Luft-Wasser-Wärmepumpe: Funktion, Vorteile und Sparpotenzial

Wärmepumpen sind eine vielversprechende Möglichkeit zum klimaneutralen Heizen. Besonders beliebt ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe: Kosten, Aufwand und Effizienz stehen hier in einem ausgewogenen Verhältnis. Erfahre in diesem Beitrag alles über die Luft-Wasser-Wärmepumpe – von Funktion und Preisen über Stromverbrauch und Förderungen.

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen:

Die Aufteilung ergibt sich aus der Frage: Woher kommt die Wärme? Im Fall von Wasser- und Erd-Wärmepumpen sitzt die Wärmequelle unter der Oberfläche – im Grundwasser, Abwasser oder dem Erdreich. Bei beiden Unterarten ist die Installation daher relativ aufwendig: Sie benötigen Platz sowie Bohrungen oder Grabungen, um die Wärmequellen durch spezielle Brunnen, Sonden oder Kollektoren zu erschließen. Daher werden sie in der Regel eher selten in Privathäusern verbaut.

Anders die Luft-Wärmepumpe: Sie nutzt die Umgebungsluft als Wärmequelle. Ein Ventilator bringt die Außenluft ins Innere, wo schon geringe Temperaturen den Heizkreislauf in Gang bringen. Der große Vorteil: Umgebungsluft ist immer vorhanden und denkbar leicht zugänglich. Außer einem leistungsfähigen Kältemittel, das bei niedrigen Temperaturen schnell verdampft, braucht es nicht mehr, um die Wärmepumpe auch in gemäßigten Klimazonen wie in Deutschland effizient zu betreiben.

Wie funktioniert eine Luft-Wasser-Wärmepumpe? Und wie ist sie im Inneren aufgebaut? Im Detail besteht jede Wärmepumpe dieser Art aus:

1) Ventilator: An der Außeneinheit zieht er die Umgebungsluft an und bringt sie zum Verdampfer.

2) Kältemittel: Es befindet sich im Verdampfer und nimmt durch die Zufuhr geringer Temperaturen einen gasförmigen Zustand an.

3) Kompressor: Er verdichtet das gasförmige Kältemittel durch starkes Zusammendrücken – es entstehen hohe Temperaturen.

4) Wärmetauscher: Hier wird die Wärmeenergie des verdichteten Gases auf das Heizwasser übertragen; dadurch kühlt das Kältemittel wieder ab und kondensiert.

5) Verflüssiger mit Expansionsventil: Es lässt den restlichen Druck ab, sodass sich das Kältemittel wieder vollständig verflüssigt; der Kältekreislauf beginnt nun von vorne.

6) angeschlossenes Heizsystem: In der Regel eine Flächenheizung an der Wand oder eine Fußbodenheizung.

Abhängig von Hersteller, Art und Größe der Luft-Wasser-Wärmepumpe kann der genaue Aufbau und das Zusammenspiel der Komponenten im Kältekreislauf abweichen. 

Welche Bedeutung haben die einzelnen Bestandteile der Luft-Wasser-Wärmepumpe genau und wie wirken sie sich auf Stromverbrauch, Umwelt und Effizienz aus? 

Der Ventilator ist eine der wichtigsten Komponenten einer Luft-Wasser-Wärmepumpe: Luft wird mit seiner Hilfe angesaugt und ins Innere der Pumpe transportiert. 

Für seinen Betrieb braucht der Ventilator Strom. Je nach Modell und Größe variiert die benötigte Energiezufuhr. Durch die Wahl von Strom aus erneuerbaren Energien lässt sich der Einfluss auf die Umwelt möglichst niedrig halten. Wer die Wärmepumpe mit einer Photovoltaik-Anlage auf dem eigenen Dach verbindet, heizt besonders klimaneutral.

Moderne Geräte setzen außerdem auf Inverter-Technologien. Dies erhöht die Effizienz des Ventilators der Luft-Wasser-Wärmepumpe: Stromverbrauch und auch die Lautstärke können deutlich reduziert werden, indem der Inverter die Drehzahl bedarfsgerecht anpasst.

Nicht alle Modelle besitzen ihn, doch er kann den jährlichen Stromverbrauch einer Luft-Wasser-Wärmepumpe erheblich senken: der Inverter. Es handelt sich bei dieser Komponente um einen sogenannten Um- oder Wechselrichter. 

Er verwandelt aus dem Netz bezogenen Wechselstrom in Gleichstrom – und wieder zurück in Wechselstrom mit einer Frequenz zwischen 10 und 50 Hz. Durch diese ausgefeilte Technik lässt sich die Drehzahl der Wärmepumpe flexibel regulieren – je nach benötigter Leistung beziehungsweise Wärme. Das hat Vorteile:

1) Vorlauftemperatur – nicht nur verhilft der Inverter der Wärmepumpe dazu, schneller die Betriebstemperatur zu erreichen: Die Technologie sorgt auch für eine konstante Vorlauftemperatur. Wärmepumpen ohne Inverter regeln diese über häufiges An- und Ausschalten; der Inverter reguliert stattdessen die Stromzufuhr, sodass die Drehzahl der Wärmepumpe nur die benötigte Leistung erreicht.

2) Längere Lebensdauer – indem der Inverter häufiges An- und Abschalten vermeidet, bleibt auch der Verschleiß der Wärmepumpe geringer. In der Folge werden die Materialien weniger strapaziert, was in einer längeren Lebensdauer resultiert.

3) Laufruhe – Wärmepumpenheizungen mit Inverter laufen selten auf Volllast und schalten sich weniger häufig aus und an. Daraus ergibt sich eine hohe Laufruhe.

Der Verdampfer bezeichnet die Stelle des Rohrsystems im Kältekreislauf, an der das flüssige Kältemittel durch die Zufuhr von Umgebungswärme in Gas verwandelt wird.

Vor allem in unseren Breitengraden, in denen zeitweise tiefe Temperaturen herrschen, hängt alles an einem leistungsstarken Kältemittel: Eine Flüssigkeit, die schon bei niedriger Gradzahl zu Gas wird. 

Viele sehr effiziente Kältemittel sind aber umweltschädlich und haben einen hohen Treibhauseffekt. Daher setzt die Industrie mittlerweile auf moderne Alternativen wie R32 oder aber auf natürliche Kältemittel. Es gibt sehr effiziente Luft-Wasser-Wärmepumpen, die mit dem natürlichen R290 betrieben werden, bei dem es sich schlicht um Propan handelt. Daher lohnt es sich, genau hinzusehen und auch das Kältemittel exakt unter die Lupe zu nehmen, wenn du aus Umweltgründen eine Luft-Wasser-Wärmepumpe kaufen willst.

Die zweite Stelle, an der eine Wärmepumpe Strom benötigt, ist der Kompressor. Es handelt sich bei ihm um das Herzstück einer jeden Wärmepumpe: Im Kompressor entsteht die meiste Wärmeenergie. Denn hier wird das durch Verdampfung entstandene Gas unter hohem Druck verdichtet, was noch mehr Wärme erzeugt.

Analog dazu ist der Verdichter auch der größte Stromverbraucher der Wärmepumpe. Wichtig ist daher, dass ein Profi die Dimensionierung der Wärmepumpenheizung übernimmt. Moderne Hocheffizienz-Kompressoren sind in der Anschaffung teurer, können aber bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe die Heizkosten weiter reduzieren.

Der Wärmetauscher definiert bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe die Funktion: Hier wird die durch Umgebungsluft und Kompression gewonnene Wärme an das Heizungswasser als Trägermedium abgegeben. So entsteht die Vorlauftemperatur – und auch Warmwasser stellt das Heizsystem bereit.

Nach der Wärmeabgabe kondensiert das Kältemittel wieder und fließt in den sogenannten Verflüssiger. Ein Expansionsventil lässt den restlichen Druck ab, sodass das Kältemittel vollständig abkühlt. Im Anschluss fließt das Kältemittel wieder dem Verdampfer zu – und der Kältekreislauf beginnt von vorn.

Wie effizient eine Luft-Wasser-Wärmepumpe beim Stromverbrauch im Verhältnis zur Heizleistung ist, hängt stark von den im Haus verbauten Heizkörpern ab. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe arbeitet mit einer Flächen- oder Fußbodenheizung sehr effizient. 

Auch Gebäude mit klassischen Heizkörpern können mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ausgestattet werden. Dabei ist die Vorlauftemperatur ausschlaggebend: Beträgt diese bei angenehmer Raumtemperatur bis zu 65 Grad, dann arbeitet die Wärmepumpe effizient. Anderenfalls sind Flächenheizkörper eine sinnvolle Alternative.

Vor dem Kauf einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist es sinnvoll, verschiedene Modelle miteinander zu vergleichen. Dabei spielen nicht nur Effizienz, Kältemittel und bauliche Voraussetzungen eine Rolle, sondern auch die Konstruktion der Wärmepumpe. Damit Hausbesitzer*innen nicht den Überblick verlieren, erklären wir die wichtigsten Fachbegriffe:

Das Kürzel JAZ steht für Jahresarbeitszahl. Dahinter verbirgt sich schlichtweg: Wie viel kWh Heizwärme kann die Wärmepumpe mit 1 kWh Strom herstellen? Je höher diese Zahl liegt, desto besser und effizienter arbeitet das Heizsystem. Damit ist beim Kauf die möglichst hohe JAZ einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ein wichtiger Faktor. Sie liegt bei modernen Modellen zwischen 3,5 und 4.

Der mit COP oder auch Coefficient of Performance bezeichnete Wert ähnelt der JAZ. Allerdings bezieht er sich nicht auf einen Durchschnitt, sondern zeigt die Effizienz der Wärmepumpe an einem bestimmten Betriebspunkt. Damit dient der COP für direkte Vergleiche unterschiedlicher Luft-Wasser-Wärmepumpen vor dem Kauf, sagt aber wenig aus über die Effizienz unter schwankender Auslastung im realen Betrieb.

Luftwärmepumpen gibt es in zwei Varianten: Split- und Monoblock-Geräte. Bei den Split-Geräten sind die Komponenten zur Wärmeerzeugung aufgeteilt, während bei den Monoblock-Wärmepumpen alles in einem Gehäuse steckt. Luft-Wasser-Wärmepumpen im Monoblock gelten als umweltfreundlicher. Du kannst sie sowohl draußen als auch drinnen aufstellen.

Auch der Bivalenzpunkt ist ein wichtiger Indikator: Er bezeichnet die Außentemperatur, bis zu der die Wärmepumpe allein für die Wärmeerzeugung im Haus sorgen kann. Das heißt im Umkehrschluss: Wird der Bivalenzpunkt unterschritten, so benötigst du einen zweiten Wärmeerzeuger. Wenn die Dimensionierung deiner Wärmepumpe richtig angepasst ist, wird der Bivalenzpunkt aber nur sehr selten unterschritten.

Du kannst deine Luft-Wasser-Wärmepumpe auch mit einem anderen Heizsystem kombinieren. Zum Beispiel mit einer umweltfreundlichen Solarthermie oder einem effizienten Gaskessel. In diesem Fall spricht man von einem Hybridsystem beziehungsweise einer Hybrid-Wärmepumpe.

Die Luft-Wasser-Wärmepumpe erfreut sich sehr großer Beliebtheit, da sie einfach zu installieren ist, in unseren Breitengraden verlässlich läuft und klimaneutrales Heizen ermöglicht. Im Detail bringt eine Luft-Wasser-Wärmepumpe diese Vor- und Nachteile mit:

Was kostet eine Luft-Wasser-Wärmepumpe eigentlich? Je nach Modell ist ein finanzieller Aufwand zwischen 15.000 und 22.000 Euro einzuplanen – die Installation ist hier einberechnet. Wann sich die Kosten der verschiedenen Wärmepumpen-Arten amortisieren, kannst du in unserem Beitrag über Wärmepumpe Kosten detailliert nachlesen. Es kommt dabei nicht nur auf das jeweilige Gerät an: Die Effizienz ist auch von den baulichen Gegebenheiten abhängig. 

Möchtest du deinen Altbau mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ausstatten, prüfe zuerst, ob die Wärmepumpe im Bestandsbau effizient betrieben werden kann. Dies lässt sich an der nötigen Vorlauftemperatur erkennen: Schalte deine bisher vorhandene Heizung ein und bringe deine Räumlichkeiten auf eine angenehme Temperatur. Beträgt die dafür notwendige Vorlauftemperatur bis zu 65 Grad, kann die Luft-Wasser-Wärmepumpe deinen Wohnraum effizient heizen. 

Ob sich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe im Altbau einsetzen lässt, hängt von der Dämmung ab. Je besser das Haus die Temperatur hält, desto größer die Wahrscheinlichkeit, dass eine Wärmepumpe rentabel ist. Gerade bei sehr alten Gebäuden ist eine besonders dichte Dämmung oft nicht möglich, ohne Schimmel zu riskieren. Es gibt mittlerweile aber spezielle Hochtemperatur-Wärmepumpen, die auch mit höheren Vorlauftemperaturen ein effizientes Heizergebnis abliefern.

Egal ob als Hybridsystem oder die Luft-Wasser-Wärmepumpe als Komplettpaket: Der Einbau lohnt sich bei neuen Gebäuden. Belüftungs- oder Rohrsysteme können gleich beim Bau berücksichtigt und integriert werden.

Zusätzliche Pluspunkte: Eine Fußbodenheizung als effizientestes Wärmeverteilersystem in Kombination mit der Wärmepumpe lässt sich unkompliziert verbauen. Außerdem sorgt die gute Dämmung für einen Betrieb fast ohne Wärmeverluste.