Um die damit verbunden Herausforderungen besser zu verstehen und Lösungen zu entwickeln, forscht das Fraunhofer ISE seit Ende 2019 gemeinsam mit neun Wärmepumpenherstellen und zwei Energieversorgern im Projekt „WP-QS im Bestand“. Schwerpunkte neben Effizienz und Betriebsverhalten ist die Messung der Schallbelastung durch Außenluft-Wärmepumpen sowie Untersuchungen zu bivalenten Systemen und PV-Eigenstromnutzung. Inzwischen ist die finale einjährige Messperiode gestartet – im Bereich der Effizienz- und Schallmessung liegen erste Zwischenergebnisse vor.
Bis Ende 2024 werden in dem vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) geförderten Projekt rund 75 Wärmepumpen in Einfamilienhäusern der Baujahre 1826 bis 2001 messtechnisch untersucht. Die Effizienzanalyse betrifft die einjährige Messperiode von September 2022 bis August 2023. Die in diesem Zeitraum ausgewerteten 22 Außenluft-Wärmepumpen erreichen eine mittlere Jahresarbeitszahl (JAZ, kombinierte Erzeugereffizienz für Raumheizung und Trinkwassererwärmung) von 3,3, bei einer Bandbreite von 2,4 bis 4,0. Die JAZ der zehn mit Erdwärmesonden ausgestatteten Erdreich-Wärmepumpen reichen von 3,6 bis 5,2.
Verglichen mit einem Gaskessel als Referenzwärmeerzeuger würden die Einsparungen an Treibhausgasemissionen̶ unter Berücksichtigung der geringsten und höchsten gemessenen JAZ̶ zwischen 18 und 62 Prozent liegen. Die meisten der untersuchten Anlagen wurden um das Jahr 2020 installiert. Im Jahr 2030, etwa zum Zeitpunkt der mittleren Nutzungsdauer dieser Wärmepumpen, werden die Einsparungen zwischen 58 und 80 Prozent sowie 77 und 89 Prozent liegen, je nachdem, welcher Anteil erneuerbarer Energien im Strommix dann erreicht ist.
Schallemissionen: Aufstellort und Umgebung entscheidend
Im Rahmen der Schallmessung für Außenluft-Wärmepumpen wurden fünf Anlagen auch hinsichtlich einer möglichen Lärmbelastung der Umgebung vermessen. Dabei kommen jeweils zwei Mikrofone zum Einsatz: eines nahe der Wärmepumpe, um deren Schallemissionen zu erfassen, ein weiteres in einiger Entfernung, um den Umgebungsschall zu messen. Aus den Messwerten nahe der Wärmepumpe wird anschließend mittels einer bei der Inbetriebnahme erfassten Schallübertragungsfunktion die Lärmbelastung am nächstgelegenen Fenster des jeweiligen Nachbarhauses berechnet. Liegt diese über dem Schallpegel der Umgebung, werden die geltenden Grenzwerte nach der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm zur Bewertung der Lärmbelastung herangezogen. Andernfalls ist davon auszugehen, dass die Wärmepumpe dort nicht zu hören ist.
Die Ergebnisse werden stark durch den Aufstellort und die Umgebung der Wärmepumpe beeinflusst. Bei einem Einfamilienhaus nahe einer viel befahrenen Umgehungsstraße sind die Umgebungsgeräusche so dominant, dass die Wärmepumpe beim Nachbargebäude gar nicht zu hören ist. Im Fall einer Wärmepumpe in einer eng bebauten, ruhigen Reihenhaussiedlung zeigte die Schallmessung auf dem Nachbargrundstück erhöhte Werte. Da nachts der zulässige Grenzwert mehrfach überschritten wurde, wurde der Betrieb dieser spezifischen Wärmepumpe so angepasst, dass die Außenlufteinheit nachts nur wenig arbeitet – im Untersuchungszeitraum lediglich an 72 Stunden im Jahr.
Bei den übrigen Anlagen werden die Grenzwerte der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm tagsüber nicht überschritten. Bei einer Anlage werden die Grenzen nachts um bis zu 5dB(A) überschritten – hier könnte durch lärmmindernde Maßnahmen (bspw. Schallschutzhaube) Abhilfe geschaffen werden. „Grundsätzlich sollten immer die planerischen Möglichkeiten bei der Aufstellung von Luft-Wasser-Wärmepumpen ausgenutzt werden und eine Wärmepumpe ausgewählt werden, die auch im Bereich der Schallemissionen dem Stand der Technik entspricht“, rät Akustik-Expert Björn Nienborg vom Fraunhofer ISE.
Während der kontinuierlichen Messung im verbleibenden letzten Projektjahr werden die Detailanalysen der Photovoltaik-Wärmepumpen-Kombinationen und der bivalenten Systeme (Wärmepumpe und Heizkessel) vorangetrieben sowie die erforderlichen Stammdaten zu den Messobjekten im Detail bewertet. Ende 2024 sollen die Einzelstränge des Forschungsprojekts in einer vergleichenden Gesamtauswertung aller Wärmepumpen zusammengeführt werden.
