Wirkungsgrad der Wärmepumpe: Maßgeblich für die Wirtschaftlichkeit

Die Wärmepumpe nutzt zwei Energiequellen

Lokal emissionsfrei heizen und dabei einen kostenlosen und unerschöpflichen Energievorrat nutzen: Das klingt nicht nur gut – es ist auch gut. Richtig geplant und eingestellt, kann die Wärmepumpe die Energieeffizienz beim Heizen deutlich steigern.

Funktionsweise einer Wärmepumpe

Das Prinzip hinter der Wärmepumpe ist nicht neu: Vorhandene Wärme wird auf einem niedrigen Temperaturniveau aufgenommen und unter Zuhilfenahme elektrischer Energie so weit erhöht, dass sie auf das Heizwasser übergehen kann. So kann sie Ihre Räume heizen und Warmwasser zur Verfügung stellen.

Dazu bedient sich die Wärmepumpe eines Kreisprozesses, der zwischen zwei Wärmetauschern abläuft. Den Transport der Wärmeenergie übernimmt ein Kältemittel, das in Rohrleitungen zirkuliert. Es nimmt im ersten Wärmetauscher die Wärme aus der Umwelt, also aus der Luft, dem Wasser oder dem Erdreich auf. Die wichtigste Eigenschaft des Kältemittels ist, dass bereits diese niedrigen Temperaturen ausreichen, um es verdampfen zu lassen.

Nun komprimiert der elektrisch betriebene Verdichter das gasförmige Kältemittel und hebt so die Temperatur weiter an. Nach diesem Schritt muss das Temperaturniveau in der Wärmepumpe über dem des Heizungssystems liegen. Nur unter dieser Bedingung kann die Wärme vom Kältemittel im zweiten Wärmetauscher auf das Heizwasser übergehen.

Wie hoch die Hürde liegt, bestimmt die Vorlauftemperatur. Dieser Wert lässt sich an der Heizungssteuerung einstellen und gibt an, mit welcher Ausgangstemperatur das Heizungswasser vom Wärmeerzeuger aus zu den einzelnen Heizkörpern oder Flächenheizungen fließt. Hat das Kältemittel seine Energie abgegeben, verflüssigt es sich wieder und ein Ventil übernimmt den Druckabbau.

Wirkungsgrad Wärmepumpe: Verhältnis von Strom zu Wärmeenergie

Ob der Betrieb einer Wärmepumpe optimal ist, hängt davon ab, wie viele Einheiten Heizwärme (Nutzleistung) sie mit einer Einheit Strom (zugeführte Leistung) erzeugt.

Wirkungsgrad = Heizwärme (Nutzleistung) / Strom (zugeführte Leistung)

Diese Betrachtung beschränkt sich allerdings auf die laufenden Kosten. Bei der detaillierten Beratung bezieht Ihr Heizungsbauer auch die notwendige Investitionssumme und die Förderangebote für die Wärmepumpe in die Vergleichsrechnung ein.

Von welchen Faktoren der Wirkungsgrad bei der Wärmepumpe abhängt

Die Hauptaufgabe der Wärmepumpe ist es, den Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und erforderlicher Vorlauftemperatur zu überbrücken. Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe entscheidet, wie effizient die Wärmepumpe dabei arbeitet.

Unabhängig von der Qualität der Wärmepumpe selbst haben in Sachen Wirkungsgrad daher die Geräte einen Vorteil, welche die Umweltenergie auf einem höheren Temperaturniveau erschließen können. Während die Lufttemperatur an kalten Tagen unter 0°C liegt, bleibt die Temperatur von Erdreich und Grundwasser ganzjährig auf einem verhältnismäßig hohen Niveau von bis zu 12°C. Um die üblichen Vorlauftemperaturen zu erreichen, müssen Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen entsprechend weniger elektrische Energie aufwenden. Hier erfahren Sie mehr über die unterschiedlichen Wärmepumpen-Arten.

Diese Kennzahlen geben die Effizienz einer Wärmepumpe an

Für die Angabe des Wirkungsgrads von Wärmepumpen haben sich zwei Kennzahlen mit unterschiedlichen Aussagen etabliert: Der Coefficient of Performance (COP), auch Leistungszahl genannt, und die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe (JAZ).

COP: Effizienzpotenzial und Wirkungsgrad der Wärmepumpe

Der COP beschreibt die Qualität der internen Prozesse der Wärmepumpe. Für jedes Wertepaar aus Temperatur der Wärmequelle und Vorlauf gibt es eine Verhältniszahl für Stromaufwand und Wärmegewinn. Dieser Wert beschreibt also eine konstante Eigenschaft und seine Ermittlung findet messtechnisch unter genormten Bedingungen (DIN EN 14511 und DIN EN 255) statt.

Wie stark die Leistungszahl zum Beispiel bei einer Luft/Wasser-Wärmepumpe vom gewählten Wertepaar abhängt, zeigt die Grafik. Niedrige Vorlauftemperaturen sorgen allgemein für einen höhere Leistungszahl, ebenso wie höhere Außenlufttemperaturen.

Bei der Luftwärmepumpe variiert die Temperatur der Wärmequelle besonders stark. Daher ist eine Herstellerangabe des COP für die beiden Außentemperaturen (A) von 7°C und 2°C üblich. Die Vorlauftemperatur beträgt dabei stets 35°C. Für Wärmepumpen, die Erdreich (B) oder Wasser (W) als Wärmequelle nutzen, ist jeweils nur eine Angabe gebräuchlich.

Basis für Kennzahl-Angaben

JAZ: Effizienz der Wärmepumpenheizung im praktischen Gebrauch

Auch die Jahresarbeitszahl setzt den Stromaufwand und den Wärmeertrag ins Verhältnis — allerdings nicht für einzelne Wertepaare aus Temperatur der Wärmequelle und Vorlauf. Stattdessen repräsentiert die Jahresarbeitszahl den Mittelwert des Wirkungsgrades der Wärmepumpe über ein Betriebsjahr hinweg.

Dabei spielen die sich ständig ändernden Betriebsbedingungen eine wichtige Rolle. Dazu erfasst ein Messgerät kontinuierlich die reellen Werte für Stromverbrauch und Wärmemenge. Die JAZ gibt also an, welchen Wirkungsgrad die Wärmepumpe in einem individuellen Heizungssystem erreicht.

Die JAZ ist daher ein wichtiges Maß für die Effizienz einer Wärmepumpe. Es gibt daher ein genormtes Verfahren (VDI 4650) zur Bestimmung der JAZ aus den Herstellerangaben zum COP der Wärmepumpe.

Möchten Sie wissen, welche JAZ ein bestimmtes Wärmepumpen-Modell hat? Dann besuchen Sie den JAZ-Rechner des Bundesverband Wärmepumpe e.V. Wählen Sie im Dropdown zum Beispiel den Hersteller WOLF, die Wärmequelle Luft und das Modell CHA-07 aus. Klicken Sie nun auf aktualisieren, um die JAZ errechnen zu lassen. In diesem Beispiel steht hier eine JAZ von 4,6.

Das Beispiel-Modell der WOLF CHA-Monoblock Luft/Wasser-Wärmepumpe mit 7 kW erfüllt die Anforderungen an die jahreszeitbedingte Raumheizungseffizienz. Diese hängt eng mit dem Wirkungsgrad zusammen. Höhere Wärmepumpen-Wirkungsgrade sind folglich nicht nur förderlich für langfristig geringe Betriebskosten, sondern ermöglichen Ihnen schon bei der Investition eine Finanzspritze.

In folgender Tabelle finden Sie eine Übersicht über die verschiedenen Wärmepumpen-Arten. Dabei sehen Sie unter anderem eine ungefähre Angabe der Investitionskosten (Gerät plus Installationskosten) sowie typische JAZ-Zahlen. 

Effizienzwerte, Kosten und mehr der verschiedenen Wärmepumpen-Arten

So optimieren Sie den Wirkungsgrad Ihrer Wärmepumpe

Die Kennzahlen für den Wirkungsgrad sind nicht nur entscheidend bei der Auswahl der Wärmepumpe. Sie zeigen auch im späteren Betrieb deutlich auf, ob Optimierungspotenzial besteht. Möchten Sie die Effizienz Ihrer Wärmepumpe erhöhen, dann können Sie an verschiedenen Stellen ansetzen.

• Vor allem bei älteren Wärmepumpen ist der Einsatz eines effizienteren Kompressors erfolgsversprechend.
• Verbesserungsmaßnahmen am übrigen Heizungssystem, also vor allem am Wärmespeicher, an Rohrleitungen und Heizflächen sowie Dämmmaßnahmen verändern nicht direkt den Wirkungsgrad der internen Wärmepumpenprozesse. Allerdings senken sie den Wärmebedarf.
• Größere Heizflächen ermöglichen die Reduzierung der Vorlauftemperatur. Sinkt die Temperatur um 5°C, kann dies die Jahresarbeitszahl um 10% erhöhen. Der Einbau zusätzlicher Heizkörper oder der Austausch einzelner Heizkörper lohnt sich dadurch in Bestandsgebäuden häufig.

Nutzen Sie die regelmäßige Wartung der Wärmepumpe, bei der ein Heizungsprofi aus Ihrer Region die Anlage überprüft und bei Bedarf anpasst. Denn oft sind ungünstige Einstellungen schuld daran, dass Heizanlagen die Erwartungen nicht erfüllen. Die Belohnung für Ihre Mühen: Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe erhöht sich und davon profitieren Ihre Finanzen und die Umwelt gleichermaßen.