Ökonomische und ökologische Bewertung der elektrischen Wärmepumpe im Vergleich zu anderen Heizungssystemen

Abstract

In dieser Studie werden unterschiedliche Wärmepumpen-Heizungsanlagen im Vergleich zu anderen Heizungssystemen anhand ökologischer und ökonomischer Kenngrößen bewertet. Einleitend erfolgt eine Beschreibung wesentlicher technologischer Merkmale von Wärmepumpenanlagen sowie eine Analyse des aktuellen Wärmepumpenmarktes und des Stands der Technik. Die Marktrecherchen zeigen als wesentliches Ergebnis, dass in Deutschland derzeit nur etwa 2 % der Neubauten mit Wärmepumpenheizungen ausgestattet sind. Vergleicht man dies mit anderen Ländern wie der Schweiz, wo 35 % der neugebauten Einfamilienhäuser mit Wärmepumpen ausgestattet werden, so lässt sich ein sehr großes Marktpotenzial für Wärmepumpen-Heizungsanlagen in Deutschland ableiten. Die zur Ermittlung des Stands der Technik von Wärmepumpenanlagen durchgeführte Herstellerbefragung zeigt, dass ein breites Angebot an Wärmepumpen in Deutschland vorhanden ist, das kontinuierlich weiterentwickelt wird. Die technische Weiterentwicklung wird u. a. in einer höheren Effizienz von Wärmepumpenanlagen und im Ausstieg aus der Anwendung von umweltschädigenden chlorierten Kältemitteln sichtbar. Der ökologische und ökonomische Vergleich von Wärmepumpen-Heizungsanlagen mit anderen Systemen zur Raumwärmebereitstellung und Trinkwassererwärmung wird für vier ausgewählte Versorgungsaufgaben im Neu- und Altbaubereich durchgeführt. Als Versorgungssysteme werden hierbei Wärmepumpenanlagen mit den Wärmequellen Erdreich, Grundwasser und Außenluft sowie konventionelle öl- und gasbefeuerte Anlagen und Holzpellet-Systeme betrachtet. Die ökologische Betrachtung der untersuchten Versorgungssysteme erfolgt anhand von Lebenswegbilanzen für den Endenergiebedarf, den Bedarf an erschöpflichen Energieträgern sowie für die CO2- und SO2-Äquivalent-Emissionen. Die ökonomische Analyse wird anhand der Annuitäten bzw. jährlichen Kosten sowie der Wärmegestehungskosten der einzelnen Versorgungssysteme durchgeführt. Bei dieser ökologischen und ökonomischen Analyse zeigt sich, dass Wärmepumpen-Systeme niedrigere CO2-Äquivalent-Emissionen als ölbefeuerte Systeme aufweisen. Wird als Wärmequelle das Erdreich oder Wasser verwendet, so sind die CO2-Äquivalent-Emissionen der Wärmepumpenanlagen auch niedriger als bei gasbefeuerten Anlagen. Hinsichtlich der SO2-Äquivalent-Emissionen liegen die Wärmepumpen-Systeme geringfügig über den gasbeheizten Systemen, jedoch deutlich unter denen der Ölheizung und Holzpelletsysteme, die die höchsten SO2-Äquivalent-Emissionen aufweisen. Die Wärmegestehungskosten der Wärmepumpen-Systeme liegen etwa im Bereich der ölbefeuerten Anlagen. Im Vergleich zu gasbefeuerten Systemen sind sie jedoch tendenziell höher. Holzpellet-Systeme weisen zwar die mit Abstand niedrigsten CO2-Äquivalent-Emissionen auf, jedoch sind ihre Wärmegestehungskosten deutlich höher als bei den anderen untersuchten Systemen.

In this study the ecological and economic characteristics of different heat pump systems are compared with other heating systems. Introductory a description of substantial technological heat pump features is given as well as an analysis of the current heat pump market and the state of the art of heat pumps in Germany. One substantial result of the conducted market research shows that in Germany at present only about 2 % of new built single family houses are equipped with heat pump systems. Compared to other countries, e. g. Switzerland, where 35 % of the newly built single family houses are equipped with heat pumps, the very large market potential for heating systems based on heat pumps in Germany can be derived. To evaluate the state of the art of heat pump systems a manufacturer questioning has been carried out. The results indicate that a variety of heat pumps are available on the German market which are in a continuous process of technical development. Among others these technical advancements are shown in a higher efficiency of heat pump systems and in the substitution of chlorinated refrigerants by environmental friendly refrigerants. The ecological and economic comparison of heating systems is carried out for four selected supply tasks (two new erected and two existing old buildings). As supply systems heat pump systems with soil, groundwater and air as heat sources as well as heating systems based on fuel oil, natural gas and wood pellets are considered. The ecological analysis of the examined supply systems is carried out on the basis of an life cycle assessment (LCA). The results of this assessment are exemplarily shown with the final energy consumption, the consumption of non-renewable fossil fuels and the CO2- and SO2-equivalent-emissions. The economic analysis is executed on the basis of annuities and heat production costs of the selected supply systems. Heat pump systems are showing lower CO2-equivalent-emissions - as a measure for the contribution to the greenhouse effect - than fuel oil systems and comparable CO2-equivalent-emissions as gas-fired systems. In comparison the SO2-equivalent-emissions of heat pump systems are sligthly higher than gas-fired systems but significantly lower than oil-fired and wood pellet systems which show the highest SO2-equivalent-emissions. Heat pump and oil-fired systems have about the same heat production costs but compared with gas-fired systems they are generally higher. Wood pellet systems show the lowest CO2-equivalent-emissions but the heat production costs are significantly higher than those of the other examined systems.