Wirkungsgrad von Wärmepumpen: Was Verbraucher dazu wissen sollten

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Alexander G. Seidl

Mit einem Anteil von 40 Prozent ist der Gebäudesektor eine Hauptquelle der deutschen CO2-Emissionen. Laut Statista entfielen im Jahr 2023 insgesamt etwa 102 Millionen Tonnen Treibhausgase und mehr als eine Million Tonnen CO2-Äquivalente auf diesen Bereich. Vor allem die Bereitstellung von Warmwasser und Heizwärme fällt dabei ins Gewicht. Denn noch immer sind Öl- und Gasheizungen die verbreitetsten Heizungsarten in der Bundesrepublik. Damit Deutschland bis 2045 klimaneutral werden kann, müssen fossile Brennstoffe aus dem Energiemix weichen. Für deutsche Immobilienbesitzer bedeutet dies im Hinblick auf das Heizen eine Abkehr von Öl und Gas, Um die Emissionen im Bereich der Wärmegewinnung zu reduzieren, bietet sich ein Umstieg auf umweltfreundliche Heizsysteme wie Wärmepumpen an. Denn die Wärmepumpenheizung ist nicht nur nahezu emissionsfrei, sondern zugleich eines der effizientesten und wirtschaftlichsten Heizungssysteme auf dem Markt. Dabei erzielt sie einen Wirkungsgrad zwischen 300 und 500 Prozent. Was bedeutet diese Kennzahl und wie ist sie einzuordnen?

Inhaltsverzeichnis

Wie Wärmepumpen funktionieren und welchen Wirkungsgrad sie erreichen

Im Rahmen der deutschen Wärmewende spielen Wärmepumpen eine Schlüsselrolle. Denn in Kombination mit einer eigenen Photovoltaikanlage lassen sie sich nahezu klimaneutral betreiben. Statt Brennstoffen nutzen sie Umgebungswärme zum Heizen. In ihrem Inneren zirkuliert dabei ein flüssiges Kältemittel, das die Wärmeenergie aus der Umgebung aufnimmt. Ein strombetriebener Kompressor verdichtet daraufhin das verdampfende Kältemittel.

Dadurch steigt der Druck, wobei sich analog dazu auch das Temperaturniveau erhöht. Anschließend verflüssigt ein Kondensator das erwärmte Kältemittel wieder und gibt es in der gewünschten Temperatur an das Heizsystem ab. Je nach genutzter Wärmequelle werden dabei drei Arten der Wärmepumpe unterschieden: Erd-, Wasser- und Luftwärmepumpen. Wegen ihres vergleichsweise günstigen Preises, ihrer leichten Montage und ihrer relativ hohen Flexibilität sind letztere die verbreitetsten Modelle.

Wie aus den wichtigsten Informationen zur Luftwärmepumpe hervorgeht, eignen sich die Systeme sowohl für Neu- als auch Altbauten und erzeugen aus zehn Kilowattstunden Strom je nach Wirkungsgrad bis zu 45 Kilowattstunden Wärmeenergie. Dabei gibt der Wirkungsgrad an, wie viel Heizleistung das System in Relation zu seinem Energieverbrauch im Betrieb erzeugt. Während der Wirkungsgrad anderer Heizsysteme bei höchstens 100 Prozent liegt, bewegen sich Wärmepumpen durchschnittlich zwischen 300 und 500 Prozent.

Demnach erzeugen sie drei- bis fünfmal so viel Energie, wie sie bei der Wärmeerzeugung verbrauchen. Wichtig ist der Wert vor allem für die Kostenermittlung. Wie wirtschaftlich die Systeme sind und ob sie sich im Einzelfall lohnen, lässt sich durch den Wirkungsgrad gut abschätzen.

Was den Wirkungsgrad von Wärmepumpen beeinflusst

Welchen Wert eine einzelne Wärmepumpe während des Betriebs tatsächlich erreicht, hängt dabei von verschiedenen Faktoren ab. Entscheidend ist in diesem Kontext vor allem

Art des Kältemittels:
Je schneller das Kältemittel verdampft, desto weniger Wärmeverluste treten auf. Schnell verdampfende Kältemittel sind daher mit einem höheren Wirkungsgrad verbunden.
Vorlauftemperatur der Heizanlage:
Je niedriger die Vorlauftemperatur der kombinierten Heizkörper ausfällt, desto weniger Energie verbraucht die Wärmepumpe im Betrieb. Niedertemperaturheizkörper wie Fußboden- oder Flächenheizungen steigern daher den Wirkungsgrad der Wärmepumpe.
vorherrschende Außentemperatur:
Je kälter die Temperaturen, desto größer ist die Temperaturdifferenz zwischen dem zur Wärmegewinnung verwendeten Medium und der gewünschten Heiztemperatur. Bei zweistelligen Minusgraden sinkt daher der Wirkungsgrad der Heizsysteme, weil sie zur Überbrückung der Differenz umso mehr Energie aufbringen müssen.
Sanierungsstand des Gebäudes:
In Altbauten mit niedrigem Dämmstandard treten beim Heizen teils hohe Wärmeverluste auf. Dementsprechend verbrauchen Wärmepumpen in solchen Gebäuden mehr Energie, sodass ihr Wirkungsgrad sinkt.
Dimensionierung der Wärmepumpe:
Je besser Wärmepumpen auf den spezifischen Wärmebedarf in einem bestimmten Haus ausgelegt sind, desto effizienter arbeiten sie. Damit sie einen möglichst hohen Wirkungsgrad erreichen können, ist die richtige Dimensionierung deshalb eine Grundvoraussetzung.
regelmäßige Pflege und Wartung der Wärmepumpe:
Nur eine voll funktionsfähige und gut instandgehaltene Wärmepumpe behält ihren hohen Wirkungsgrad über lange Zeit bei.

Was der Wirkungsgrad über die Wirtschaftlichkeit von Wärmepumpen aussagt

Für Verbraucher ist der Wirkungsgrad von Wärmepumpen vor allem in Bezug auf die Wirtschaftlichkeit interessant. Spätestens seit dem Krieg in der Ukraine steigen die Energie- und Heizkosten in schwindelerregende Höhe. Insbesondere bei einem Heizungsaustausch ist es Hausbesitzern aktuell daher umso wichtiger, dass das neue Heizsystem im Betrieb günstiger ist als das alte. Da Wärmepumpen zur Wärmegewinnung Strom benötigen, haben einige Verbraucher Bedenken.

Denn Deutschland gilt seit Langem als Land mit den weltweit höchsten Stromkosten. Allerdings gleicht der hohe Wirkungsgrad der Systeme diese eher kostspielige Energiequelle aus. Denn im Vergleich zu herkömmlichen Heizsystemen verbrauchen Wärmepumpen wesentlich weniger Energie, um dieselbe Menge an nutzbarer Heizwärme zu erzeugen. Die zu erwartende Kostenbelastung lässt sich mit dem genauen Wirkungsgrad, dem Heizbedarf und den aktuellen Stromkosten leicht für den Einzelfall berechnen

Wer bislang beispielsweise eine Gasheizung genutzt hat und dabei einen Jahresenergieverbrauch von 15.000 Kilowattstunden hatte, wird mit einer Wärmepumpe künftig noch etwa 3.000 bis 5.000 Kilowattstunden Energie pro Jahr zum Heizen verbrauchen. Dies bedeutet beim aktuellen Strompreis in etwa jährliche Heizkosten zwischen 1.200 und 2.000 Euro. Mit den etwas günstigeren Wärmepumpen-Tarifen vieler Stromanbieter reduziert sich die Belastung nochmal.

Noch deutlich günstigere Betriebskosten verursachen Wärmepumpen, die mit einer Photovoltaikanlage kombiniert werden. Denn zwischen 30 und 70 Prozent des Wärmepumpen-Strombedarfs lassen sich mit kostenlosem Solarstrom vom eigenen Dach decken. Das jedoch nur, wenn die Dimensionierung der Solaranlage genau zum Bedarf sowie der Wärmepumpe und ihrer Auslegung passt. Zudem benötigt man einen passend ausgelegten Stromspeicher und Cloud-Speicher-Lösungen, um die an Sonnentagen im Überschuss produzierte Energie auch an Schlechtwettertagen und in der Nacht verfügbar zu halten.

Expertentipp zur Einschätzung der Effizienz und Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe

Niemals nur auf den Wirkungsgrad achten!

Wer die genaue Effizienz und Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe einschätzen möchte, sollte neben dem Wirkungsgrad auch immer den Nutzungsgrad und die Jahresarbeitszahl des Heizsystems berücksichtigen. Die Jahresarbeitszahl ergibt sich dabei, wenn man die im Jahresverlauf erzeugte Wärmemenge durch die dabei im Betrieb verbrauchte Strommenge teilt. Der Wert effizienter Systeme liegt zwischen drei und fünf. Teilt man schließlich die jährliche Heizleistung durch die Jahresarbeitszahl und multipliziert das Ergebnis mit den Heizstunden, so erhält man den genauen Stromverbrauch pro Jahr. Wer jenen mit dem durchschnittlichen Strompreis multipliziert, kann die zu erwartende Kostenbelastung einschätzen.