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Preisschwankungen bei fossilen Brennstoffen und beim Strom haben die Energieeffizienz in den Mittelpunkt gerückt. Wärmepumpen sind drei- bis fünfmal energieeffizienter als Gasheizkessel und können auch als Klimaanlage eingesetzt werden. Folglich erobern sie Marktanteile bei Heiz- und Kühlanwendungen, was zur Einhaltung künftiger Vorschriften für Kohlenstoffemissionen beitragen kann.
31. März 2023
Am 23. Dezember 2022 traf ein gefährlich kalter Wintersturm, verursacht durch eine Verschiebung des Jetstreams über ganz Nordamerika, den oberen Mittleren Westen und den Nordosten der USA.1 Die Temperaturen sanken bis auf –46 °C,2 was die kritische Energieinfrastruktur gefährdete. Die Vereisung von Gasquellen führte zum grössten eintägigen Rückgang der US-Erdgasproduktion seit mehr als zehn Jahren,3 wodurch die Erdgaspreise in Washington D.C. und Teilen von Neuengland bis Heiligabend auf über USD 100 stiegen.4
Der raue Wintersturm zeigte erneut die Schwierigkeiten auf, mit denen die vorhandene Energieinfrastruktur angesichts häufiger werdender Extremwetterereignisse, die Kundinnen und Kunden von der Versorgung abschneiden und grosse Preisschocks verursachen, zu kämpfen hat. Diese zunehmenden Extremwettersituationen haben die Energiesicherheit und Energieeffizienz zu einem wichtigen Thema für Privathaushalte werden lassen, deren Fokus bis vor Kurzem, während der COVID-19-Pandemie, noch mehr auf der Einrichtung von Alexa-Smart-Home-Geräten und Netflix-Streaming lag.
Der Klimawandel ist natürlich nicht der einzige Faktor, der die Energieeffizienz von Gebäuden zunehmend in den Aufmerksamkeitsfokus rücken lässt. Seit dem russischen Einfall in die Ukraine im Februar 2022 haben die europäischen Länder miterlebt,5 wie ihr Szenario einer verlässlichen und bezahlbaren Energieversorgung zunehmend schwand. Obwohl die Politik hektisch neue Optionen für die Erdgasversorgung suchte und den Bau schwimmender LNG-Terminals (LNG: Liquified Natural Gas) sicherstellte, ist klar geworden, dass es keinen Königsweg aus der europäischen Energiekrise geben wird. Zwar haben die besorgniserregend hohen Temperaturen während des Winters in Europa dazu beigetragen,6 das Worst-Case Scenario kurzfristig zu vermeiden, doch die Energiesicherheit steht weiterhin in Frage, wenn keine Verbesserung in puncto effiziente Energienutzung erzielt wird.
Die europäische Energiekrise hat die Energiekosten stark ansteigen lassen, doch das Ausmass dieses Anstiegs hängt zum grossen Teil von der Energieeffizienz der Gebäude einzelner Haushalte ab. Energieeffizientere Wohnhäuser verzeichnen im Vergleich einen geringeren absoluten Anstieg der Energiekosten, während die Kosten für die am wenigsten effizienten Wohnhäuser um das 4,6-Fache gestiegen sind (siehe Abbildung 1). So stieg die jährliche Energierechnung für britische Haushalte mit dem Energieeffizienzrating B im Jahr 2022 um USD 820 gegenüber 2019; für die am schlechtesten bewertete Gebäudekategorie G stiegen die Energiekosten um schwindelerregende USD 3'376 – das vermutlich stärkste Argument für die energetische Sanierung von Gebäuden seit Jahrzehnten.7
Anstieg der durchschnittlichen jährlichen Energierechnung für britische Haushalte nach Gebäude-Energieeffizienz-Rating (USD, 2022 vs. 2019)
Da Erdgas der weltweit am meisten verbreitete Brennstoff ist und 42 % des Wohnwärmebedarfs deckt,8 stellt der jüngste Preisschock die Rolle von Erdgas als bezahlbarer Brückenenergie grundsätzlich in Frage. Tatsächlich waren Haushalte, die elektrische Wärmepumpen verwenden, viel besser vor den ungezügelten Preisschwankungen geschützt. So sind beispielsweise die Kosten für den Betrieb eines Gasheizungssystems für einen Durchschnittshaushalt in Dänemark angesichts der rasant steigenden Gaspreise um 330 % gestiegen, während die Kosten für die Beheizung der gleichen Gebäudefläche mit einer elektrischen Wärmepumpe um 100 % gestiegen sind.9 Für Haushalte, die selbst erzeugte erneuerbare Energien nutzen, erhöht der Wechsel zu einer effizienten Elektroheizung die Energiesicherheit und sorgt für Preisstabilität, da die Strompreise über viele Jahre hinweg festgeschrieben werden können und damit die Preisvolatilität fossiler Brennstoffe umgangen wird.
Das Verbrennen fossiler Brennstoffe zur Beheizung von Wohnimmobilien trägt auch wesentlich zur globalen Erwärmung bei. In den USA machen Heizen und Kühlen 38 % der Treibhausgasemissionen bei Wohngebäuden aus. Hinzu kommen weitere 15 % aus Heisswasser.10 Durch den Umstieg auf ein Heizsystem mit Wärmepumpe können Hauseigentümer ihren CO₂-Fussabdruck deutlich um ein bis acht Tonnen pro Jahr senken.11 Zum Vergleich: Die Umstellung auf vegane Ernährung für ein ganzes Jahr spart rund eine Tonne CO₂.12 Gleichzeitig dürfte der Preis für die Emission von CO₂ strukturell steigen. Am 18. Dezember 2022 beschloss das Europäische Parlament im Rahmen der Reform des unionsweiten Emissionshandelssystems (EHS), dem weltweit grössten CO₂-Handelsmarkt,13 die Einführung eines CO₂-Preises für Brennstoffe zur Gebäudeheizung. Die CO₂-Emissionen, die zwischen 2027 und 2030 durch die Verbrennung fossiler Brennstoffe im Strassenverkehr und beim Heizen entstehen, werden mit einer Obergrenze von EUR 45 pro Tonne bepreist.14 Die Vereinbarung geht über den ursprünglichen Entwurf hinaus, da nun auch Prozesswärme aus industriellen Aktivitäten und Büroheizungen im neuen EHS2 enthalten sind.15
Umweltbilanz von Heizsystemen
Die Technologie für Wärmepumpen ist nicht neu und ähnelt der Technologie, die in einem Kühlschrank oder einer Klimaanlage verwendet wird. Die Wärmepumpe entnimmt Wärme aus einer Quelle, entweder der Umgebungsluft, dem Boden (Geothermie), Wasser oder der Abwärme einer Fabrik. Im Gegensatz zu traditionellen Gasheizkesseln und Elektroheizungen erzeugt die Wärmepumpe selbst keine Wärme, sondern überträgt und verstärkt die Wärme aus einer Quelle. Der Prozess selbst beginnt mit einem Kompressor, der ein Kältemittel durch einen Kühlkreislauf pumpt, und einem Wärmetauscher, der die Wärme aus der Quelle zieht. Über einen anderen Wärmetauscher wird die Wärme dann an einen Kondensator weitergeleitet.
Grundprozess einer Wärmepumpe
Die Leistungszahl (Coefficient of Performance, COP), d. h. die Einheit der Stromzufuhr, die für die Bereitstellung einer Einheit Wärmeleistung erforderlich ist, liegt bei einer typischen Wärmepumpe im Haushalt bei rund 4, womit sie drei- bis fünfmal energieeffizienter ist als ein Gaskessel.16 Darüber hinaus können Wärmepumpen in Warmphasen in umgekehrter Richtung verwendet werden und die Wärme aus einem Raum ins Freie ableiten.
Obwohl Luftwärmepumpen in kälteren Klimazonen früher weniger effizient waren, arbeiten sie dank technologischer Verbesserungen heute effizient bei Temperaturen von –23 °C und darunter.17 Die Marktdurchdringung von 60 % in Norwegen und über 40 % in Schweden und Finnland bestätigen dies.18 Die Wärmepumpen der nächsten Generation zielen darauf ab, die höchstmögliche COP für einen breiteren Temperaturbereich, eine weitere Reduzierung des Geräuschpegels sowie Optimierungen für den Doppeleinsatz (Heizen und Kühlen) zu bieten. Zu Projekten von Forschung und Entwicklung gehören Verfahren zur Kompression von festen (z. B. magnetokalorisch, thermoelektrisch und elastokalorisch) und gasförmigen Stoffen (z. B. Brayton- und Stirling-Zyklen), wobei erste Ergebnisse für elastokalorische Kühlsysteme vielversprechend sind.19
Rund 190 Millionen Wärmepumpen waren 2021 weltweit in Betrieb, wobei Luftwärmepumpen den am häufigsten installierten Typ darstellten.20 Die Anlageninstallation erreichte 2021 einen neuen Rekordwert: Sie stieg um fast 15 %. Das grösste Wachstum verzeichnete Europa, wo über zwei Millionen Neuanlagen installiert wurden – ein Anstieg von 35 % gegenüber dem Vorjahr. Dieser Trend dürfte sich fortsetzen, was durch die Verdoppelung der Wachstumsraten in Europa im ersten Halbjahr 2022 bestätigt wird. Im Zuge der Erreichung der Klima- und Energieziele könnte die Zahl der Installationen bis 2030 sogar auf fünf bis sieben Millionen jährlich steigen,21 und zwar allein in Europa.22 Angesichts der aktuellen politischen Veränderungen kann man davon ausgehen, dass weitere Rekorde fallen werden.
Zahl der Wärmepumpeninstallationen in Europa dürfte deutlich steigen
Die Prognose basiert auf einer integrierten Analyse der aktuellen Ziele (britisches Energy White Paper, Europas Fit-for-55 und einzelne Mitgliedsstaaten) und historischer Daten des Wärmepumpeneinsatzes gemäss bestehender Rechtslage sowie unserer Gas-Prognosemodelle
Quellen: Credit Suisse, Wood Mackenzie;. basierend auf Wood Mackenzie: 2022 Europe to install 45 million heat pumps by 2030 | Wood Mackenzie; abgerufen am 5. Januar 2023
Da sich Europa inmitten einer Energiekrise befindet, haben sieben europäische Länder, darunter Grossbritannien ·– wo 80 % des Gases für die Heizung von Wohngebäuden in Europa verbraucht werden ·– Pläne für ein Verbot neuer Gasheizungen angekündigt.23 Mehrere US-Bundesstaaten führen ebenfalls ein Verbot von Gas- und Ölheizkesseln ein. Darüber hinaus sieht das Inflationsreduktionsgesetz (Inflation Reduction Act, IRA) erhebliche neue Vergünstigungen und Steueranreize für Hauseigentümer vor. Die Vergünstigungen können bis zu USD 8’000 für den Kauf einer Wärmepumpe für Haushalte mit niedrigem und mittlerem Einkommen und eine Steuergutschrift von bis zu 30 % für Haushalte mit hohem Einkommen betragen.24 Eines der Hindernisse für ein noch stärkeres Wachstum war bisher die Verfügbarkeit von qualifizierten und lizenzierten Fachleuten für die Installation von Wärmepumpensystemen. Die Branche reagiert jedoch mit Wachstum und der Schulung ihrer Arbeitskräfte auf diesen Engpass. Eine weitere neue Option sind einfach zu installierende Fenster-Wärmepumpen, die so schnell wie eine gewöhnliche Klimaanlage installiert werden können, aber energieeffizientes Heizen und Kühlen ermöglichen. Solche Geräte sind schon ab USD 2'000 zu haben,25 was Haushalten mit niedrigem bis mittlerem Einkommen eine Nachrüstung ermöglicht.
Der russische Angriff auf die Ukraine hat die Versorgung mit fossilen Brennstoffen weltweit und besonders in Europa gestört. Die neu entfachte Debatte um die Energiesicherheit hat in grundlegenden politischen Massnahmen wie dem Plan REPower EU und dem Inflationsreduktionsgesetz resultiert. Darüber hinaus belastet die Zunahme von Extremwetterereignissen die vorhandene Energieinfrastruktur zusätzlich. Die Verbesserung der Energieeffizienz von Gebäudeheizungen ist entscheidend, wenn die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen verringert und gleichzeitig der Klimawandel bekämpft werden soll. Wärmepumpen erfüllen beide Ziele, da sie drei- bis fünfmal energieeffizienter sind als Gas- und Ölheizkessel und gleichzeitig die CO₂-Emissionen und Luftverunreinigung deutlich reduzieren.26 Die ehrgeizigen Wachstumspläne für die Installation von Wärmepumpen werden jedoch auch die Stromnachfrage nach oben treiben, da die Elektrifizierung die Verfeuerung fossiler Brennstoffe in Heizungsanwendungen ersetzt. Nach Schätzungen der Internationalen Energieagentur (IEA) wird sich der Anteil des Stroms am globalen Gebäude- und Industrieheizmix bis 2030 auf 16 % verdoppeln.27
Um diese Umstellung zu ermöglichen und gleichzeitig die CO₂-Emissionen zu reduzieren, muss auch die Produktion erneuerbarer Energien exponentiell wachsen; zudem müssen Stromnetzkapazitäten und Energiespeicherlösungen ausgebaut werden. Die vor Kurzem angehobene IEA-Prognose für das globale Wachstum erneuerbarer Energien weist in diese Richtung. In ihrer bisher grössten Korrektur erwartet die IEA nun 76 % mehr Wachstum als noch vor 2 Jahren.28 Das bedeutet, dass bis 2026 zusätzlich zu der für das vergangene Jahr prognostizierten Strommenge das Output-Äquivalent des gesamten Stromsystems von Indien erzeugt wird. Angesichts des starken Kapazitätsausbaus erneuerbarer Energien, der die Elektrifizierung vorantreiben wird, könnte es an der Zeit sein, auf eine Wärmepumpe umzusteigen.
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1 https://edition.cnn.com/2022/12/24/weather/christmas-arctic-winter-storm-power-outages-saturday/index.html; abgerufen am 5. Januar 2023.
2 Jet Stream Bends Under Climate Change | bnef.com; abgerufen am 11. Januar 2023.
3 https://www.bnef.com/news/1110099; abgerufen am 9. Januar 2023.
4 https://www.bnef.com/news/1110099; abgerufen am 5. Januar 2023.
5 https://www.politico.eu/article/putin-announces-special-military-operation-in-ukraine/; abgerufen am 3. Januar 2023.
6 «Feels Like Summer»: Warm winter breaks temperature records in Europe | Reuters; abgerufen am 5. Januar 2023.
7 Executive summary – Energy Efficiency 2022 – Analysis·– IEA; abgerufen am 9. Januar 2023.
8 EA: Energy Efficiency 2022; abgerufen am 6. Januar 2023.
9 https://www.iea.org/reports/energy-efficiency-2022/executive-summary; Zeitraum 2022 ggü. 2019; abgerufen am 4. Januar 2023.
10 How to Cut Carbon out of your heating·– BBC Future; abgerufen am 4. Januar 2023.
11 The top 3 climate-friendly tax credits coming out in 2023·– The Washington Post; abgerufen am 3. Januar 2023.
12 Carbon Footprint of Food | Green Eatz; abgerufen am 9. Januar 2023.
13 EU approves CO₂ tax on transport | Fleet Europe; abgerufen am 10. Januar 2023.
14 EU approves CO₂ tax on heating and transport – EURACTIV.com; abgerufen am 4. Januar 2023.
15 EU approves CO₂ tax on transport | Fleet Europe; abgerufen am 12. Januar 2023.
16 IEA: The Future of Heat Pumps; abgerufen am 5. Januar 2023.
17 The Inflation Reduction Act “pumps up” heat pumps | HVAC Solutions; abgerufen am 9. Januar 2023.
18 Gas crisis driving heat pump boom in Europe, IEA says – EURACTIV.com; abgerufen am 8. Januar 2023.
19 IEA: The Future of Heat Pumps; Seite 31; abgerufen am 12. Januar 2023.
20 Decarbonize Public Housing | BloombergNEF (bnef.com); abgerufen am 3. Januar 2023.
21 Heat pumps to support Europe’s net zero and energy security goals | Wood Mackenzie; abgerufen am 9. Januar 2023.
22 Gas crisis driving heat pump boom in Europe, IEA says – EURACTIV.com; abgerufen am 5. Januar 2023.
23 Executive summary – Energy Efficiency 2022 – Analysis·– IEA; abgerufen am 12. Januar 2023.
24 The Inflation Reduction Act “pumps up” heat pumps | HVAC Solutions; abgerufen am 7. Januar 2023.
25 Heat pump can decarbonize public housing | BloombergNEF; abgerufen am 5. Januar 2023.
26 Heat pump can decarbonize public housing | BloombergNEF; abgerufen am 8. Januar 2023.
27 IEA: The Future of Heat Pumps; Seite 45; abgerufen am 3. Januar 2023.
28 IEA’s ‘largest ever’ revision·– Carbon Brief; abgerufen am 11. Januar 2023.
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