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Solutions for Heat Transition and Climate Protection

REPowering EU: Technische Lösungen für den Gebäudesektor

Unmittelbar nach der Invasion Russlands in die Ukraine erarbeitete die EU-Kommission die Strategie REPowering EU. Ziel ist es, die Abhängigkeit der EU von russischem Gas zu reduzieren. Rund 40 % des in der EU eingesetzten Erdgases stammte zu diesem Zeitpunkt aus der russischen Föderation. Neben der Absicht, russisches Erdgas durch Liquified National Gas (LNG) aus den USA und aus anderen Quellen zu ersetzen fordert REPowering EU auch eine Effizienzsteigerung in allen Energieverbrauchssektoren.

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Die ISH 2023 zeigt für den Gebäudesektor die technischen Lösungen, die in der REPowering Strategie der EU beschrieben werden. Die Wärmepumpe spielt dabei eine wichtige Rolle. So plant die EU bis zum Jahr 2030 zusätzlich 30 Mio. Wärmepumpen und in den nächsten fünf Jahren 10 Mio. Wärmepumpen zu installieren. Im Neubau längst die Technologie Nummer eins, zeigen die Hersteller in Frankfurt auch Anlagen für die Bestandssanierung. Diese Systeme erreichen deutlich höhere Systemtemperaturen und können dadurch auch effizient im Bestandsgebäude betrieben werden.

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Einen weiteren Schwerpunkt der ISH bilden technische Lösungen für die dezentrale Stromversorgung. Diese Entwicklung wird auch durch die zunehmende E-Mobilität vorangetrieben. Über 80 % der Ladevorgänge von E-Autos findet im privatgenutzten Gebäude statt. Das Haus wird künftig zunehmend zum Erzeuger und zur Speicherstätte von Energie. Dadurch erhöht sich der Autarkiegrad des Gebäudes, das Haus wird buchstäblich unabhängiger. Zudem werden die Stromnetze entlastet und die Energiewende maßgeblich vorangebracht. Weiterer positiver Effekt: Die energetische Flexibilität des Gebäudes erhöht sich. Ein Anwendungsbeispiel: In ein solches System können neben einer Wärmepumpe weitere Erzeuger und Verbraucher wie eine PV-Anlage, eine Wallbox für das E-Auto oder ein thermischer oder elektrischer Speicher eingebunden werden. Über ein so genanntes Home Energy Management System (HEMS) werden Erzeuger und Verbraucher im Gebäude energieoptimiert und nach den individuellen Wünschen der Betreiber koordiniert. Mittels digitaler Vernetzung bekommt beispielsweise die Wärmepumpe ein Signal, wenn besonders viel erneuerbarer Strom verfügbar und somit ein möglichst umweltfreundlicher und kosteneffizienter Betrieb möglich ist.

Neben Wärmepumpen und Lösungen für die dezentrale Stromerzeugung zeigen die Hersteller auf der ISH vom 13. - 17. März 2023 ein breites heiztechnisches Spektrum im Sinne der REPowering EU-Strategie. Diese Systeme erlauben ein Höchstmaß an Effizienz und Unabhängigkeit von fossilen Energieträgern.

Dekarbonisierung des Wärmesektors: Wärmepumpen als wichtiger Baustein für die Wärmewende

Die Bundesregierung hat im Mai 2021 im Rahmen der Anpassung des Klimaschutzgesetzes (KSG) die CO2-Minderungsziele für das Jahr 2030 für alle Sektoren weiter verschärft. Insgesamt sollen die CO2-Emissionen bis zum Jahr 2030 um 65% gegenüber dem Jahr 1990 gesenkt werden. Bis zum Jahr 2045 soll Deutschland die Klimaneutralität erreicht haben. Für den Gebäudesektor liegt das neue Minderungsziel bei gut 44% für das Jahr 2030 im Vergleich zu den Emissionen des Jahres 2020. Das entspricht einer Reduzierung um rund 53 Millionen Tonnen CO2. Vor dem Hintergrund dieser ambitionierteren Klimaschutzziele müssen im Wärmesektor alle vorhandenen Optionen zur Emissionsminderung genutzt werden. Dies sind im Wesentlichen vier Säulen:

  1. Beschleunigung der Heizungsmodernisierung
  2. Einbindung erneuerbarer Energien
  3. Defossilisierung der Energieträger
  4. Erhöhung

Der Ausbau der Wärmepumpenanwendungen ist eine wesentliche Säule der Wärmewende. Die Ampel-Koalition plant, den Bestand an Wärmepumpen auf 6 Millionen Anlagen bis zum Jahr 2030 auszubauen. Zurzeit sind in Deutschland rund 1,1 Millionen Wärmepumpen installiert. Im Rahmen des Wärmepumpengipfels im Juni hat die deutsche Heizungsindustrie deutlich gemacht, dass sie die Bundesregierung darin unterstützt, den beschleunigten Markthochlauf der Wärmepumpe zu ermöglichen. Auch auf der Stromerzeugerseite sind die Ziele ambitioniert. Nach Angaben der BDEW haben Erneuerbare Energien im ersten Halbjahr 2022 rund 49 Prozent des Bruttoinlandstromverbrauchs gedeckt. Um die Klimaschutzziele zu erreichen und unabhängig von fossilen Energieimporten zu werden, soll der Anteil erneuerbarer Energien am Bruttostromverbrauch bis 2030 auf mindestens 80 Prozent steigen. Die Bundesregierung stellt derzeit die Weichen für den beschleunigten Ausbau von Wind- und Solarenergie und für mehr Energieeffizienz.

Mann steht vor einer Wärmepumpe

Wärmepumpen spielen für den Klimaschutz im Gebäudesektor also eine wichtige Rolle, denn sie nutzen erneuerbare Energien, um Wärme zu erzeugen. Luft-Wasser-Wärmepumpen und Sole-Wasser-Wärmepumpen entziehen der Umgebung, ob der Luft, dem Grundwasser oder der Erde, Wärme über einen Kältemittelkreislauf. Luft-Luft-Wärmepumpen saugen mit Ventilatoren die Luft aus der Umgebung an. Ein Wärmetauscher gibt die Wärmeenergie dann jeweils an das Heizsystem ab.

Im Neubau ist die Wärmepumpe bereits seit Jahren Marktführer. Mittlerweile bieten die Hersteller auch technische Lösungen für Bestandsgebäude an. So genannte Hochtemperatur-Wärmepumpen heben die Temperaturen der Umweltwärmequellen auf ein Niveau, das für herkömmliche Heizkörper ausreicht. Während konventionelle Anlagen mit einer Vorlauftemperatur von ca. 50 Grad Celsius arbeiten, erreichen die Hochtemperatursysteme Werte von 70 Grad Celsius. Der Staat fördert den Einbau von Wärmepumpen, für Alt- wie auch Neubauten, und zwar mit 35 Prozent der förderfähigen Kosten. Es sind sogar 45 Prozent Förderung möglich – wenn Sie eine alte Ölheizung durch die Wärmepumpe ersetzen. 

Trotz der künftig zunehmenden Bedeutung der Wärmepumpentechnologie ist es unter anderem mit Blick auf den heterogenen Gebäudebestand von zentraler Bedeutung für den Erfolg der Wärmewende, auf ein breites technisches Portfolio zu setzen. Dazu zählen insbesondere auch hybride Lösungen, die eine Wärmepumpe mit einem weiteren Wärmeerzeuger kombinieren, wasserstoffkompatible Heizungen sowie die Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung, die holzbasierte Wärme und die Solarthermie. 

Über die neuesten technischen Innovationen bei Wärmepumpen sowie über sämtliche heiztechnischen Lösungen zur Erreichung der Klimaziele im Gebäudesektor informiert die ISH vom 13. - 17. März 2023 in Frankfurt.

H2-Ready: Klimaneutral heizen mit Wasserstoff

Die Klimaziele im Gebäudesektor sind ambitioniert. Ausgehend vom Jahr 2020 soll in den kommenden zehn Jahren der CO2-Ausstoß um 44 Prozent reduziert werden. Bis 2045 sollen Deutschland und Europa klimaneutral sein. Im Gebäudesektor wird dieses Ziel nur gelingen, wenn neben erneuerbarem Strom auch weitere erneuerbare und CO2-neutrale Energieträger zum Einsatz kommen. Dazu zählen die Biomasse, E-Fuels, Biomethan und Wasserstoff.

Bedienteil für ein Wasserstoffboiler

Vor allem der Einsatz von Wasserstoff gilt insbesondere mit Beginn der Energiekrise in Deutschland und Europa als wichtige Option, um den CO2-Ausstoß und die Abhängigkeit von Importen fossiler Energieträger zu reduzieren. Er wird aus erneuerbarem Strom erzeugt und verbrennt, ohne dabei CO2 freizusetzen. Für die Verteilung des Energieträgers in die deutschen Heizungskeller kann das bestehende Gasnetz genutzt werden. Dadurch können die notwendigen Investitionen in den Ausbau des Stromsystems gemindert werden und die Resilienz des Energiesystems erhöht werden.

Der Gebäudebereich ist prädestiniert für den Einsatz von Wasserstoff. Über 90 Prozent der rund 21 Millionen Heizungen in Deutschland werden heute noch mit Erdgas oder Heizöl betrieben. Dabei ist keine Heizung fossil, sondern nur der Energieträger – und der kann erneuerbar werden. Moderne Gas-Brennwertgeräte sind H₂-ready, das heißt, sie können mit einer Beimischung von Wasserstoff im Erdgas und perspektivisch auch mit reinem Wasserstoff betrieben werden. Für die Umstellung der Anlagentechnik auf die Nutzung von Wasserstoff hat die deutsche Heizgeräteindustrie bereits mehrere Optionen entwickelt.

  1. Moderne Gas-Brennwertgeräte sind H₂-ready, das heißt, sie können mit 20 bis 30 Prozent Wasserstoff im Erdgas betrieben werden.
  2. Ab 2025 lassen sich Neugeräte mit überschaubarem finanziellem und zeitlichem Aufwand auf 100% Wasserstoff umstellen. Dafür sorgen Umrüstkits, die ab 2025 durch die Gerätehersteller bereitgestellt werden. Die Kosten für die Umrüstung belaufen sich auf wenige hundert Euro.

Der Ausbau der erforderlichen Infrastrukturen für die Erzeugung, Speicherung und Verteilung von Wasserstoff wird in den kommenden Jahren vorangetrieben. Im Sommer 2020 hat die Bundesregierung ihre Nationale Wasserstoffstrategie vorgestellt und will insgesamt neun Milliarden Euro zur Verfügung stellen. Fast zeitgleich veröffentlichte die EU-Kommission eine Wasserstoffstrategie: Bis 2024 soll die Wasserstoffproduktion mit erneuerbaren Energien auf bis zu eine Million Tonnen steigen, bis zum Jahr 2030 dann auf zehn Millionen Tonnen.

Wasserstoff wird also bei der Transformation des Wärmesektors eine wichtige Rolle spielen. Auf der ISH 2023 zeigen die Hersteller vom 13. - 17. März sämtliche heiztechnischen Optionen zur Erreichung der Klimaziele im Gebäudesektor. Dazu gehören auch wasserstofffähige Heizungssysteme.

Intelligentes Energiemanagement: Sektorkopplung im Gebäude für den Klimaschutz

Grafik Sektorkopplung im Gebäude

Während über manche Fragen der Energiewende noch intensiv diskutiert wird, ist eine Antwort bereits klar: Für die erfolgreiche Umsetzung der Energiewende brauchen wir ein vernetztes Energiesystem. Das betrifft nicht nur Energieversorger und Netzbetreiber, sondern auch die Anlagen der Bürger, zum Beispiel ihre Heizungsanlagen. Deren Vernetzung bietet nicht nur Vorteile für die Anwender und das installierende Fachhandwerk, sie schafft überhaupt erst die Voraussetzung für die Sektorkopplung, also das Zusammenwachsen der Sektoren Mobilität, Strom und Wärme im Gebäude.

In den letzten Jahren hat sich die Digitalisierung zu einem der Top-Themen in der Heiztechnik entwickelt. Heute ist die „digitale Heizung“, also ein Wärmeerzeuger mit einer digitalen Schnittstelle, bereits Standard. Moderne Kessel sind bereits ab Werk internetfähig und können mit einfachen Plug-and-Play-Lösungen mit dem Internet verbunden werden. Auch für ältere Modelle bieten die meisten Hersteller Nachrüst-Sets an. Für den Anwender ergeben sich durch den digitalen Betrieb Vorteile. Er hat seine Anlage immer im Blick und kann durch den digital optimierten Betrieb Energie einsparen. Das Institut für Technische Gebäudeausrüstung Dresden (ITG) hat errechnet, dass durch die Verbindung der Heizungsanlage mit dem Internet ein mittleres Einsparpotential von acht bis 15 Prozent eröffnet wird. Auch für den SHK-Fachhandwerker bringt ein vernetztes Heizsystem Vorteile. Er kann Einsicht in die Betriebs- und Bedienhistorie nehmen und Systemdaten auslesen – alles bereits vor der Anfahrt zum Kunden. Das spart in Zeiten einer starken Auslastung wertvolle Kapazitäten.

Künftig lassen sich jedoch noch weitaus größere Potenziale durch die Digitalisierung der Heiztechnik heben. Im Zuge der Transformation des Wärmesektors wird u.a. zunehmend Strom aus erneuerbaren Energien über die Wärmepumpe zum Heizen genutzt. Dieser Strom aus erneuerbaren Energien ist jedoch volatil, er unterliegt Schwankungen. Über ein Home Energy Management System (HEMS) werden Erzeuger und Verbraucher im Gebäude energieoptimiert und nach den individuellen Wünschen der Betreiber koordiniert. Mittels digitaler Vernetzung bekommt dann die Wärmepumpe ein Signal, wann besonders viel erneuerbarer Strom verfügbar und somit ein möglichst umweltfreundlicher und kosteneffizienter Betrieb möglich ist. In ein solches System können auch weitere Erzeuger und Verbraucher wie eine PV-Anlage, eine Ladestation für das E-Auto, ein thermischer oder elektrischer Speicher eingebunden werden. Das HEMS steuert dann die Verteilung des eigenen Solarstroms. Dabei werden Erzeuger (die Photovoltaik-Anlage) und Verbraucher (Wärmepumpe, Elektroauto, Solarstromspeicher, Haushaltsgeräte etc.) durch die intelligente Technik so koordiniert, dass die Stromkosten minimiert und die Unabhängigkeit vom Energieversorger gesteigert wird.

Auf der ISH zeigen die Hersteller vom 13. - 17. März 2023 in Frankfurt ihre digitalen heiztechnischen Lösungen und informieren über Energie Management Systeme.