wirkungsgrad wärmepumpe

Wirkungsgrad einer Wärmepumpe

Wärmepumpen sind wichtige Wärmeerzeuger, wenn es darum geht, nachhaltiger zu heizen. In Kombination mit einer Solaranlage kannst du damit nicht nur etwas für die Umwelt, sondern auch für deinen Geldbeutel tun. Wir erklären dir, wie effizient verschiedene Wärmepumpen sind und wieso der Wirkungsgrad eine entscheidende Rolle spielt. 

Wärmepumpen werden mit Strom betrieben und funktionieren im Grunde wie ein Kühlschrank nur umgekehrt. Während dieser den Innenräumen warme Luft entzieht, die dann im Kühlschrank abkühlt, entnimmt die Wärmepumpe der Umgebung Luft, um sie zu erwärmen. 

 

Funktion der Wärmepumpe

In der Pumpe befindet sich ein flüssiges Kältemittel.

Sobald die Pumpe Umgebungsluft ansaugt und diese auf das Kältemittel trifft, verdampft es. Ein integrierter Kompressor erhöht den Druck auf den Dampf, sodass die Temperatur steigt und der Dampf des Kältemittels Wärme an die Heizkreisläufe abgibt. Ein integriertes Entspannungsventil senkt anschließend den Druck, wodurch das Kältemittel wieder flüssig wird. Der Kreislauf beginnt dann von vorne. Dieser Prozess verbraucht Energie in Form von Strom.
Damit läuft der Kompressor und der Kältemittelkreislauf. 80 Prozent dieser Energie bringt die Wärmepumpe bei ihrer Arbeit selbst auf, die restlichen 20 Prozent kommen durch externe Stromquellen dazu. Entweder dem öffentlichen Netz oder im besten Fall aus einer nachhaltigen Quelle wie der Solaranlage.

Eine wichtige Kennzahl bei der Auswahl der Wärmepumpe ist der Wirkungsgrad. Er gibt an, wie effizient eine Wärmepumpe arbeitet. 

Arten von Wärmepumpen

Im Grunde unterscheidet man zwischen drei Arten von Wärmepumpen, je nachdem aus welcher Wärmequelle die Pumpe ihre Wärmeenergie bezieht: 

 

  • Erdwärmepumpe: Holt die Energie mithilfe von Sonden, Erdwärmetauschern oder Kollektoren aus dem Erdreich 

  • Wasserwärmepumpe: Über Brunnen wird Grundwasser nach oben befördert und dessen natürliche Wärme entzogen 

  • Luftwärmepumpe: Die Energie wird mit Ventilatoren aus der Umgebungsluft angesaugt 


Je nachdem welche Energiequelle man nutzt gibt es auch verschiedene Wirkungsgrade. Dabei sind manche Wärmepumpen effizienter als andere 

 

Luftwärmepumpe: 300 % 

Erdwärmepumpe: 350 bis 450 % 

Wasserwärmepumpe: 500 % 

 

Welche Art von Wärmepumpe die richtige für dich ist, lässt sich nicht pauschal sagen. Wegen der hohen Erschließungskosten entscheiden sich immer noch die meisten gegen Erd- und Wasserwärmepumpen und für die Luftwärmepumpe. Sie ist am einfachsten zu installieren, arbeitet allerdings weniger effizient als die anderen beiden. Das liegt daran, dass die Luft von den Außentemperaturen beeinflusst wird und sich vor allem im Winter stark abkühlt. Die Wärmepumpe muss dadurch mehr Energie aufbringen, um die Luft zu erwärmen. Im Gegensatz dazu bleibt die Wasser- und auch die Erdtemperatur im Jahresverlauf recht konstant. 

 

Wirkungsgrad, Definitionen und Kennzahlen

Der Wirkungsgrad gibt in Prozent an, wie viel Heizwärme die Pumpe aus einer bestimmten Menge Strom herstellen bzw. maximal herausholen kann. Je höher dieser Wert, desto effizienter läuft die Wärmepumpe.  

Der Wirkungsgrad bezeichnet das Verhältnis von erbrachter Heizwärme und verbrauchtem Strom. 

Wirkungsgrad = Heizwärme : Strom oder Wirkungsgrad = Nutzleistung : zugeführte Leistung 

 

Die zugeführte Leistung meint die externe Leistung, die eine Wärmepumpe von außen benötigt, um zu heizen. Das ist die Energie aus der Umwelt (Erde, Wasser oder Luft) sowie der Strom, den die Pumpe für die Arbeit zusätzlich braucht.  

In diesem Zusammenhang fallen oft die Begriffe Jahresarbeitszahl (JAZ) und Coefficient of Performance (COP). Aber was bedeutet das?  

Wirkungsgrad, JAZ und COP messen zwar alle die Effizienz einer Wärmepumpe, aber es sind trotzdem drei unterschiedliche Messwerte. 

Der Wirkungsgrad verrät, wie viel der Wärmepumpe insgesamt zugeführten Energie (auch Umgebungsenergie) tatsächlich in nutzbare Leistung umgewandelt werden kann. 

COP und JAZ geben hingegen an, wie viel Strom für die Erzeugung einer bestimmten Wärmemenge aufgewendet werden muss. 

Realistischer ist die JAZ, weil sie den Jahresdurchschnittswert der Leistungsfähigkeit einer Wärmepumpe angibt. Der COP verrät nur eine momentane Leistungsfähigkeit. Dabei verwenden Hersteller natürlich immer den bestmöglichen Wert, der aber kaum realistisch ist. 

Um die Jahresarbeitszahl zu berechnen, teilst du einfach deinen jährlichen Energieverbrauch durch die Gesamtwärme, die das System unter verschiedenen Bedingungen erzeugt. Du erhältst dann einen Durchschnittswert. Im Winter arbeitet die Wärmepumpe weniger effizient als im Sommer. 

Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe hängt von verschiedenen Faktoren ab, die wir uns im nächsten Kapitel ansehen. 

Diese Faktoren beeinflussen den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe

Wie effizient deine Wärmepumpe arbeitet, hängt von folgenden Faktoren ab: 

 

  • Art der Wärmepumpe (Luft, Wasser oder Erde) 

  • Vorlauftemperatur (Temperatur, auf die das Heizwasser mit der Wärmepumpe gebracht wird, bevor es über die Rohrleitungen zu den Heizungen fließt 

  • Unterschied Außentemperatur zu Raumtemperatur (Entscheidet vor allem bei Luftwärmepumen über den zu erbringenden Arbeitsaufwand für die Wärmepumpe) 

  • Art des Hauses (Dämmung Fenster und Co.) 

  • Art der Heizkörper:  Eine Fußbodenheizung mit einer Vorlauftemperatur von 35 Grad Celsius braucht weniger Energie als Radiatoren mit bis zu 60 Grad, bei der die Pumpe weniger effizient arbeitet. 

  • Art des Kältemittels: Schnelles Verdampfen und Verdichten ist effizienter 

  • Wartungsintervalle 

 

Die Vorlauftemperatur hat mit den größten Einfluss auf die Effizienz deiner Wärmepumpe. Je größer sie ist, desto mehr Arbeit muss die Pumpe verrichten. Und mehr Arbeit bedeutet mehr Aufwand, mehr Stromverbrauch und letztendlich einen geringeren Wirkungsgrad. 

Die optimale Vorlauftemperatur liegt zwischen 30 und 35 Grad, bis 55 Grad ist es noch ok, aber nicht mehr optimal. Über 55 Grad Vorlauftemperatur sind äußerst ungünstig und gelten als nicht mehr effizient. 

Du kannst die Effizienz deiner Wärmepumpe zum Beispiel steigern, wenn du dein Heizsystem regelmäßig warten lässt. Eine gute Dämmung des Hauses sowie großflächige Heizungen wirken sich auch positiv auf den Wirkungsgrad der Pumpe aus. 

Am effizientesten arbeiten Wasser- und Erdwärmepumpen. Ihre Arbeitsleistung wird nicht so stark von Minusgraden im Winter beeinflusst wie bei Luftwärmepumpen. Allerdings ist deren Installation durch die Erschließung neuer Wärmequellen aufwendiger und damit kostspieliger. 

 

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Wirkungsgrad berechnen

Es ist nicht entscheidend, dass du den Wirkungsgrad deiner Wärmepumpe selbst berechnest, sondern dass du weißt, wie viel Kilowatt (kW) deine zukünftige Wärmepumpe benötigt, um deine Wohnfläche auf eine gewünschte Temperatur zu bringen. Wichtig ist also dein Bedarf an Heizwärme an kalten Tagen. Wäre die Leistung zu gering, frierst du. Ist sie zu hoch, wird unnötig viel Energie verbraucht. Die eigene Berechnung dient dir nur als Orientierung. Letztendlich muss das Fachpersonal auf spezifische Faktoren wie Qualität der Dämmung, Anzahl der Fenster, Art der Heizung und die korrekte Dimensionierung achten. Bei einer guten Planung sparst du enorme Heizkosten und CO2 ein. Allerdings kannst du vor schon einmal deine Heizlast berechnen. 

Auch der Haustyp entscheidet über die Heizlast.

Ein umgedämmter Altbau benötigt 120 Watt pro Quadratmeter, ein Neubau nur 40 Watt für dieselbe Fläche. Um die Heizleistung zu ermitteln, multiplizierst du die zu beheizende Wohnfläche mit dem Wärmebedarf.

Beim 150 qm² großen, nicht sanierten Altbau wären das 150 m² x 0,12 kW/m²  = 18 kW. 

Der Bundesverband Wärmepumpe e.V. stellt einen Onlinerechner zur Verfügung, mit dem du die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe ausrechnen kannst.

Normalerweise liegt die JAZ zwischen 3 und 5. Je höher die Zahl, desto besser der Wirkungsgrad und desto geringer Stromkosten und CO2 Ausstoß. 

Wärmepumpe und Solaranlage

Die Verbraucherzentrale Rheinland-Pfalz hat Ende letzten Jahres Anschaffungs- und Betriebskosten von einer Luft-Wärmepumpe und einer Gasheizung verglichen. Der Test ergab zwar höhere Anschaffungskosten für die Wärmepumpe. Allerdings kannst du dir durch Förderungen je nach Alter der vorhandenen Anlage und deinem Einkommen bis zu 70 Prozent der Kosten wieder holen. Im Betrieb verursacht die Wärmepumpe weniger Kosten. Laut der Verbraucherzentrale spart man über 20 Jahre gut 10.000 Euro ein. Zudem ist eine neue Gasheizung mit neuen Kostenrisiken verbunden. Das liegt daran, dass Netzentgelte und der CO2-Preis steigen werden. Eine wichtige Faustregel gibt es: Wenn dein bisheriger Erdgasverbrauch über 150 kWh pro Quadratmeter und Jahr liegt, solltest du in Sanierungsmaßnahmen investieren.  

 

Weitere Infos zur Wärmepumpe haben wir dir hier zusammengestellt:

Über den Autor

Peter Knuth

Geschäftsführer von enerix

Als Experte auf dem Gebiet nachhaltiger Energie unterstützt Peter Knuth seit 2007 Hausbesitzer auf dem Weg zur unabhängigen Energieversorgung.

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