Effizienz von Wärmepumpen

Die Effizienz einer Wärmepumpe ist von unterschiedlichen Faktoren abhängig. Dazu zählen unter anderem der Zustand des Gebäudes und die Art der Wärmepumpe. Welche Einflussfaktoren noch entscheidend sind und wie du die Effizienz der Wärmepumpe optimierst, liest du in diesem Artikel.

Um eine Wärmepumpe wirklich effizient betreiben zu können, müssen grundsätzliche Voraussetzungen gegeben sein. Die betreffen zum einen dein Haus. Es sollte über einen guten Dämmzustand verfügen. Zudem tragen die optimalen Einstellungen der Wärmepumpe zu einem effizienten Betrieb bei.

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch mehrere Kennzahlen und Faktoren gemessen. Mit ihnen kannst du die Leistungsfähigkeit des Geräts bewerten, wenn es um die Umwandlung von Energie in Wärme oder Kälte geht. 

Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen. Doch alle beruhen auf einem ähnlichen Wirkprinzip. Sie nehmen Wärme aus der Umgebung auf und übertragen sie auf ein Kältemittel. Anschließend wird es gasförmig und durch einen Kompressor komprimiert. Durch diesen Vorgang wird es auf die Vorlauftemperatur erhitzt. Sobald diese erreicht ist, überträgt sich die Wärme auf das Heizwasser. Das erreicht über die Heizungsrohre alle Räume im Haus. 

Um die Effizienz einer Wärmepumpe zu ermitteln, sind grundsätzlich zwei Kennzahlen relevant:

Der COP ist eine grundlegende Kennzahl zur Messung der Effizienz einer Wärmepumpe. Er drückt aus, wie viel Wärme oder Kälte eine Wärmepumpe im Verhältnis zur zugeführten Energie erzeugt. 

Die Angabe erfolgt in bestimmten Temperaturen. Das ist zum einen die Temperatur der Wärmequelle und zum anderen die Vorlauftemperatur. Letztere meint die Temperatur, auf die das Wasser des Heizkreislaufs vorgewärmt wird. Mit der folgenden Formel ermittelst du den COP-Wert:

COP = erzeugte Heizwärme (kWh) / benötigter Strom (kWh)

Ein höherer COP zeigt eine höhere Effizienz an, denn es wird weniger Strom für die notwendige Wärme benötigt. 

Hat eine Erdwärmepumpe einen COP-Wert von 4, sind für 15 kWh 3,75 kWh Strom nötig. Die restliche Energie kommt aus der Erde. Bei einer COP-Kennzahl von 5 würde sich der notwendige Strom auf 3 kWh reduzieren.

Die Jahresarbeitszahl gibt das Verhältnis von dem benötigten Strom und der erzeugten Wärme an. Dabei geht es aber nicht um Temperaturen, wie beim COP, sondern es wird das gesamte Jahr bei verschiedenen Betriebszuständen berücksichtigt. Du berechnest die Jahresarbeitszahl mit der folgenden Formel:

JAZ = erzeugte Heizwärme pro Jahr (kWh/a) / benötigter Strom pro Jahr (kWh/a)

Doch was sagt die Jahresarbeitszahl nun über die Effizienz aus? Je höher der Wert liegt, umso effizienter ist das Gerät.

Neben dem COP und der JAZ gibt es weitere Kennzahlen, um die Wärmepumpen-Effizienz zu berechnen. Die folgende Übersicht gibt dir einen Überblick:

Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe ist ebenfalls eine wichtige Kennzahl, um die Effizienz zu beurteilen. Dieser liegt bei einer Wärmepumpe durchschnittlich bei 300 - 500 %. Sollte dich diese Zahl erstaunen, folgt jetzt die Erklärung:

Aus dem Wirkungsgrad berechnen sich die Energiekosten. Doch es wird nur die Energie eingerechnet, die etwas kostet. Wärmepumpen nehmen die Energie zu einem Großteil aus der Umwelt. Aus diesem Grund erhöht sich der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe.

Zur Berechnung des Wirkungsgrads kannst du folgende Formel heranziehen:

Wirkungsgrad = abgegebene Wärmeleistung : aufgewendete Energie

👍 Selbst bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist bei sehr niedrigen Außentemperaturen noch eine gute Effizienz der Wärmepumpe gegeben. Es besteht noch ein Wirkungsgrad von 250 % - Obwohl hier ein integrierter Heizstab den Stromverbrauch erhöht. Insgesamt macht das jedoch nur ca. 1 - 2 % des Jahresverbrauchs aus.

Die obigen Kennzahlen und Berechnungen sind sehr theoretisch. Um die Effizienz einer Wärmepumpe in der Praxis zu bestimmen, kommen weitere Faktoren ins Spiel. 

Die Art der Wärmepumpe ist einer der Einflussfaktoren, die die Effizienz einer Wärmepumpe beeinflussen. Es gibt verschiedene Typen, die sich durch die Art der Wärmequelle unterscheiden:

👍 Bei der Effizienz von Wärmepumpen ist die Vorlauftemperatur ein entscheidender Faktor. Umso geringer die Temperaturdifferenz ist, desto weniger Strom braucht die Wärmepumpe, um das Wasser aufzuheizen. Bei einer Vorlauftemperatur von 35 - 45° C ist die Wärmepumpe besonders effizient.

Eine Luft-Wärmepumpe nutzt die Umgebungsluft als Wärmequelle. Die Lufttemperaturen schwanken im Verlauf des Jahres stark und daraus kann sich - vor allem im Winter - ein Nachteil ergeben. Sehr niedrige Außentemperaturen führen dazu, dass der Kompressor der Wärmepumpe länger laufen muss, um die Vorlauftemperatur zu erreichen. In der Folge führt das zu einem höheren Stromverbrauch und einer niedrigeren Effizienz der Wärmepumpe bei Minusgraden.

👍 Wenn du nicht gerade in Gebieten wohnst, in denen mehrere Monate sehr niedrige Temperaturen herrschen, sollte auch auf die Luft-Luft-Wärmepumpe in puncto Effizienz an den meisten Tagen im Jahr Verlass sein. 

Im Sommer hingegen liegt die Effizienz der Wärmepumpe für das Warmwasser höher. Die Temperaturdifferenz zur Vorlauftemperatur ist in dieser Zeit sehr gering. So kann die Wärmepumpe Arbeitszahlen von 5 oder mehr erreichen.

Gleichzeitig eignen sich Wärmepumpen, um das Haus im Sommer zu kühlen. Das Prinzip ist in dem Fall umgekehrt. Die warme Luft aus den Innenräumen wird nach außen transportiert. Dabei ist auch die Rede von einer aktiven Kühlung. 

Fachleute empfehlen dafür, zusätzlich Gebläsekonvektoren einzubauen. Mit denen kannst du die höchste Kühlleistung erzielen. Zudem funktioniert dieses Prinzip ausschließlich mit Fußboden- und Wandflächenheizungen. 

Möchtest du die Wärmepumpe nutzen, um die Innenräume zu kühlen? Dann solltest du bei der Auswahl des Geräts darauf achten. Nicht jede Wärmepumpe bietet sich auch für die Kühlung an. 

Kühlst du dein Haus aktiv, solltest du die Stromkosten im Blick behalten. Die fallen logischerweise höher aus als bei der Warmwasserbereitstellung. Als Alternative bietet sich die passive Kühlung an. Die ist allerdings nur in Kombination mit der Erdwärmepumpe möglich, verbraucht aber weniger Strom.

Die Wärme wird aus dem Haus in die Erde geleitet und kann dort abkühlen. Bei dem Vorgang arbeiten lediglich die Umwälzpumpen, was zu einem geringen Stromverbrauch führt. Solltest du dich für diese Variante entscheiden, muss dir bewusst sein, dass die Kühlleistung nicht so groß ist. Du kannst die Temperatur nur um ca. 3 Grad senken.

Mit Blick auf die Effizienz von Wärmepumpen im Winter solltest du dir Erd- und Grundwasserwärmepumpen genauer anschauen. Diese arbeiten bei geringen Temperaturen deutlich effizienter als Luftwärmepumpen. Das hat einen einfachen Grund: Die Wärmequellen Erde und Grundwasser haben ganzjährig konstante Temperaturen. Die Differenz zwischen Umgebungs- und Vorlauftemperatur ist in der kalten Jahreszeit geringer.

Die Erdwärmepumpe nimmt die Wärme über Flachkollektoren auf. Diese befinden sich zwei Meter tief in der Erde. Dort herrscht eine Temperatur von 4 - 6° C. Weiterhin ist es möglich, die Wärme über Erdsonden aufzunehmen. Diese werden in ca. 100 Metern Tiefe platziert. Hier profitierst du von einer konstanten Quellentemperatur von 12° C. Für die Grundwasserwärmepumpe wird das Grundwasser herangezogen. Die Temperatur liegt hier ähnlich - bei 12 - 15° C.

In den meisten Wärmepumpen werden als Kältemittel teilfluorierte Kohlenwasserstoffe, sogenannte HFKW, eingesetzt. Allerdings bergen sie ein hohes Treibhauspotenzial, wenn das Gerät entsorgt wird. Aus diesem Grund hat die internationale Staatengemeinschaft im Oktober 2016 beschlossen, diese Kältemittel aus dem Umlauf zu bringen. 

Eine umweltfreundliche Alternative bietet sich mit natürlichen Kältemitteln. Sie weisen ein geringeres Treibhauspotenzial auf und sind weniger schädlich für die Umwelt. Der Nachteil dieser natürlichen Kältemittel ist, dass sie brennbar sind. Dennoch gehen Experten davon aus, dass sie in Zukunft vorwiegend in Wärmepumpen zum Einsatz kommen. Das trifft in erster Linie auf das Kältemittel R290 (Propan) zu. Mit diesem gehen gleich mehrere Vorteile einher:

Preiswert: Die Preise für HFKW-Kältemittel steigen immer weiter. Im Vergleich dazu ist R290 günstig. 

Niedriger Treibhauseffekt: Das Kältemittel R290 schädigt die Ozonschicht nicht. Zudem sind für die Herstellung keine weiteren Ressourcen notwendig - Es ist ein natürlicher Rohstoff.

Endlos verfügbar: Da kein spezieller Produktionsprozess notwendig ist und es sich um einen natürlichen Rohstoff handelt, ist dieses Kältemittel praktisch unbegrenzt verfügbar.

👍 Zudem ist mit dem Kältemittel R290 eine hohe Vorlauftemperatur von bis zu 70° C möglich. Das gilt selbst dann, wenn draußen niedrige Temperaturen herrschen. Sowohl beim Heizen als auch beim Kühlen wird ein hoher EER-Wert erreicht. Das ist eine gute Nachricht für die Effizienz für Wärmepumpen im Altbau und Bestandsgebäuden. 

Im laufenden Betrieb kannst du verschiedene Einstellmöglichkeiten nutzen und auf diese Weise für eine höhere Effizienz der Wärmepumpe sorgen. Wir haben dir ein paar Tipps zusammengestellt:

🐙 Vorlauftemperatur anpassen: An kalten Tagen kannst du die Vorlauftemperatur um 1° C absenken. Wird in den folgenden Tagen immer noch die Raumtemperatur erreicht, kannst du die Temperatur Schritt für Schritt weiter absenken. Das trägt zu einer effizienten Arbeitsweise der Wärmepumpe bei.

🐙 Thermostate korrekt einstellen: Die Thermostate in den Wohnräumen richtig einzustellen, trägt ebenfalls zu einer höheren Effizienz und zu geringeren Energiekosten bei. Der Raum erwärmt sich nicht schneller, nur weil du auf die höchste Stufe stellst. 

🐙 Weitere Einstellmöglichkeiten: Du kannst Zeitprogramme für die Warmwasseraufbereitung, den Urlaubsmodus oder die Nachtabsenkung nutzen, um weniger Energie zu verbrauchen.

👍 Vor allem Räume, die du wenig nutzt, sollten eine niedrige Einstellung haben. Das trifft beispielsweise auf das Schlafzimmer zu.

Jede Wärmepumpe verfügt über ein Steuerungssystem, bei dem du verschiedene Einstellungen vornehmen kannst. Sie ermöglichen es dir, die Anlage auf deine individuellen Bedürfnisse abzustimmen. Das ist wichtig, damit die Wärmepumpe möglichst effizient arbeitet.

👍 Zu einer der wichtigsten Einstellungen gehört es, die Heizkurve optimal einzuregeln. Diese lässt sich am Wärmepumpenregler mit Absenk- und Anhebzeiten einstellen.

Um die bestmögliche Effizienz der Wärmepumpe zu gewährleisten, ist eine regelmäßige Wartung wichtig. Bei der sollte der Techniker auf jeden Fall einen Blick auf die Heizkurve werfen. Er überprüft, ob die Grundeinstellung von der Inbetriebnahme noch optimal ist. 

Merkst du schon im laufenden Betrieb, dass das nicht der Fall ist und die Wärmepumpe ineffizient arbeitet? Dann kannst du die Einstellung auch selbst ändern. Solltest du dich damit nicht auskennen, überlasse diese Aufgabe lieber einem Techniker. Traust es dir zu, folgst du diesen beiden Schritten:

Auch wenn die Räume nicht komplett warm oder zu stark erwärmt werden, kannst du die Feinabstimmung ändern. In dem Fall passt du den Fußpunkt und die Steilheit der Heizkurve an.

👍 Nutzt du eine Hybrid-Wärmepumpe sieht die Vorgehensweise etwas anders aus. Hier kommen sogenannte Vorrangschaltungen ins Spiel. Sie regeln, ob z. B. für das Warmwasser erst die Solaranlage oder die Wärmepumpe angesteuert wird. Bei diesen Einstellungen kannst du in puncto Energieeffizienz der Wärmepumpe einiges ausrichten.

Wenn es um die Wärmespeicherung bei Wärmepumpen geht, ist oft die Rede von Pufferspeichern. Bevor du mehr zu den unterschiedlichen Arten erfährst, wollen wir erst einmal klären: Was ist überhaupt ein Pufferspeicher?

Bei dem handelt es sich um einen Tank, der mit Wasser gefüllt ist. Er hat ein Fassungsvermögen von 500 - 1.000 Litern. Zusätzlich gibt es eine Isolierung, um die Wärme zu halten. Mit dem Speicher kannst du überschüssige Wärmeenergie aus der Wärmepumpe speichern und zu einem späteren Zeitpunkt nutzen. Auf diese Weise senkst du deine Betriebskosten und die Wärmepumpe arbeitet effizienter.

Um eine Wärmepumpe effizient zu betreiben, brauchst du nicht unbedingt einen Pufferspeicher. In bestimmten Fällen kann er aber durchaus sinnvoll sein. Ein Pufferspeicher in Kombination mit einer Wärmepumpe ist zwingend erforderlich, wenn deine Heizkörper eine hohe Vorlauftemperatur erzeugen.

Doch welche Art von Pufferspeicher eignet sich nun für dich? Um diese Frage zu beantworten, solltest du einige Faktoren berücksichtigen - allen voran den Einsatzzweck. Ein konventioneller Wärmepumpenspeicher funktioniert so, dass die überschüssige Wärmeenergie an das Wasser im Speicher geleitet wird. Dadurch erreicht es eine durchschnittliche Temperatur. Diese kann das Heizsystem bei Bedarf aufnehmen. Es gibt noch weitere Systeme:

Um die Wärmepumpe in deinem Haus so effizient wie möglich nutzen zu können, sind zwei Faktoren besonders wichtig:

Verfügt ein Gebäude über einen guten Dämmstandard, arbeitet die Wärmepumpe am effizientesten. Das ist bei einem Neubau in der Regel der Fall. Denkst du über eine Wärmepumpe im Altbau nach, kann sich eventuell eine energetische Sanierung lohnen. Um die Heizleistung gering zu halten, darf beispielsweise nicht viel Wärme über Türen und Fenster verloren gehen.

Die Größe deiner Heizkörper entscheidet ebenfalls darüber, wie effizient die Wärmepumpe arbeitet. Mit einem Blick darauf eignen sich Wand- und Fußbodenheizungen am besten. Sie überzeugen mit Blick auf die Effizienz der Wärmepumpe mit niedrigen Temperaturen und einer großen Oberfläche. Jeder einzelner Grad trägt zu einer besseren Wärmepumpen-Effizienz bei. Aus diesem Grund kann es in älteren Gebäuden notwendig sein, kleine Heizkörper auszutauschen.

Ob es sich lohnt, Heizkörper auszutauschen, kann dir nur ein Experte sagen. Sollte das der Fall sein, rät der Fachmann dir oft zu speziellen Wärmepumpenheizkörpern bzw. Niedertemperatur-Radiatoren. Diese sind speziell für Wärmepumpen konzipiert.

👍 Es gibt auch spezielle Hochtemperatur-Wärmepumpen mit einer hohen Effizienz. Diese bieten sich vor allem für den Einsatz im Altbau an. Die dort vorhandenen Heizsysteme können oft keine niedrigen Vorlauftemperaturen bereitstellen.

Bei den Einflussfaktoren hast du bereits erfahren, wie du mit verschiedenen Einstellungen deine Wärmepumpe effizienter arbeiten lässt. Darüber hinaus gibt es besondere Wärmepumpen-Systeme, mit denen du eine höhere Effizienz erreichen kannst.

Bei einer Wärmepumpe mit Inverter-Technologie kannst du den Kompressor stufenlos regeln. Diese Geräte können eine echte Alternative zu normalen Wärmepumpen sein. Die Leistung passt sich an den tatsächlichen Wärmebedarf an. Das bringt nicht nur eine höhere Effizienz mit sich, sondern das Gerät arbeitet auch leiser.

Doch wie funktioniert eine Inverter-Wärmepumpe genau? Im Grunde passen sie die Leistung des Verdichters an den Heizbedarf an. Der Inverter kann die Drehzahl des Kompressors regeln. Das führt dazu, dass die Wärmepumpe nur so viel verbraucht, wie aktuell nötig ist.

Startpunkt ist ein Gleichrichter. Der wandelt den Wechselstrom in Gleichstrom um. Durch den nachgeschalteten Wechselrichter wird dieser wieder in Wechselstrom umgewandelt. Nachfolgend ist es möglich, den auf verschiedene Frequenzen einzustellen. Ein Asynchronmotor im Kompressor dreht sich mit einer bestimmten Wechselstromfrequenz und das beeinflusst die Leistung der Wärmepumpe.

Die Mindestfrequenz liegt meist bei 10 Hz. Mit der Einstellung dieses niedrigen Werts können Experten sicherstellen, dass mehr Wärme aus der Umgebungsluft angesaugt wird und gleichzeitig keine überschüssige Energie verschwendet wird.

Die Effizienz dieser Wärmepumpen ist im Vergleich zu herkömmlichen Geräten besser. Sie passen die Leistung kontinuierlich an. Das erhöht die Effizienz einer Wärmepumpe. Herkömmliche Geräte arbeiten mit einer Taktung und das mach den Prozess ineffizienter. 

Bei einer Hybrid-Wärmepumpe erzeugt nicht nur die Wärmepumpe Energie, sondern zusätzlich ein anderes Heizsystem. Du kannst eine Wärmepumpe in Kombination mit einer Solaranlage, aber auch mit einer Öl- oder Gasheizung nutzen.

Diese Lösung bietet sich vor allem für Bestands- und Altbauten an. Für die ist eine Wärmepumpe oft eine sinnvolle Ergänzung zu dem vorhandenen Heizsystem. Kosten für Gas und Öl kannst du auf diese Weise reduzieren. Mit dieser Kombination nutzt du beide Heizsysteme am effizientesten. Bei niedrigen Außentemperaturen arbeitet die Gasheizung auf Hochtouren. Wird es draußen wieder wärmer, kommen beide Heizsysteme ins Spiel. 

Planst du eine Wärmepumpe im Neubau, solltest du bei einer Hybrid-Lösung an eine Kombination mit einer Photovoltaikanlage denken. Das ist kein klassisches Hybrid-System, sondern unterstützt die Wärmepumpe auf indirekte Weise. Mit der Solaranlage auf dem Dach kann die Wärmepumpe den durch die Sonne erzeugten Strom nutzen. Hast du zusätzlich einen Batteriespeicher, kann überschüssiger Strom eingespeist werden und zu einem späteren Zeitpunkt genutzt werden.

Möchtest du auf ein Hybrid-System setzen, musst du am Anfang mehr Geld in die Hand nehmen. Dafür kannst du aber mit niedrigeren Betriebskosten rechnen und effizienter und vor allem umweltfreundlicher heizen. Zudem bist du nur wenig oder gar nicht abhängig vom Gaspreis.

Um eine effiziente Wärmepumpe zu erhalten, solltest du bereits bei der Planung an einige Faktoren denken. Im ersten Schritt solltest du die individuellen Gegebenheiten deines Hauses berücksichtigen:

👍 Am besten lässt du einen Experten beurteilen, ob eine Wärmepumpe unter deinen individuellen Voraussetzungen effizient arbeiten kann. Das kann er basierend auf der Größe und dem Zustand des Gebäudes bestimmen.

Zudem solltest du beim Kauf des Geräts auf dessen technische Eigenschaften achten. Zunächst solltest du die passende Art der Wärmepumpe auswählen. Für die meisten Haushalte bietet sich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe an. Es gibt aber auch

Diese bieten den Vorteil einer konstanten Temperatur über das gesamte Jahr hinweg. Allerdings liegen die Investitionskosten höher.