Unabhängigkeit, Kosteneinsparung, Klimaschutz. All dies ermöglicht die Wärmepumpe, die inzwischen immer häufiger in Neubauten genutzt wird. Gerade bei den stetig steigenden Energiepreisen und dem Klimawandel wird nach Alternativen zu den begrenzten Brennstoffen gesucht.
Doch wie effektiv sind Wärmepumpen wirklich? Und wie lässt sich die Effizienz überhaupt berechnen?
Was kann die Wärmepumpe eigentlich?
Die Wärmepumpe nutzt die Wärme aus der Umgebung, indem sie diese aus der in Luft, Wasser oder Erde gespeicherten Sonnenenergie zieht. Als Antriebsenergie wird allerdings Strom benötigt.
In der Wärmepumpe zirkuliert Kältemittel. Dieses Kältemittel ändert seinen Aggregatzustand von flüssig zu gasförmig schon bei niedrigen Temperaturen. Die Funktionsweise sieht so aus, dass flüssiges Kältemittel wird verdampft wird, indem es sich die Wärme aus den natürlichen Wärmequellen der Umgebung zieht (z.B. Luft oder Sole). Dieses Kältemittel ist nun gasförmig und hat die Umgebungstemperatur angenommen. Mit Strom als Antriebsenergie wird dieses Kältemittel dann verdichtet, wodurch sich die Teilchen beschleunigen und durch diese entstandene Reibung Wärme erzeugen. Hier kann eine erzeugte Wärme von bei 30-50°C erreicht werden.
Anschließend wird diese Wärme über einen Wärmetauscher ans Heizsystem abgegeben und gelangt ins Haus. Dort wird die Wärme für das Heizungswasser und zur Warmwasserbereitung genutzt.
Das Kältemittel wird in der Wärmepumpe wieder so aufbereitet (abgekühlt, verflüssigt und expandiert), damit sich der Vorgang wiederholen kann. Dies ist das Prinzip eines Kältekreises.
Während Niedertemperatur-Wärmepumpen nur einen Kältekreis haben, so haben Hochtemperatur-Wärmepumpen oft mehr als einen Kältekreis im System. Hohen Heiz-Temperaturen sind mit nur einem Kältekreis nämlich nicht so einfach zu erreichen – vor allem nicht bei niedrigen Umgebungstemperaturen.
Alle Vorteile & Nachteile im Überblick
Um abzuschätzen, ob eine Wärmepumpe für Ihre Immobilie effektiv ist, sollten Sie sich auch mit den Vor- und Nachteilen auseinandersetzen. Folgende Pros und Contras bringt die Wärmepumpe mit sich:
Vorteile
Umwelt & Klima: Der Vorteil für die Umwelt ist natürlich, dass der Betrieb einer Wärmepumpe keinen CO2 ausstößt. Dabei ist die Nutzung erneuerbarer Energien auch noch ressourcenschonend. Die Wärme wird aus der Erde, der Luft oder dem Wasser gewonnen – und nicht durch Verbrennung erzeugt. Allerdings benötigt die Wärmepumpe immer noch Strom zum Antrieb. Eine komplette Klimaneutralität wird also nur in Kombination mit Photovoltaik zur Stromgewinnung erreicht.
Kosten: Der Betrieb einer Wärmepumpe ist weitestgehend sparsam, da die Primärenergie aus der Umgebung kostenlos ist. Nur für die Antriebsenergie wird Strom benötigt. Bei günstigen Voraussetzungen rentieren sich die Anschaffungskosten nach einigen Jahren, da einiges an Heizkosten gespart wird. Zusätzlich gibt es auch verschiedene Fördermöglichkeiten, die die Finanzierung unterstützen.
Wartung: Der Wartungsaufwand ist sehr gering. Die Wärmepumpe wird mit dem Ziel einer hohen Lebensdauer konzipiert, sodass sie mit einer regelmäßigen Wartung über viele Jahre bestanden bleibt.
Effizienz: Die meisten Wärmepumpen weisen eine hohe Effizienz auf. Sie schaffen es, elektrische Energie in dreimal so viel Wärmeenergie umzuwandeln. Die Effizienz kann unter bestimmten Bedingungen sogar noch gesteigert werden, sodass sich die Anschaffung richtig lohnt.
Flexibilität: Wärmepumpen sind auch relativ flexibel und nutzen unterschiedliche Energiequellen wie Wasser, Erde und Luft. Eine Kombination mit anderen nachhaltigen Technologien ist ebenfalls möglich.
Nachteile
Voraussetzungen & Anforderungen: Doch eine Wärmepumpe lohnt sich nicht für jeden. Damit sich eine Wärmepumpe auch rentiert, müssen einige Voraussetzungen erfüllt sein. So spielt der Standort und die Bodenbeschaffenheit eine Rolle, um die Pumpe zu installieren. Dinge wie Energiebedarf und Gebäudebeschaffenheit sind Einflussfaktoren der Effizienz.
Strom: Trotz der ökologischen Vorteile verbraucht die Pumpe dennoch Strom für den Antrieb. Ein klimaneutraler und unabhängiger Betrieb der Wärmepumpe ist nur möglich, wenn auch der Strom durch erneuerbare Energien gewonnen wird.
Investition: Die Investitionskosten sind ziemlich hoch und die Rentierbarkeit hängt von bestimmten Gegebenheiten ab. Fördermaßnahmen sind dabei jedoch eine gute Unterstützung.
Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe
Was ist der Wirkungsgrad?
Um die Effizienz der Wärmepumpe zu bestimmen, wird der Wirkungsgrad errechnet, der die eigentliche Leistung der Wärmepumpe angibt. Dafür wird ermittelt, wie viel Wärmeenergie die Pumpe mit dem zugeführten Strom erzeugen kann.
Wie wird der Wirkungsgrad der Wärmepumpe berechnet?
Für die Effizienz und Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe sind folgende Kennzahlen relevant:
COP (Coefficient of Performance)
Der COP – auch Leistungszahl genannt – ist eine Momentaufnahme, der die Qualität der internen Prozesse der Wärmepumpe misst. Auch hier wird das Verhältnis zwischen zugeführter und abgegebener Energie bestimmt. Der COP wird immer bei einem bestimmten Betriebspunkt angegeben. Dieser Betriebspunkt gibt den Zustand in einem Zeitpunkt an. Zum einen wird die Temperatur herangezogen, die auf ein Höheres gebracht werden soll (z. B. Außentemperatur bei Luft-Wasser-Wärmepumpe oder Soletemperatur einer Sole-Wasser-Wärmepumpe) und zum anderen die Temperatur, die dann letztendlich daraus resultieren soll.
Betriebspunkt bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpen könnte A-7/W35 sein, wobei A-7 für die Außentemperatur -7°C und W35 für 35°C die Vorlauftemperatur steht.
COP = |Q| / W
→ COP (Betriebspunkt) = erhaltene Heizwärme / eingesetzter Strom
JAZ (Jahresarbeitszahl)
Im Gegensatz zum COP ist die Jahresarbeitszahl eher eine Betrachtung über einen Zeitraum. Die JAZ gibt an, wie viel kWh Wärmeenergie pro 1kWh elektrischer Energie umgewandelt werden kann. Sie bezieht sich auf das gesamte Jahr. Für diesen Wirkungsgrad wird die erzeugte Heizwärme durch den Stromverbrauch der Wärmepumpe dividiert. Sie steht sinnbildlich für den tatsächlichen durchschnittlichen COP (über einen Zeitraum).
JAZ = Qab / Qzu
→ JAZ = erhaltene Heizwärme (kWh/a) / eingesetzter Strom (kWh/a)
Es gibt darüber hinaus auch eine Methode (VDI 4650) die JAZ rechnerisch zu ermitteln. Diese Methode war bis zum Jahr 2021 ein Kriterium für den BAFA-Förderantrag (Neubau >=4,5 / Altbau >=3,5). Allerdings weichen Wirklichkeit und Theorie oft von einander ab.
Einflussfaktoren Effizienz
Die Faktoren, die die Effizienz der Wärmepumpe beeinflussen, sind folgende:
- Art der Wärmepumpe: Die Art der Wärmepumpe spielt eine entscheidende Rolle. Hier gibt es 3 verschiedene Hauptarten: Sole-Wasser-Wärmepumpen, Luft-Wasser-Wärmepumpen und Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Der größte Unterschied liegt hierbei in der Temperatur der Energiequelle. Diese liegt bei möglichen 0°C in der Luft, und ca. 12°C in der Erde, weshalb eine Luft-Wasser-Wärmepumpe oft weniger effektiv ist.
- Umgebungstemperatur & Gewünschte Heiztemperatur: Wichtig ist auch die Ausgangstemperatur und die gewünschte Heizwärme. Diese bestimmen über die benötigte Leistung der Wärmepumpe und den Stromverbrauch.
- Heizkörper & Heizfläche: Auch die Größe des Heizkörpers und der zu beheizenden Fläche beeinflussen die Effizienz. Größere Heizflächen sind effektiver, da sie eine geringere Vorlauftemperatur benötigen.
- Dämmung: Auf die Dämmung kommt es an. Um Heizkosten zu sparen und damit sich die Wärmepumpe auch richtig lohnt, sollte keine Energie nach außen verschwendet werden. Eine ordentliche Dämmung des Hauses ermöglicht einen sparsames Arbeiten der Pumpe.
- Qualität: Für eine effizientere Nutzung, sollten Sie außerdem auf die Qualität der Wärmepumpe und deren Hersteller achten. Hat das Produkt einen Gütesiegel?
Tipps zur Steigerung der Effizienz einer Wärmepumpe
Hier finden Sie einige nützliche Tipps, die die Effizienz Ihrer Wärmepumpe steigern:
- Nutzen Sie, wenn möglich, großflächige Heizsysteme wie Fußbodenheizungen oder Wandheizungen. Diese benötigen eine geringere Vorlauftemperatur, um einen Raum aufzuheizen.
- Achten Sie in Ihrem Haus auf ausreichend Wärmeschutz, damit die Wärme nicht nach Außen gelangt, sondern dort bleibt, wo Sie sie brauchen. Dafür können Sanierungen notwendig sein, wie die Dämmung der Fassaden und Wasserleitungen; oder die Isolierung von Fenstern und Türen.
- Ermitteln Sie vor dem Neubau oder Ihrer energetischen Sanierung Ihren genauen Wärmebedarf. Eine über- oder unterdimensionierte Pumpe hat mehr Nachteile als Nutzen. Sprechen Sie hierfür gerne mit Ihrem Energieberater.
- Um die Umwelt zu schützen, nutzen Sie die Kombination von Wärmepumpe und Solaranlage für eine klimaneutrale Stromversorgung.
- Lassen Sie Ihre Anlagen regelmäßig warten, um mögliche Probleme frühzeitig zu erkennen und zu beheben; und die Effizienz der Wärmepumpe zu gewährleisten.
Fazit: Wie effektiv sind Wärmepumpen?
Moderne Wärmepumpen in Neubauten sind sehr effektiv und können allein das ganze Gebäude beheizen. Der Durchschnitts-JAZ von den meisten Sole-Wärmepumpen (Erdwärme), liegt bei 3 bis 4,9. Das bedeutet, dass die bis zu 4 mal mehr Wärme erzeugen können als sie Strom verbrauchen.
Doch die Effektivität ist auch von Ihnen und den individuellen Gegebenheiten Ihrer Immobilie abhängig. Wenn es Ihnen primär darum geht die Umwelt zu schützen, ist eine Wärmepumpe natürlich viel effektiver als eine Gasheizung etc. Wenn Ihr Gebäude alle effizienzsteigernden Voraussetzungen erfüllt und Sie genügend Start-Budget haben, sind Sie mit der Pumpe definitiv wirtschaftlich im Vorteil.