Der Artikel kompakt zusammengefasst
■ Ein Fraunhofer-Forschungsprojekt hat vier Jahre lang detaillierte Messungen an 77 Wärmepumpen in Ein- bis Dreifamilienhäusern vorgenommen.
■ Die Wärmepumpen erreichten Jahresarbeitszahlen von 2,6 bis 5,4.
■ Durchgeführt wurden auch Langzeit-Schallmessungen. Zudem wurde ermitteltet, wie Photovoltaik-Anlagen in den Wärmepumpenbetrieb integriert werden können und in welchem Umfang die Heizungswende mit Wärmepumpen die CO2-Emissionen verringert.
Fraunhofer ISE
Ein Feldtest belegt erneut: Heizen Wärmepumpen Bestandsgebäude, erfolgt dies energieeffizient und gegenüber Gas-Heizungen mit deutlich weniger Treibhausgasemissionen.
Wärmepumpen werden immer beliebter: Im ersten Halbjahr 2025 standen sie erstmals in der Geschichte des deutschen Heizungsmarkts an der Spitze den Herstellern abgesetzten Wärmeerzeugern. Vorher lagen Gas-Heizungen in der Absatzstatistik über viele Jahre eindeutig auf Platz 1. Der Markt dreht sich nun aber in allen Bereichen: Im Neubau dominieren Wärmepumpen schon seit einigen Jahren – fast 70 % der im Jahr 2024 fertiggestellten Neubauten heizen mit einer Wärmepumpe. Und der größere Anteil der abgesetzten Heizungs-Wärmepumpen wird schon seit dem Jahr 2020 zur Beheizung bestehender Gebäude verwendet.
Wärmepumpen sind eindeutig für den Bestand geeignet
Und das aus guten Gründen, wie ein Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE zeigt. Es hat vier Jahre lang detaillierte Messungen an Wärmepumpen in Ein- bis Dreifamilienhäusern vorgenommen. „Die Ergebnisse zeigen eindeutig, dass Wärmepumpen auch in älteren Gebäuden effizient betrieben werden können und dass sie klimaschonend heizen, ohne dass die Gebäude auf Neubaustandard saniert werden müssen“, sagt Danny Günther, Teamleiter Wärmepumpen und Transformation Gebäudebestand am Fraunhofer ISE. „Wir haben aber auch Optimierungspotenziale aufgedeckt.“ Auf Basis der detaillierten Messdatenanalyse lasse sich nachvollziehen, welche Planungs- oder Installationsfehler besonders häufig auftreten und wo sich ineffizientes Betriebsverhalten zeigt.“
Jahresarbeitszahlen von 2,6 bis 5,4
Im ISE-Forschungsprojekt wurden 77 Wärmepumpen-Heizungsanlagen unter realen Bedingungen überwacht. Die Effizienz der Wärmepumpen hat sich im Vergleich zum im Jahr 2019 abgeschlossenen Projekt „WPsmart im Bestand“ verbessert:
● Luft/Wasser-Wärmepumpen erreichen im Durchschnitt eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von 3,4. Im Projekt zuvor lag der Schnitt bei 3,1. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe mit der niedrigsten Effizienz kam auf eine JAZ von 2,6, die mit der höchsten auf 4,9.
● Die erdgekoppelten Anlagen weisen eine mittlere JAZ von 4,3 auf (WPsmart im Bestand: 4,1) auf. Die Bandbreite bei den Erdreichwärmepumpen reicht von 3,6 bis 5,4.
● Bemerkenswert: Eine Korrelation zwischen Baujahr der Gebäude und Effizienz der Wärmepumpe konnte nicht festgestellt werden.
● Die Untersuchung zeigte auch, dass ausreichend dimensionierte Heizkörper im Mittel mit ähnlich niedrigen Temperaturen betrieben werden können wie Flächenheizungen.
● Die Energieverbräuche der Elektroheizstäbe, die bei besonders kalten Temperaturen die Wärmepumpe unterstützen, spielen bei den vermessenen Anlagen eine untergeordnete Rolle, was auch mit den vergleichsweise milden Witterungsbedingungen in der vermessenen Periode zusammenhängt. Sie übernahmen bei den Luft/Wasser-Wärmepumpen lediglich 1,3 % der elektrischen Arbeit, bei den Erdreichwärmepumpen lag der Anteil nahe null Prozent.
Treibhausgasemissionen viel niedriger als bei Gas-Heizungen
Die effiziente Arbeitsweise der Wärmepumpen hat zur Folge, dass ihr Betrieb im Vergleich zu Gas-Heizungen (Erdgas) deutlich weniger Treibhausgasemissionen verursacht. Zieht man den deutschen Strommix des vergangenen Jahres heran, ergibt sich für den untersuchten Wärmepumpenpool eine errechnete CO2-Vermeidung von 68 % gegenüber Gas-Heizungen. Diese auf Jahreswerte beruhende Bilanzierung berücksichtigt jedoch nicht die unterjährige bzw. untertägige Varianz der Wärmepumpeneffizienz sowie der Beiträge einzelner Kraftwerkstypen zur Stromproduktion.
Die Studie hat daher nun erstmals für eine präzisere Bewertung auch die viertelstündlich berechneten Emissionswerte im deutschen Strommix berücksichtigt. Mit dieser dynamischen Bilanzierung sinkt die Einsparung, aber nur leicht. Im Jahr 2024 lag der CO2-Ausstoß der untersuchten Wärmepumpen im Schnitt um 64 % niedriger als bei Gas-Heizungen – 4 Prozentpunkte weniger als bei der statischen Methode.
Fraunhofer ISE
Langzeit-Schallfeldmessungen
In dem Projekt haben die Forschenden zudem eine Methode zur Durchführung von Langzeit-Schallfeldmessungen an Luft/Wasser-Wärmepumpen entwickelt und an fünf zufällig gewählten Anlagen erfolgreich demonstriert. In zwei Gebäuden war der Umgebungslärm so dominant, dass die Wärmepumpen akustisch kaum ins Gewicht fielen und bei keiner der Wärmepumpen zurechenbare Grenzwertüberschreitungen feststellbar waren.
An drei Standorten korrelierte der Wärmepumpenbetrieb mit erhöhter Überschreitung der zulässigen Nachtimmissionen. Die Überschreitung lag jedoch konstant unterhalb des Umgebungslärms. Die Vorgaben der TA Lärm (Technische Anleitung zum Schutz gegen Lärm) hätten durch Auswahl – mit Blick auf Schallleistungspegel – besserer Geräte, der Platzierung der Wärmepumpe oder gängiger Schallschutzmaßnahmen erfüllt werden können.
Wärmepumpe-Photovoltaik-Kombination untersucht
Zusätzlich analysierten die Forscherinnen und Forscher des Fraunhofer ISE die Kombination von Wärmepumpen mit Photovoltaik-Anlagen. Ein klassischer Ansatz zur Erhöhung des Eigenverbrauchs lokal erzeugten PV-Stroms ist die Anhebung von Solltemperaturen bei überschüssigem PV-Strom. Die Wärmepumpe vermehrt mit Solarstrom zu betreiben, kann vorteilhaft sein: Solarstrom ist günstiger als Strom aus dem Netz, auch bei Wärmepumpentarifen, Wärmepumpen lassen sich klimafreundlicher betreiben und das Verteilnetz zu bestimmten Zeiten entlasten.
Die Ergebnisse der Untersuchung von sechs Wärmepumpe-Photovoltaik-Kombinationen: Ohne Batterie erreichen Gebäude mit einer Photovoltaik-Anlage 25 bis 40 % Autarkie und 22 bis 37 % Eigenverbrauch. Für Wärmepumpe-Photovoltaik-Speicher-Kombinationen verschieben sich diese Bereiche mit Werten für die Gebäude-Autarkie von 32 bis 62 % und für den Gebäude-Eigenverbrauch von 40 bis 83 % deutlich nach oben.
Prozessmatrix für die Optimierung erstellt
Trotz guter gemessener Effizienzwerte zeigte das Forschungsprojekt auch Optimierungspotenziale auf. Beispielsweise waren viele Wärmepumpen auf den Verbrauch bezogen überdimensioniert, auch die Schalthäufigkeiten lagen bei einigen Anlagen im sehr hohen Bereich. Bei einem Teil der Anlagen mit Kombispeichern wurde keine zuverlässige Trennung der Temperaturniveaus für Raumheizung und Trinkwassererwärmung realisiert, was in Teilen zu unnötiger Wärmebereitstellung auf Warmwasser-Temperaturniveau führte.
Basierend auf der Analyse der Messdaten und den Rückmeldungen der Akteure hat das Forschungsteam des Fraunhofer ISE daher im Abschlussbericht eine Prozessmatrix erstellt. Sie dokumentiert für die einzelnen Phasen Planung, Installation und Inbetriebnahme mögliche Qualitätsdefizite. Wie diese zu beheben sind, zeigen die Fachleute hier ebenfalls. Die Ergebnisse und Empfehlungen aus dem Projekt enthalten wertvolle Erkenntnisse für Planer, Installateure und Betreiber von Wärmepumpensystemen.
61 Gebäude mit L/W- und 16 mit S/W-Wärmepumpen
Der untersuchte Anlagenpool umfasste 61 Anlagen mit der Wärmequelle Außenluft. Diese Luft/Wasser-Wärmepumpen stellen die häufigste in Deutschland genutzte Wärmepumpenart dar. 16 Anlagen haben eine Sole/Wasser-Wärmepumpe, sie nutzen die Wärmequelle Erdreich. 34 der untersuchten Wärmepumpen stammen aus dem im Jahr 2019 abgeschlossenen Projekt „WPsmart im Bestand“. Bei ihnen haben die Forschungspartner das Monitoring, teils mit aktuelleren Wärmepumpenmodellen, fortgesetzt. 43 Messobjekte kamen neu hinzu.
Für die Effizienzbewertung wurden Wärmepumpen in Gebäude von 1826 bis 2001 berücksichtigt. Die beheizte Fläche liegt bei 90 bis 370 m2, der Mittelwert bei 170 m2. Die vor 1977 (erste Wärmeschutzverordnung) errichteten Wohnhäuser sind etwas umfangreicher saniert als im Bundesdurchschnitt. Bei der Fassade etwa wurde die Hälfte der Gebäude (51 %) nachträglich gedämmt – deutschlandweit waren es (bezogen auf 2016) lediglich 30 %. Die ab 1977 errichteten Häuser sind – abgesehen von einem – durchweg unsaniert.
Die detaillierten Ergebnisse des Forschungsprojekts „Wärmepumpen-Qualitätssicherung im Bestand“ (WP-QS im Bestand) sind auf der Projektseite verfügbar.
Partner des Fraunhofer ISE waren die Wärmepumpenhersteller Bosch Thermotechnik, Glen Dimplex Deutschland, Max Weishaupt, Nibe Systemtechnik, Panasonic Heating & Ventilation Air-Conditioning Europe, Daikin Airconditioning Germany, Stiebel Eltron, Viessmann und Vaillant sowie die Energieversorger Lechwerke und Stadtwerke Stuttgart. Das Bundeswirtschaftsministerium hat das Vorhaben unter dem Förderkennzeichen FKZ: 03EN2029A finanziell gefördert. ■
Quelle: Fraunhofer ISE / jv
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