile weisen auf ein niedriges Tem-
 peraturniveau hin, welches nicht zum Heizen
 oder Kühlen genutzt werden kann. Beispiele
 sind Umwelt- und Abwärme.

➡ Blaue Pfeile weisen auf nutzbare Energie-
 ströme mit niedrigen Temperaturen zum
 Kühlen hin.
 Abbildung 4 Beispiel eines „Performance Wheel“

➡ Gelbe Pfeile zeigen einen elektrischen Strom-
 fluss und werden aufgrund der Energieform Als Bewertungsgrundlage in den fünf Kategorien
 zusätzlich mit einem Blitzsymbol (↯)
 dienen die folgenden, näher ausgeführten,
 gekennzeichnet.
 Bewertungsmerkmale.

12

1.5.1 Nachhaltigkeit B - Netzunabhängigkeit: „Das System ist nicht auf
 eine Netzinfrastruktur angewiesen.“
Es werden folgende Bewertungsmerkmale Energiequellen werden von dem System selbst genutzt
herangezogen: (Solarthermie, Umweltwärme). Dadurch besitzt das
 System einen hohen Selbstversorgungsanteil. Die
A - CO2-Neutralität: „Das Konzept ist so wie Netzinfrastruktur ist nicht oder nur in sehr geringem
beschrieben CO2-neutral.“ Maße für den Betrieb erforderlich und dient nicht als
Das Konzept verursacht innerhalb der Bilanzgrenze Backupsystem.
keine CO2-Emissionen. CO2-Emissionen des
vorgelagerten Energieerzeugungssystems sind nicht C - Netzeinspeisung: „Das Konzept ermöglicht eine
berücksichtigt. Einspeisung ins Netz.“
 Regenerativ erzeugte Überschüsse können in das Netz
B - Treibhausgase: „Die Emission von weiteren eingespeist werden. Dadurch kann die Verwendung
Treibhausgasen wird vermieden.“ fossiler Primärenergieträger für den Energiemix
Neben CO2 werden keine weiteren Treibhausgase in reduziert werden.
den Konzepten freigesetzt (F-Gase, Methan,
Schwefelhexaflourid). F-Gase werden z. B. in D - Robustheit: „Die Technologie ist wenig störanfällig
Kompressionskälteanlagen und Kompressions- und wartungsarm.“
wärmepumpen verwendet. Methan entsteht Die Teilkomponenten sind im Einsatz erprobt und
hauptsächlich bei der Biogaserzeugung und kann bei weisen nur geringe Störanfälligkeit auf. Die Techno-
der Förderung von Thermalwasser in geothermischen logie ist wartungsarm und kann im Zweifel mit ein-
Kraftwerken freigesetzt werden. fachen Mitteln instandgesetzt werden.

C - Systemunabhängigkeit: „Die Erzielung einer CO2- 1.5.3 Regionalität
Reduktion ist unabhängig vom Energiesystem.“
Eine Abhängigkeit ist beispielsweise gegeben, wenn Es werden folgende Bewertungsmerkmale heran-
Einflüsse durch einen veränderten Strommix einen gezogen:
Effekt auf die Höhe der CO2-Vermeidung der
Maßnahme haben. Ein erneuerbares Versorgungs- A - Schadstoffreduktion: „Lokal werden keine Schad-
konzept (z. B. mit einer Wärmepumpe) kann durch eine stoffe emittiert.“
Transformation des Energieversorgungssystems
 Das Konzept hilft bei der Senkung der lokalen Schad-
insgesamt CO2-neutral werden.
 stoffemissionen, bspw. durch die Vermeidung des
 Ausstoßes von Feinstaub.
D - Umweltverträglichkeit: „Das Konzept hat keine
nachteiligen Auswirkungen auf die Umwelt.“
 B - Akzeptanz: „Das Konzept wird breit akzeptiert oder
Die Anwendung des Konzeptes hat neben der lässt sich mit Zusatznutzen umsetzen.“
Treibhauswirkung keine negativen Umwelteinflüsse.
 Das Konzept besitzt nur wenige negative Auswirkungen
Bestandteile und technische Komponenten können in
 und wird daher von der Bevölkerung positiv aufge-
bestehende Infrastruktur (Keller, Dächer) integriert
 nommen. Beispielsweise können Energiezentralen mit
werden.
 Begegnungsstätten zum Erfahrungsaustausch (z. B.
 zum Energiesparen) kombiniert werden. Der Aufbau
1.5.2 Resilienz von Wärme- oder Kältenetzen kann mit dem Ausbau
 anderer leitungsgebundener Infrastruktur kombiniert
Es werden folgende Bewertungsmerkmale heran- werden.
gezogen:
 C - Lokale Wertschöpfung: „Die lokale Wirtschaft
A - Netzdienlichkeit: „Energiebedarf oder –bereit- profitiert durch das Konzept.“
stellung können an äußere Bedingungen angepasst Die lokale bzw. kommunale Wertschöpfung wird
werden.“ gesteigert. Es entstehen Arbeitsplätze in der Region
Flexibilitätsoptionen bestehen bspw. durch zeitliche und es ist davon auszugehen, dass die Steuerein-
Lastverschiebung, kurzfristige Energiespeicherung oder nahmen steigen.
Verschiebung von Energieflüssen zu anderen Energie-
infrastrukturen. Dadurch kann die Auslastung der D - Erzeugung: „Regenerative Quellen werden vor Ort
bestehenden Energieinfrastrukturen verbessert und genutzt.“
der Anteil regenerativer Energien erhöht werden. Regenerative Quellen werden für das Konzept lokal
 genutzt. Der Energiebedarf kann vor Ort bereitgestellt
 und gesichert werden.

13

1.5.4 Wirtschaftlichkeit Erreichung von Energiewende- und Klimaschutzziele
 unterstützt.
Folgende Bewertungsmerkmale werden herangezogen:
 1.5.5. Übertragbarkeit
A - Unabhängigkeit: „Die Wirtschaftlichkeit des
Projektes ist unabhängig von Förderprogrammen.“ Folgende Bewertungsmerkmale werden herangezogen:
Politische Rahmenbedingungen bestimmen den Grad
der Wirtschaftlichkeit aller Energiewandlungsformen. A - Marktreife: „Die verwendeten Technologien sind
Um das Konzept im Markt zu etablieren und die Kosten erprobt und es besteht eine vielfältige Anbieterbasis.“
durch Skaleneffekte zu reduzieren, werden keine
zusätzlichen Förderprogramme benötigt. Die zur Umsetzung des Konzepts benötigten Techno-
 logien sind (weltweit) am Markt verfügbar, ggf. not-
B - Zukunftsfähigkeit: „Unter veränderten wendige Zulassungen liegen vor. Es besteht eine große
umweltdienlichen Rahmenbedingungen bleibt der Anbietervielfalt und ausreichend hohe Lieferfähigkeit,
Endenergiepreis wettbewerbsfähig.“ um einen breiten Einsatz des Konzepts zu ermöglichen.
Viele externe Kosten, welche bei der Energie- Die eingesetzten Technologien bieten eine hohe
versorgung anfallen, werden nicht auf den Energiepreis Investitionssicherheit.
umgelegt (CO2-Bepreisung, Endlagerung von
 B - Einsetzbarkeit: „Das Konzept ist kurz- bis
Atommüll). Unter der Annahme, dass politische
 mittelfristig in einer Vielzahl von Orten umsetzbar.“
Rahmenbedingungen geschaffen werden, welche
primär dem Schutz der Natur dienen, ist davon Das Konzept kann in unterschiedlichen Implemen-
auszugehen, dass dieses Projekt auch in der Zukunft tierungsumgebungen eingesetzt werden. Es bestehen
wirtschaftlich ist. keine spezifischen lokalen, geologischen oder infra-
 strukturellen Voraussetzungen. Das Konzept passt sich
C - Investitionssicherheit: „Das Konzept besitzt ein an lokale Spezifika an. Die Umsetzbarkeit ist nicht von
geringes Anwendungsrisiko.“ knappen Ressourcen oder spezifischen Genehmigun-
Das Konzept ist technologisch ausgereift und gen bzw. langwierigen Planungsverfahren abhängig.
praxiserprobt, sodass geringe finanzielle Risiken
 C - Herstellung: „Fertigungs- und Produktions-
bestehen.
 knowhow ist vorhanden.“
D - Nutzwert: „Das Konzept ist aus volkswirtschaft- Großteile der für das Konzept benötigten Kompo-
licher Perspektive zur Erreichung der Energiewende- nenten könnten innerhalb der Türkei produziert
und Klimaschutzziele vorteilhaft.“ werden.
Das Konzept verursacht geringere CO2-Vermeidungs-
 D - Geografie: „Die geografischen Randbedingungen
kosten als alternative erneuerbare Konzepte, die eine
 wirken sich vorteilhaft auf das Konzept aus.“
vergleichbare Energiedienstleistung erbringen. Es hat
durch die höhere Kosteneffizient einen positiven Das Konzept besitzt durch die geografischen
gesamtwirtschaftlichen Effekt aufweist und die Randbedingungen in der Türkei ein höheres Potential
 angewandt zu werden als in Deutschland. Eine
 Übertragung ist allein deshalb vorteilhaft.

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2 Steckbrief Heizen mit gebäudenaher
Umweltwärme
Wärmepumpen stellen eine Kerntechnologie zur regenerativen Wärmeversorgung im Gebäude-
bereich dar. Das gebäudeintegrierte Konzept nutzt Umgebungsluft, das Erdreich oder Solar-
kollektoren als lokale Wärmequellen. Wärmepumpen werden mit elektrischer Energie ange-
trieben. Um als erneuerbar zu gelten, sind diese daher auf einen hohen erneuerbaren Stromanteil
im Netz angewiesen. Wärmepumpen sind für alle Leistungsklassen erhältlich. Es ist auf eine
möglichst effiziente Wärmeverteilung und auf ein niedriges Temperaturniveau im Verteilsystem
zu achten. Reversible Wärmepumpen können auch zum Kühlen genutzt werden. Durch die in der
Türkei vorliegenden Randbedingungen mit geringerem Heizenergiebedarf und hohen Kühllasten
sind diese Typen besonders geeignet.

 Wärme an den Heizkreis ab und verflüssigt dabei. Ein
 elektrisch angetriebener Verdichter (Kompressor)
 fördert das dampfförmige Arbeitsmittel vom Nieder-
 druck zum Hochdruck. Wärmepumpen werden nach
 der Umweltquelle und dem Heizkreisfluid unter-
 schieden. Übliche Kategorien sind Luft-Wasser-,
 Wasser-Wasser-, Sole-Wasser- und Luft-Luft-Wärme-
 pumpen.

Abbildung 5 Wärmepumpenanlage am GALAB-
Unternehmensstandort in Hamburg (©Bundesverband
Wärmepumpe (BWP) e. V.)

2.1 Funktionsweise

Kernkomponente der Wärmepumpe ist ein elektrisch
angetriebener Kompressor. Dieser ermöglicht es
Energie von einer Quelle niedriger Temperatur auf ein
hohes Temperaturniveau zu bringen. Es kann dadurch
Umweltwärme genutzt werden, z. B. aus dem Erdreich, Abbildung 6 Gesamtbewertung für das Konzept „Heizen
der Luft oder solarer Einstrahlung. Die Wärmepumpe mit gebäudenaher Umweltwärme“
besteht aus zwei wesentlichen Bestandteilen: einem
Kompressormodul und einem Wärmekollektor zur
 Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe wird Außenluft
Aufnahme der Umweltwärme (siehe Abbildung 7).
 als Wärmequelle genutzt. Diese Wärme wird über den
 internen Kreisprozess an den Wasserkreis auf hohem
2.1.1 Wärmepumpen Temperaturniveau abgegeben und kann zum Heizen
 verwendet werden. Vom technischen Aufwand her ist
Im Wärmepumpenprozess wird ein Arbeitsmittel die Nutzung der Außenluft am einfachsten, weil sie
(ein dampfförmiges bzw. flüssiges Medium) auf einem überall ausreichend verfügbar ist. Luft-Wasser-Wärme-
Nieder- und einem Hochdruckniveau genutzt. Auf dem pumpen sind daher die im Neubau aktuell am meisten
Niederdruckniveau kann die Flüssigkeit Umweltwärme genutzte Technologie. Nachteilig ist die Temperatur-
bei niedrigen Temperaturen aufnehmen und ver- änderung der Außenluft im Jahresverlauf und die ggf.
dampft, auf dem Hochdruckniveau gibt der Dampf die störende Geräuschentwicklung.

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Abbildung 7 Vereinfachte Darstellung der Energieflüsse bei der gebäudeintegrierten Wärmepumpe. Umweltwärme wird
durch die elektrisch angetriebene Wärmepumpe im Gebäude für Heizung und Trinkwarmwasser aufgewertet.

Bei sinkenden Außentemperaturen gehen Leistung
und Energieeffizienz der Wärmepumpe zurück, JAHRESARBEITSZAHL (JAZ)
gleichzeitig steigt der Wärmebedarf für die Gebäude-
heizung an. Bei Verdampfungstemperaturen unter 0 °C
bildet sich Eis am Luft- Wärmekollektor. Dieser muss
dann regelmäßig abgetaut werden, was zu zusätzlichen
Effizienzeinbußen führt.
 Die Jahresarbeitszahl kennzeichnet die Effizienz eines
In Luft-Luft-Wärmepumpen wird die Energie direkt Wärmepumpensystems. Sie ist das Verhältnis von
auf die Raumluft übertragen. Diese Geräte sind erzeugter Wärme (Nutzen) zur eingesetzten elektrischen
entweder auf eine zentrale Lüftungsanlage angewiesen Energie (Aufwand) in einem Jahr. Die Jahresarbeitszahl
 wird stark durch die Quellentechnologie beeinflusst.
oder sie werden nur dezentral zur Einzelraumkondi-
 Mittlere JAZ von installierten Anlagen und deren Band-
tionierung eingesetzt. Mit diesen Anlagen kann kein breite wurden in Feldtests ermittelt (Miara & Günther,
Trinkwarmwasser bereitet werden. Derartige Anlagen 2019):
sind in Deutschland daher nicht verbreitet. Im Bereich
der Raumkühlung kommt der thermodynamische  3,0 (2,6...4,0) für Luft-Wasser-WP
Prozess allerdings in Form sogenannter Split-
  3,7 (3,2…4,6) für Wasser-Wasser WP und Sole-Wasser
Klimageräte zum Einsatz.
 WP

In Wasser-Wasser-Wärmepumpen wird Grundwasser Die Zahlen berücksichtigen den Aufwand für den
 Verdichter, die Steuerung, den Wärmekollektor (Pumpe,
als Wärmequelle genutzt. Für die Nutzung von Grund-
 oder Ventilator) und die elektrische Nachheizung. Die
wasser sind zwei Brunnen erforderlich, einer für die
 große Bandbreite zeigt, dass für einige Systeme noch
Förderung und einer für die Wiedereinbringung des hohes Optimierungspotential besteht.
Wassers. Grundwasser hat den Vorteil, dass ganzjährig
sehr konstante Temperaturen vorliegen. Die Effizienz
der Wärmepumpe ist folglich höher als bei Luft-
Wasser-Wärmepumpen. Berücksichtigt werden
 2.1.2 Gebäudeintegrierte Stromerzeugung
müssen jedoch die Sekundärstromverbräuche für die
Förderpumpen.
 Die elektrisch betriebenen Wärmepumpen können
Bei Sole-Wasser-Wärmepumpen wird das Erdreich als sinnvoll mit Photovoltaik (PV)-Anlagen kombiniert
Wärmequelle genutzt. Ein Wärmeträgermedium (die werden. Besonders in den Sommermonaten mit hoher
Sole) wird durch eine Erdsonde oder durch Erdkol- solarer Stromerzeugung kann der Strom z. B. für die
lektoren gepumpt und nimmt die Wärme des Erdreichs Warmwasserbereitung genutzt werden. In diesem Fall
auf. Die Temperaturen des Erdreichs sind ähnlich zum kann der eigenerzeugte, günstigere PV-Strom
Grundwasser, weshalb die Sole-Wasser-Wärme- verwendet werden. Ein sinnvolles Regelungskonzept
pumpen ebenfalls eine hohe Effizienz aufweisen. Eine sollte hier den aktuellen Stromüberschuss
neuere Technologie sind Sole-Wasser-Wärmepumpen berücksichtigen.
mit im Erdreich verbauten oder mit integriertem
Eisspeicher und mit solarthermischen Kollektoren 2.1.3 Weitere Systemkomponenten
(vertiefende Erklärung siehe Beispielanwendung).
 Besondere Systemkomponenten sind nicht erfor-
 derlich. Insbesondere bei Wärmepumpensystemen
 beeinflusst das periphere Heizungsverteilsystem die

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Effizienz entscheidend. Vorteilhaft sind 2.2 Nachhaltigkeit
Heizungssysteme, welche die Wärme auf niedriger
Temperatur übertragen können. In Frage kommen Wärmepumpen sind eine nachhaltige Form für das
Fußboden- und Flächenheizungen, aber auch Konvek- Heizen und Kühlen, wenn der Strom aus erneuerbaren
tor-Heizkörper mit Gebläseunterstützung. Wichtig ist, Quellen stammt. Sie könnten bis 2050 etwa 90 Prozent
die Heizkörper hydraulisch abzugleichen, so dass alle der Niedertemperaturwärme in Gebäuden bereit-
Heizkörper möglichst niedrige Rücklauftemperaturen stellen (Henning & Palzer, 2015). Hierbei ist insbeson-
liefern. dere auf den saisonalen Aspekt zu achten. Wird der
 erneuerbare Anteil im Strommix hauptsächlich aus
2.1.4 Betriebsgrenzen solarer Energie gewonnen, ist eine Gleichzeitigkeit mit
 dem Wärmebedarf nicht gegeben. Ein massiver Zubau
Wärmepumpen im Gebäudebereich sind auf niedrige an Wärmepumpen müsste dann durch eine gesteigerte
Rücklauftemperaturen angewiesen. Daher ist gerade Nutzung der anderen Stromquellen kompensiert
im Neubau und bei sanierten Gebäuden eine werden. In Deutschland ist erneuerbares Heizen mit
Verwendung sinnvoll, weil die Temperaturniveaus im Wärmepumpen daher besonders auf das Potential der
Heizungssystem oft geringer sind. Im unsanierten (Offshore-)Windkraft, auf die saisonale Speicherung
Gebäudebestand mit sehr hohem Wärmebedarf und solarer Energie (z. B. mittels Carnot-Batterien oder
hohen Vorlauftemperaturen ist ein Einsatz mit großen Warmwasserspeichern) oder auf Abwärme
sinnvoller Effizienz oft nur schwer zu realisieren. Feste angewiesen.
Betriebsgrenzen sind jedoch nicht vorhanden.
 Das Heizen mit Wärmepumpen ist vorteilhaft, wenn
 der Ausstoß an Treibhausgasen geringer ist als der der
 BIVALENZPUNKT Referenztechnologie (z. B. Erdgaskessel). In Deutsch-
 land liegt der auf die Energiemenge bezogene
 Emissionsfaktor für CO2 im Mittel bei etwa 500 g CO2
 für eine Kilowattstunde Strom (Icha, 2019). Mit einer
 Wärmepumpe werden aus einer Energieeinheit Strom
 etwa 3 bis 4 Einheiten Wärme. Für dieselbe Menge an
 Wärmepumpen werden auf regional typische Tempera- Wärme müssten mit Erdgas ohne Umwandlungs-
 turbereiche (in Deutschland ca. -5 °C bis 5 °C Außen- verluste mind. 600-800 g CO2 ausgestoßen werden. Die
 temperatur) ausgelegt. In diesem Bereich arbeiten sie Wärmepumpentechnologie ist mit 50 g CO2 bezüglich
 sehr effizient. An besonders kalten Wintertagen reicht die
 ihres Treibhaus-Potentials bereits leicht im Vorteil und
 Heizleistung dann jedoch nicht mehr aus. Die Außen-
 wird diesen zukünftig durch einen höheren Anteil
 temperatur, an dem die maximale Heizleistung der
 Wärmepumpe erreicht wird, ist der sogenannte Bivalenz- erneuerbaren Stroms im Netz und durch effizientere
 punkt. Unterhalb dieses Bivalenzpunktes muss ein zu- Wärmepumpen weiter ausbauen können.
 sätzliches Heizsystem die restliche Heizlast decken. Oft
 werden elektrische Heizstäbe, ein Kamin oder Heizkessel Aktuell werden Wärmepumpen fast ausschließlich mit
 genutzt. fluorierten Kältemitteln (FKW, HFKW) betrieben, die ein
 sehr hohes Treibhauspotential besitzen, wenn diese
 durch Leckagen oder bei der Entsorgung in die Atmo-
 sphäre gelangen. Neue Wärmepumpen können dieses
2.1.5 Alternative Verfahren Risiko durch hermetisch abgeschlossene Verdichter
 und geringere Füllmengen reduzieren. Alternativen zu
 den fluorierten Kältemitteln sind natürliche Kältemittel,
Als erneuerbare Alternative für gebäudeintegrierte
 wie Ammoniak, CO2 und die Kohlenwasserstoffe Pro-
Konzepte ist auch eine Holzfeuerung mit Scheitholz-
 pan, Propen und Isobutan. Diese sind weniger klima-
oder Pelletkesseln möglich. Vorteilhaft ist in diesem
 schädlich, sind jedoch mit technischen Herausforde-
Fall, dass auch höhere Temperaturen im Wärmenetz
 rungen, wie Explosionsgefahr und hohen Drücken,
erreicht werden können. Hiermit sind dann eher
 verbunden (Müller, Paatzsch, & Rölling, 2016). Einige
Bestandsgebäude mit hohen Vorlauftemperaturen
 Hersteller arbeiten bereits mit natürlichen Kältemitteln,
auszustatten. Nachteilig ist die Bevorratung des
 jedoch eher bei Wärmepumpen größerer Leistungs-
Brennstoffs, der lokale Ausstoß an Feinstäuben und die
 klasse (z. B. Frigopol, Johnson Controls).
nicht vorhandene Kühlfunktionalität.

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2.3 Resilienz Wärmepumpen sind entwickelt und bei einem Großteil
 der Wärmepumpen implementiert. Netzdienliche
Wärmepumpen erzeugen Wärme (und ggf. Kälte) für Wärmepumpen werden mit dem SG-Ready oder mit
vergleichsweise träge Anwendungen. Durch VHPready oder EEBUS Label gekennzeichnet.
Ausnutzung dieser Trägheit können Lasten zeitlich
verschoben werden. Einerseits können die Wärme- 2.4 Wirtschaftlichkeit
pumpen ausgeschaltet werden, wenn zu einem
späteren Zeitpunkt mehr Erneuerbare im Netz Die Investitionskosten werden stark von den Erschlie-
erwartet werden oder sie können eingeschaltet ßungskosten der Quelle bestimmt: am teuersten sind
werden, wenn dadurch das Zuschalten fossiler Erdsonden und Erdkollektoren, Luft ist am günstigsten
Kraftwerke reduziert wird. Die Stabilität des Netzes zu erschließen. Die Investitionskosten von Wärme-
wird durch diesen Freiheitsgrad erhöht. Die pumpen sind höher als bei Erdgas-Kesseln (Brennwert-
Ansteuerung erfolgt durch den Netzbetreiber. Geräte) jedoch geringer als vergleichbare erneuerbare
Entsprechende Standards zur Ansteuerung der Technologien. Im Neubau sind Luft-Wasser-Wärme-
 pumpen mittlerweile die meistverbreitete Heiztech-
 nologie.
 SMART-GRID READY LABEL
 Die Betriebskosten werden von der Effizienz bestimmt
 und sind somit von den Temperaturniveaus von Quelle
 und Senke beeinflusst. Wärmepumpen mit Erdsonden,
 Erdkollektoren und Grundwasser weisen niedrigere
 Betriebskosten auf, weil sie deutlich effizienter sind als
 Das Label kennzeichnet Wärmepumpen, die das Strom- Wärmepumpen, die mit Luft als Wärmequelle arbeiten.
 netz unterstützen können. Durch den Netzbetreiber Eine detaillierte Planung, ordnungsgemäße Bau-
 können vier Betriebszustände angesteuert werden: ausführung und ein nachgeliefertes Monitoring ist für
 den effizienten Anlagenbetrieb wesentlich (Miara &
 1. Normalbetrieb mit Speicherladung,
 Günther, 2019). Der Planungsaufwand für die Anlagen-
 2. optional verstärkter Betrieb,
 technik unter üblichen Einsatzbedingungen ist mittler-
 3. verstärkter Betrieb und
 4. Sperrbetrieb (max. 2 Stunden). weile als gering einzustufen, weil die Planung software-
 gestützt erfolgt. Auch der Wartungsbedarf der Anlagen-
 Mit Betriebszustand 2 und 3 können erneuerbare Strom- technik ist als gering einzuschätzen, denn gegenüber
 überschüsse durch Lastanhebung genutzt werden, d.h. den Verbrennungstechnologien entfällt die regel-
 erneuerbare Energien müssen nicht abgeregelt werden. mäßige Prüfung des Abgasstrangs.
 Betriebszustand 4 dient dazu die Last im Netz zu senken
 und den Verbrauch fossiler Energieträger zu reduzieren. Die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpen ist damit von
 der Wärmepumpeneffizienz und der Quellenart
 Das Label wurde vom Bundesverband Wärmepumpe
 abhängig. Sie ist in einer detaillierten Planung zu
 (BWP) im Jahr 2013 in Deutschland eingeführt. Mittler-
 ermitteln. Nachteilig für den breiten Einsatz ist in
 weile sind über 1.100 Wärmepumpenmodelle von über
 40 Herstellern vertreten. Deutschland aktuell der sehr hohe Preisunterschied
 zwischen Erdgas und Strom. Bei einem Verhältnis der
 Preise von 1:4 (5,5 ct/kWh für Gas zu 22 ct/kWh für
 Strom im WP-Tarif) kann ein wirtschaftlicher Betrieb

 Investitionskosten:

 Betriebskosten:

 Wartungskosten:

 unterdurchschnittlich durchschnittlich überdurchschnittlich