Heizhammer: Klimarettend und Geld sparend?

15. Oktober 2023

Am 8. September wurde eines der Prestigeprojekte der Grünen vom Bundestag verabschiedet: Das als Heizhammer bekannt gewordene Gebäudeenergiegesetz GEG. Der Heizhammer soll angeblich zweierlei bewirken: CO2 sparen UND gegenüber einer traditionellen Gasheizung Kosten sparen.

Wir hatten bereits schon einmal einen Blick auf die potentielle CO2 und Kosteneinsparung geworfen, wollen das jetzt aber etwas detaillierter tun und dafür einige andere Quellen zitieren.

Zunächst einmal ist es wichtig zu verstehen, wie die verschiedenen Wärmepumpentypen funktionieren und wieso, unter welchen Voraussetzungen man mit ihnen CO2 einsparen kann. Dies wird ausführlich zB in diesem Video erklärt, in dem auch auf die verschiedenen Wärmepumpentypen eingegangen wird.

Der Luftwärmepumpe wird hier ein extra Video gewidmet, da Luftwärmepumpen im Vergleich zu Wasser/Erdwärmepumpen erheblich günstiger sind, aber nur eine niedrige Vorlauftemperatur erreichen und deswegen nicht mit normalen Heizkörpern betrieben werden können, die Temperaturen von 60° oder mehr erfordern, sondern mit Fußbodenheizungen, die mit nur etwa 35° betrieben werden können. Dies erfordert aber größere bauliche Veränderungen, die wiederum sehr teuer sein können.

Die Wärmepumpe ist im Prinzip eine Heizung mit Strom. Der Charme der Wärmepumpe besteht darin, dass mit einer kWh eingesetzten Stroms – je nach dem Wert des sogenannten Coefficient of Performance COP – mehrere kWh Wärme erzeugt werden können. Die Wärmepumpe ist natürlich kein Perpetuum Mobile, das aus Nichts Energie erzeugen kann, denn das würde natürlich dem Energieerhaltungssatz widersprechen. Sondern, es ist – wie im obigen Video erläutert wird – ein umgekehrter Carnot Prozess, bei dem aus der Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel in der Wärmepumpe und der Umgebungsluft Energie gewonnen wird.
Je größer diese Temperaturdifferenz, desto mehr Wärme kann die Wärmepumpe aus einer kWh Strom erzeugen, genauer gesagt, umwandeln, denn Energie kann natürlich nicht erzeugt werden. Der COP ist dann hoch.
Im Umkehrschluss bedeutet das aber auch, dass bei niedrigen Außentemperaturen die Temperaturdifferenz zwischen dem Kältemittel und der Außentemperatur niedriger wird und der COP sinkt.

Mit anderen Worten: Der COP ist eine Funktion der Außentemperatur, sinkt die Außentemperatur, sinkt der COP. Generell geht man davon aus, dass der COP größer als 2,5 – 3,0 sein sollte, also, dass man mit einer kWh eingesetzten Stroms mindestens 2,5 – 3,0 kWh Wärme erzeugen kann, damit eine Wärmepumpe wirtschaftlich betrieben werden kann.

CO2 Einsparpotential einer Wärmepumpe im Vergleich zu einer Öl- oder Gasheizung

Über die CO2 Einsparung mit einer Wärmepumpe gegenüber einer traditionellen Öl- oder Gasheizung entscheiden drei Faktoren:

1. der COP der Wärmepumpe,

2. die CO2 Emission pro erzeugter kWh Strom und

3. die CO2 Emission der Heizung pro kWh Wärme, die durch eine Wärmepumpe ersetzt werden soll.

Von diesen drei Faktoren ist der COP der am schwierigsten zu bestimmende, weil er von Wärmepumpentyp zu Wärmepumpentyp und über den Umgebungstemperaturbereich hinweg stark variiert (s. dazu dieses Video ).

Jahresmittelwerte für den COP sind in diesem Zusammenhang irrelevant, sondern die COP Werte für die Heizperiode November bis März. In diesen Monaten liegen die monatlichen Mitteltemperaturen in Deutschland durchweg unter 5 °C, in den Kernwintermonaten Dezember – Februar nur knapp über Null, wobei nachts Werte von deutlich unter Null erreicht werden können.

Wichtig ist deswegen für uns der typischerweise im Winter auftretende Temperaturbereich von etwa + 5°C bis -5 °C; aber auch bei Kälteperioden von – 10 bis – 15° sollte eine Heizung noch funktionieren.

In diesem für deutsche Wintertemperaturen typischen Bereich sinkt die real gemessene COP (nicht die Herstellerangaben!) einer Luftwärmepumpe oft unter 3 ab, oder sogar unter 2 bei stärkerem Frost, wie hier im Video bei Minute 29:25 an Beispielen aus den USA gezeigt. Eine COP von 2 würde bedeuten, dass pro eingesetzter kWh Strom nur 2 kWh Wärme erzeugt werden.

Die CO2 Emissionen pro erzeugter kWh Strom schwanken im Jahresverlauf sehr stark, weil bei hoher Erzeugung mit Wind und Sonne die CO2 Emissionen niedrig sind, bei Flaute und Keinem Sonnenschein, wie zB nachts, werden Kohle- und Gaskraftwerke beschäftigt, die CO2 Emissionen sind dann hoch. Im Mittel (2022) liegen die CO2 Emissionen pro kWh bei ca 400 – 450 gCO2.

Die CO2 Emissionen einer Gasheizung liegen pro kWh erzeugter Wärme bei etwa 160 gCO2, die einer Ölheizung bei 220 gCO2/kWh (s. zB hier im Video bei Min 41:02 gezeigt).

Geht man jetzt zB von einem COP von 3 aus, dh mit einer kWh Strom im deutschen Strommix emittiert man 450 gCO2, dann würde eine Wärmepumpe 450/3 150 gCO2 für die Wärmeerzeugung von einer kWh Wärme erzeugen, 10 g CO2 weniger als eine Gasheizung, die 160 gCO2 emittieren würde.

Bei einem COP von 2,5 läge der Emissionswert der Wärmepumpe bei 450/2,5 = 180 dh eine Wärmepumpe würde sogar 20 gCO2 mehr CO2 pro kWh Wärme erzeugen, also überhaupt kein CO2 gegenüber einer Gastherme einsparen.

Im Vergleich zu einer Ölheizung würde man bei einem COP von 3 70 gCO2 pro kWh Wärme einsparen, bei einem COP von 2,5 40 gCO2 (220 – 180 = 40).

Bei einem COP von 2, der bei Temperaturen von deutlich unter Null auftreten könnte, würde eine Wärmepumpe im deutschen Strommix sogar gegenüber einer Ölheizung keine CO2 Einsparung bringen, da 450/2 = 225 ist, etwas mehr als die CO2 Emission einer Ölheizung pro kWh Wärme.

Wie man an diesen Beispielen sieht, ist der CO2 Einspareffekt einer Wärmepumpe, die mit Strom aus dem deutschen Strommix betrieben wird, in den Wintermonaten entweder recht überschaubar, oder sogar bei COP Werten unter 2,5 nicht mehr gegeben.

Kürzlich wurde in einem Spiegel Artikel behauptet, Wärmepumpen seien bei kaltem Wetter doppelt so effizient, wie Öl- und Gasheizungen, was den hier dargelegten Zahlen widersprechen würde. Aus dem Spiegel Artikel erschließt sich das zwar nicht, aber hierzu wurde ein Artikel in einer Fachzeitschrift verlinkt.

In diesem Artikel ist in Abb. 2 der Zusammenhang zwischen dem COP und der Umgebungstemperatur für Luftwärmepumpen aufgetragen.

Man sieht zunächst, dass die COP Werte sehr stark streuen, aber in der Ausgleichskurve, die die mittleren Werte zeigt, erkennt man, dass die COP Werte bei einer Außentemperatur von 5° bei etwa 3,2, bei 0° bei 2,8, bei -5° bei 2,4 und bei -10° bei etwa 2,2 liegen.

Diese Zahlen sind nicht grundsätzlich anders, als die in den oben verlinkten Ganteför Videos gezeigten, besonders, wenn man die starke Streuung der Werte berücksichtigt.

Wie kommen die Spiegel Autoren und vor allem die Autoren der dort zitierten Arbeit dann auf die Idee, dass Wärmepumpen auch bei niedrigen Temperaturen doppelt so effizient sind, wie Öl- oder Gasheizungen? Weil sie aus einer kWh Strom 2 kWh Wärme erzeugen?

Die Frage ist, wie man Effizienz definiert. Hier wurde nicht vom Stromeinsatz gesprochen, sondern vom Energieeinsatz. Das ist natürlich nicht richtig, denn der COP einer Wärmepumpe ist definiert durch das Verhältnis von erzeugter Wärme zum eingesetzten Strom.

Und das wichtige, um die CO2 Einsparung zu bewerten ist, wie dieser Strom erzeugt wird. Wird er CO2 – frei erzeugt, und Gas und Heizöl verdrängt, ist die Einsparung groß. Wenn man den deutschen Strommix zugrunde legt, kommt man zu den Ergebnissen, die wir oben dargelegt haben, weil der deutsche Strommix eben nicht CO2 – frei ist, sondern im Mittel etwa 450 gCO2 pro kWh freisetzt.

In diesem Sinne ist der Spiegel Artikel Fake News, bzw die Spiegel Autoren haben die Original Arbeit entweder nicht richtig gelesen oder nicht verstanden.
Allerdings verwirrt selbst die Originalarbeit, wenn da steht:
It finds that well below 0°C, heat pump efficiency is still significantly higher than fossil fuel,
denn da werden offensichtlich Äpfel mit Birnen verglichen: Nämlich der in einer Wärmepumpe eingesetzte Strom wird mit der fossilen Energie gleichgesetzt, die eine normale Heizung verbraucht, ohne die fossilen Energien zu berücksichtigen, die bei der Stromerzeugung verbraucht werden.

Dieser Lapsus hätte auch den Begutachtern dieses Artikels auffallen müssen; dass dies nicht der Fall war, zeugt für eine schlampige Begutachtung dieser Arbeit.

Wie viel CO2 kann man denn jetzt real mit einer Wärmepumpe im Vergleich zu einer Öl- oder Gasheizung einsparen, wenn man den deutschen Stromerzeugungsmix zugrunde legt?

Dies soll am Beispiel eines Einfamilienhauses dargestellt werden, das pro Jahr 20.000 kWh Gas bzw 2000 l Heizöl verbraucht. Unter Berücksichtigung der Wärmeverluste bei der Verbrennung würde man mit diesen Öl- und Gasmengen ca. 18.000 kWh Wärme erzeugen.

Die CO2 Emissionsfaktoren pro kWh Wärme entnehmen wir den im obigen Video gezeigten Werten: 160 g/kWh bei Gas, 220 g/kWh bei Öl und bei der Stromerzeugung 450 g/kWh Strom. Als COP Werte betrachten wir 3,0, 2,5 und 2,0, die als typisch für die Heizperiode anzusehen sind. Die Jahresmittelwerte sind, wie oben bereits dargelegt, irrelevant, da im Sommer nicht geheizt werden muss. Von November bis März liegen die Monatsmitteltemperaturen in Deutschland durchweg unter 5° C, in den Kernwintermonaten Dezember bis Februar nur knapp über Null, die Nachtwerte, wenn geheizt werden muss, oft bei deutlich unter Null.

Im Falle von Erdgas würde man demnach 20.000 mal 0,16 = 3200 kg CO2 emittieren, im Falle von Öl (1 l Öl hat einen Energiegehalt von ca. 10 kWh) 20.000 mal 2,2 = 4400 kg CO2 emittieren.

Um die Wärmemenge von 18.000 kWh mit einer Wärmepumpe zu erzeugen, benötigt man bei einem COP von 3 18.000/3 = 6000 kWh, bei einem COP von 2,5 18.000/2,5 = 7200 kWh und bei einem COP von 2 18.000/2 = 9000 kWh Strom.

Legt man den deutschen Strommix von 450 gCO2/kWh zugrunde, würden bei einem COP von 3 18000/3 = 6000 mal 0,45 kg CO2 = 2700 kg, bei einem COP von 2,5 18000/2,5 = 7200 mal 0,45 = 3240 kg CO2 emittiert.
Die Zahlen für einen COP von 2 betrachten wir nicht weiter, da sie nur bei sehr niedrigen Temperaturen von unter Null relevant wären, die kaum auftreten, aber wenn sie auftreten, würden sie die CO2 Bilanz der Wärmepumpe deutlich verschlechtern (s. dazu auch die Zahlen im oben zitierten Video Min 41:02 ).

Eingedenk der Unsicherheiten bei der Bestimmung eines realistischen COP Wertes nehmen wir an, dass dieser Wert während der Heizperiode zwischen 2,5 – 3,0 liegt, im Mittel bei etwa 2,75. Dann lägen die CO2 Emissionen im deutschen Strommix für die Erzeugung von 18.000 kWh Wärme bei knapp 3000 kg.

Dies würde im Vergleich zu einer Gasheizung eine Einsparung von ca 200 kg und im Vergleich zu einer Ölheizung eine Einsparung von 1400 kg pro Jahr bedeuten.

Wie wirtschaftlich ist eine Wärmepumpe im Vergleich zu einer Öl- oder Gasheizung?

Die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe hängt von folgenden Faktoren ab:

1. Investitions - Kostendifferenz zwischen einer Wärmepumpe und einer Öl- oder Gasheizung

2. COP der Wärmepumpe

3. Betriebs - Kostendifferenz zwischen dem Stromeinsatz in einer Wärmepumpe und dem Öl- bzw. Gasverbrauch einer traditionellen Heizung

Von diesen Faktoren ist die Investitionskostendifferenz am schwierigsten zu bestimmen. Auch wenn man berücksichtigt, dass nach dem jüngst verabschiedeten Gebäudeenergiegesetz, auch unter dem Namen Heizhammer bekannt, eine Reihe von Fördermechanismen greifen sollen, deren Details weitgehend unbekannt sind, aber zB hier mit etwa 35% der Investitionskosten angegeben werden, scheinen die Investitionskosten einer Wärmepumpe erheblich höher zu liegen, als bei einer traditionellen Öl- oder Gasheizung.
Deren Kosten liegen derzeit etwa bei 10.000 EUR. Die Investitionskosten nach Förderung für eine Wärmepumpe – abhängig vom Typ - liegen bei ca. 20 Tsd EUR.

Hinzugerechnet werden müssen die Kosten für bauliche Veränderungen, wie Gebäudedämmung oder der Einbau einer Fußbodenheizung, da normale Heizkörper nicht mit den Vorlauftemperaturen betrieben werden können, die eine Wärmepumpe liefert: Die Wohnung bliebe im Winter kalt.

Hier wird ein “Fahrplan” diskutiert, demzufolge man sein Haus durch verschiedene Maßnahmen energieeffizienter gestalten kann. Kosten werden im Detail nicht dargelegt, sodass auch dieser Artikel nicht besonders erhellend ist.

An anderer Stelle wurden bereits potentielle Kostenprobleme mit Wärmepumpen dargelegt.

Über praktische Erfahrungen hinsichtlich Haussanierung und Energieeinsparung wird zB hier berichtet:

“Die Warmwasserheizung inklusive Fußbodenkreisläufen, Wärmepumpe und Speicher koste für ein 150 Quadratmeter großes Einfamilienhaus 38.000 Euro….allerdings rechnet sich die Wärmepumpe wegen der hohen Anschaffungskosten demnach erst nach 43 Jahren – sofern sie bis dahin nicht kaputtgegangen ist”

Auch das Weimann Gutachten für die FDP von 2021, kommt zum Schluss, dass der Einbau einer Wärmepumpe erheblich teurer ist, als der Betrieb einer Gasheizung, auch wenn man die Kosten des Emissionshandels, denen eine Gasheizung unterliegt, berücksichtigt.

In folgendem Beispiel soll davon ausgegangen werden, dass der Ersatz einer Öl- oder Gasheizung in einem bestehenden Einfamilienhaus durch eine Wärmepumpe unter Berücksichtigung von erforderlichen Umbaumaßnahmen und von noch festzulegenden Fördermaßnahmen, deren Höhe von den jeweiligen individuellen Einkommensverhältnissen des Eigentümers abhängt, und die ohnehin noch nicht bekannt sind, mindestens 20.000 EUR kosten wird. Teilweise werden erheblich höhere Beträge genannt, aber dieses Beispiel soll nur zur Illustration dienen und eher Hinweise darauf geben, mit welchen Beträgen man mindestens zu rechnen hat.

Da kaum jemand derartige Beträge auf der hohen Kante liegen hat, müsste dafür ein Kredit aufgenommen werden.

Aktuell (Anfang Oktober 2023) liegt der effektive Jahreszins für Bauvorhaben bei etwa 3,60%. Laut Annuitätenrechner ergäbe dies nach Ende der Laufzeit von 20 Jahren eine Gesamtbelastung von ca. 30.000 EUR, die jährliche Belastung läge bei etwa 1.100 EUR.

Vergleichen wir nun die jährlichen Betriebskosten einer Wärmepumpe mit denen einer Öl- oder Gasheizung, wobei wir, wie oben bei den CO2 Emissionen, von einem jährlichen Verbrauch von 20.000 kWh ausgehen. Dies entspricht etwa 2000 l Heizöl bzw. 2000 m3 Erdgas.

Heizöl kostet derzeit etwa 1,05 EUR pro l, demnach 10,5 Cents/kWh und Erdgas etwa 12 Cents/kWh.

Bei oben angenommenen Verbrauch lägen die Jährlichen Kosten für Heizöl bei etwa 2100 EUR und für Gas bei 2400 EUR.

Eine Wärmepumpe würde bei einem COP von 3 ca. 6000 kWh Strom erfordern, um die gleiche Wärmeleistung wie eine Öl- oder Gasheizung mit 20.000 kWh Verbrauch erfordern, da wegen der Abwärmeverluste einer Heizung von den eingesetzten 20.000 kWh nur etwa 18.000 kWh als nutzbare Raumwärme zur Verfügung stünden. Um 18.000 kWh Wärme bei einem COP von 3 zu erzeugen müssten ca. 6000 kWh Strom eingesetzt werden.

Geht man von einem Strompreis von etwa 40 Cents/kWh aus, ergäbe dies jährliche Stromkosten von ca. 2400 EUR; bei 30 Cents 1800 EUR. Sinkt der COP aber auf 2,5, dann läge der Stromverbrauch bei 7200 kWh und die Stromkosten bei knapp 2900 oder bei 30 Cents/kWh bei 2160 EUR.

Eine Wärmepumpe spart also entweder relativ wenig oder überhaupt keine Betriebskosten im Vergleich zu einer Öl- bzw Gasheizung ein. Besonders bei größerer Kälte im Winter sinkt der COP stärker unter 3 ab, weswegen der Betrieb einer Wärmepumpe gegenüber einer Öl- oder Gasheizung dann unattraktiver wird.

Rechnet man den Schuldendienst in Höhe von etwa 1100 EUR pro Jahr hinzu, ist eine Wärmepumpe ein glattes Verlustgeschäft im Vergleich zum Weiterbetrieb einer vorhandenen Öl- oder Gasheizung. Dies gälte auch, wenn man steigende CO2 Preise, wie geplant, berücksichtigt.

Müsste man eine vorhanden Öl-oder Gasheizung ersetzen, weil sie nicht mehr reparabel ist, beliefen sich die Kosten auf ca. 10.000 EUR und der Schuldendienst für einen hierfür erforderlichen Kredit auf etwa die Hälfte, nämlich 550 EUR pro Jahr. Dies bezöge sich jedoch nur auf den reinen Ersatz der Heizung, nicht auf wahrscheinlich erforderliche zusätzliche Umbaumaßnahmen.

Wie oben bereits gesagt, stellen die hier genannten Zahlen eher die Untergrenze dar, um die Kosten darzulegen, mit denen man mindestens rechnen muss.

Zusammenfassend kann man folgendes festhalten:

1. Die CO2 Einsparung einer Wärmepumpe im Vergleich zu einer Gasheizung ist gering bis nicht vorhanden, im wesentlichen, da der Strom zum Betrieb der Wärmepumpe nicht CO2-frei erzeugt wird und eine Gastherme einen recht hohen thermischen Wirkungsgrad hat.
Im Vergleich zu einer Ölheizung beläuft sich die Einsparung auf ca 1400 kg CO2 pro Jahr. Entscheidend ist, welchen COP man zugrunde legt, und wie CO2-intensiv die Stromerzeugung ist.

2. Eine Kosteneinsparung im Vergleich zu einer Öl- oder Gasheizung ist nicht vorhanden, wenn man die Investitionskosten für eine Wärmepumpe inkl. der erforderlichen Umbaumaßnahmen und die damit verbundenen Finanzierungskosten berücksichtigt.


Auch wenn man den geplanten Emissionshandel berücksichtigt, der bei 65 EUR/t CO2 gedeckelt werden soll ( und zu einer Verteuerung von ca. 200 EUR pa bei einer Gasheizung und ca 280 EUR pa bei einer Ölheizung führen würde), würde sich eine Wärmepumpe nicht rechnen, da sie sich erst nach mehreren Jahrzehnten amortisieren würde

Allerdings sind all dies Szenarienüberlegungen, die eine große Unsicherheitsbandbreite aufweisen, aber in der generellen Tendenz zutreffen dürften

Ein verpflichtender Einbau von Wärmepumpen im Gebäudebestand dürfte weder für die Klimapolitik zu größeren CO2 Einsparungen noch für die Immobilienbesitzer zu Kosteneinsparungen führen. Aussagen, wie die Wärmepumpen würden die Immobilienbesitzer vor Kostensteigerungen fossiler Energieträger schützen, muss man überwiegend als Propaganda bewerten.