Was sind die Optionen einer klimaneutralen Wärmeversorgung für den Gebäudebestand?

Fossile Energieträger wie Erdöl und Erdgas verursachen hohe Treibhausgasemissionen und sind mit einer klimaneutralen Wärmeversorgung unvereinbar. Im Gebäudebestand braucht es daher einen schrittweisen Umstieg auf Systeme, die erneuerbare Energie nutzen, effizient arbeiten und sich technisch in die vorhandenen Gebäude integrieren lassen. Je nach Zustand, Standort und Anschlussmöglichkeiten bieten sich vor allem Wärmepumpen, Wärmenetze und – in begrenztem Umfang – Biomasseanlagen als zukunftsfähige Alternativen an.

Wärmenetze – zentrale Versorgungssysteme mit Zukunft

Wärmenetze, also Nah- oder Fernwärme, gewinnen im Zuge der Wärmewende stark an Bedeutung, besonders in Gebieten mit hoher Wärmedichte oder nutzbarer Abwärme. Sie bieten zentrale Wärmeerzeugung, geringe Investitionskosten auf Gebäudeseite und entlasten Nutzer von Wartungs- und Betriebspflichten. Zudem können sie vielfältige erneuerbare Quellen integrieren – etwa Kraft-Wärme-Kopplung mit Biomasse, industrielle Abwärme, Großwärmepumpen, Solarthermie oder Geothermie.

Zukünftige Wärmenetze werden multimodal aufgebaut, das heißt, sie kombinieren verschiedene Erzeuger und Betriebsstrategien, um saisonale Schwankungen auszugleichen. Damit übernehmen sie eine systemische Rolle in der Energiewende. Für Gebäude in erschlossenen Gebieten ist der Anschluss an ein Wärmenetz in der Regel die ökonomisch und ökologisch sinnvollste Option. Ein wichtiger Aspekt ist, dass Wärmenetze keine Kühlung bereitstellen. Daher benötigen fernwärmeversorgte Gebäude einen wirksamen sommerlichen Wärmeschutz, etwa durch geeigneten Sonnenschutz, Fensterglas mit niedrigen g-Werten und eine ausreichende Speichermasse.

Multimodale Wärmenetze - Prinzipdarstellung

Biomasse – begrenzte Ressource für gezielten Einsatz

Biomasse in Form von Holz ist ein bewährter erneuerbarer Energieträger, doch das ökologisch vertretbare Potenzial ist in Österreich weitgehend ausgeschöpft – besonders im urbanen Raum sind kaum Erweiterungen möglich. Eine starke Ausweitung wie bei Windkraft oder Photovoltaik ist daher nicht realistisch. Aus energiewirtschaftlicher Sicht sollte das verbleibende Potenzial vor allem für Anwendungen mit hohem Temperaturniveau genutzt werden, etwa für industrielle Prozesswärme oder für Kraft-Wärme-Kopplung, bei der gleichzeitig Strom und Wärme erzeugt und die Abwärme in Wärmenetze eingespeist wird. Biomasse ist zudem der einzige erneuerbare Energieträger in gespeicherter Form und damit prädestiniert für die Erzeugung von Winterstrom.

Das technisch und ökologisch vertretbare Nutzungspotenzial von Holz als Energieträger ist in Österreich weitgehend ausgeschöpft.

Im Gebäudesektor sollte Biomasse künftig nur noch in Ausnahmefällen direkt eingesetzt werden – etwa bei denkmalgeschützten oder erhaltenswerten Gebäuden mit ungedämmter Gebäudehülle, deren Beheizung eine hohe Vorlauftemperatur erfordert. In solchen Fällen können Pellet-, Stückholz- oder Hackschnitzelanlagen weiterhin sinnvoll sein, sofern ein effizienter Betrieb und eine zuverlässige Brennstofflogistik gewährleistet sind.

Gasförmige Brennstoffe – keine nachhaltige Option

Der Einsatz von gasförmigen Brennstoffen, ob fossilen, biogenen oder synthetischen Ursprungs, ist langfristig keine tragfähige Lösung für den Gebäudesektor. Das sind die Gründe:

•  „Blaues“ Gas, also fossiles Erdgas mit nachgeschalteter CO₂-Abscheidung, leidet unter hohen vorgelagerten Emissionen durch Förderung und Transport. Selbst bei vollständiger Abscheidung im Abgasstrom können rund 20 % der Gesamtemissionen nicht vermieden werden.
• „Grünes“ Gas, etwa Biogas oder Biomethan aus Klärschlamm, Reststoffen oder Energiepflanzen, steht mengenmäßig nur in sehr begrenztem Umfang zur Verfügung. Die Herstellung ist flächenintensiv und mit teils erheblichen Vorkettenemissionen verbunden. Diese Energieträger sind in Industrie, Chemie und Schwerlastverkehr wesentlich sinnvoller einsetzbar als im Gebäudesekt
• Synthetisches Gas (EE-Gas), hergestellt aus erneuerbarem Strom über Elektrolyse und Methanisierung, ist zwar CO₂-neutral, jedoch mit erheblichen Umwandlungsverlusten verbunden. Eine Kilowattstunde Strom erzeugt in einer Wärmepumpe bis zu sechsmal mehr nutzbare Wärme als über den Umweg synthetischer Gasproduktion und anschließender Verbrennung. Aus Effizienzgründen ist EE-Gas daher für Raumwärme zu wertvoll.

Fazit: Gasbasierte Heizsysteme – auch auf Basis erneuerbarer Gase – sind für den Gebäudesektor keine nachhaltige Lösung und sollten nicht mehr vorgesehen werden.

Wärmepumpen – Effiziente Nutzung elektrischer Energie

Wärmepumpen nutzen Umweltwärme aus Luft, Erdreich oder Wasser und erreichen hohe Jahresarbeitszahlen (JAZ) von 3 bis 5. Eine Kilowattstunde Strom liefert damit drei bis fünf Kilowattstunden Wärme. Mit steigendem Anteil erneuerbarer Energien im Strommix sinken die CO₂-Emissionen weiter, weshalb Wärmepumpen zur zentralen Technologie der zukünftigen Raumwärme werden. Sie arbeiten nach dem Prinzip der thermodynamischen Kompression: Ein Verdichter erhöht Druck und Temperatur des Kältemittels, sodass Wärme an das Heizsystem abgegeben werden kann. Für die Effizienz entscheidend ist die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle (z. B. Außenluft, Erdreich) und Heizsystem.

Funktionsprinzip der Wärmepumpe

1. Wärmeaufnahme: Die Wärmepumpe entzieht der Umwelt (Außenluft, Erdreich, Grundwasser, Oberflächenwasser oder Abwärme) Wärmeenergie und gibt sie über einen Wärmetauscher an ein Kältemittel ab. Selbst bei niedrigen Temperaturen reicht diese Wärme aus, um das Kältemittel gasförmig werden zu lassen.
2. Verdichtung: Anschließend wird das gasförmige Kältemittel in einem Kompressor verdichtet. Für diesen Verdichtungsprozess benötigt die elektrische Wärmepumpe Strom. 
3. Wärmeabgabe: Die durch die Verdichtung entstehende Wärme wird genutzt, um das Wasser im Heizsystem zu erwärmen. Die erzielte Wärmeleistung übersteigt die aufgewendete elektrische Leistung dabei um ein Vielfaches. Entscheidend für die Effizienz ist die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle Wärmesenke (Heizsystem).

Luft-Wärmepumpen

Luft-Wärmepumpen gewinnen Energie aus der Umgebungsluft. Sie sind kostengünstig in der Installation, erfordern jedoch sorgfältige Planung – vor allem beim Schallschutz und beim Standort, um Luftkurzschlüsse zu vermeiden. Ihre Effizienz nimmt bei niedrigen Außentemperaturen ab, wodurch der Stromverbrauch im Winter steigt. Damit Luft-Wärmepumpen eine effiziente und wirtschaftliche Lösung darstellen, sollte das notwendige Temperaturniveau des Heizsystems möglichst gering sein. Der aktive Kühlbetrieb ist möglich, verursacht jedoch zusätzliche Stromkosten.

Sole-Wärmepumpen

Sole-Wärmepumpen nutzen das Erdreich als Wärmequelle über Flächenkollektoren, Ringgrabenkollektoren oder Tiefensonden. Sie erreichen aufgrund der konstanten Quellentemperatur von ca. 5–10 °C höhere Jahresarbeitszahlen als Luft-Wärmepumpen und weisen eine längere Lebensdauer auf. Die höheren Investitionskosten für die Erschließung amortisieren sich meist durch niedrigere Betriebskosten. Ein weiterer Vorteil liegt in der Möglichkeit der passiven Kühlung, bei der die Erdwärmequelle im Sommer als Wärmesenke dient. Diese Funktion erhöht nicht nur den Komfort, sondern regeneriert zugleich das Erdreich für den Winterbetrieb.

Anergienetze – Niedertemperatursysteme für neue Quartiere

Anergienetze sind ein hybrides Konzept zwischen Wärmenetz und dezentraler Wärmepumpenversorgung. Sie transportieren Wärme auf niedrigem Temperaturniveau (typisch 8–20 °C) und dienen als Energiequelle für dezentrale Wärmepumpen in den angeschlossenen Gebäuden. Ihr großer Vorteil liegt in der gleichzeitigen Nutzung von Heiz- und Kühlpotenzialen: Wärmeüberschüsse aus der Gebäudekühlung können zur Deckung des Heizbedarfs anderer Gebäude verwendet werden. Ergänzend kommen saisonale Speicher (Erdreich, Grundwasser, Großspeicher) zum Einsatz.

Anergienetze eignen sich insbesondere für Quartiere mit einer Mischung aus Wohn- und Nichtwohngebäuden und mit hoher Energiedichte. Technisch sind sie anspruchsvoll, bieten aber große Effizienzpotenziale und hohe Flexibilität hinsichtlich der Wärmequellenintegration (Geothermie, Abwärme, Solarthermie).

Fazit

Für den Gebäudebestand zeichnen sich zwei Hauptpfade einer klimaneutralen Wärmeversorgung ab:

• Dezentrale Wärmepumpensysteme – insbesondere Sole- und Luft-Wärmepumpen, kombiniert mit Niedertemperatur-Heizsystemen und gegebenenfalls Photovoltaik.
•  Zentrale Wärmenetze – basierend auf erneuerbarer Energie, Abwärme und KWK, zunehmend auch als Niedertemperatur- oder Anergienetze.

Biomasse bleibt ein wertvoller Energieträger, ist aber nur begrenzt vorhanden und sollte vorrangig für KWK- und Prozesswärme eingesetzt werden. Gasförmige Energieträger, - auch in synthetischer Form - sind wegen begrenzter Verfügbarkeit und geringer Effizienz keine langfristige Option für den Gebäudesektor.

Die Zukunft der Wärmeversorgung im Gebäudebestand liegt in elektrisch betriebenen Wärmepumpen und erneuerbaren Wärmenetzen – Technologien, die nicht nur klimaneutral, sondern auch versorgungssicher und wirtschaftlich sind.