Energieeffizienz von Wärmepumpen
Wie sie gemessen wird und wie die unterschiedlichen Arten abschneiden
In Verbindung mit Strom aus erneuerbaren Energien arbeiten Wärmepumpen nahezu klimaneutral und gelten zudem als äußerst effiziente Heizsysteme. Stellt sich die Frage: Wie genau wird diese Effizienz gemessen und sind alle Wärmepumpenarten gleich effizient? In diesem Artikel beantworten wir alle Unklarheiten.
Einführung in die Funktionsweise der Wärmepumpe
Ein einfaches Naturgesetz führt dazu, dass Gebäude im Winter überhaupt beheizt werden müssen: Das Temperaturgefälle führt immer vom Wärmeren ins Kältere. Streng genommen zieht die Kälte also nicht in die Gebäuderäume, sondern die Wärme entweicht ins Freie.
Eine Wärmepumpe wirkt genau diesem Naturgesetz durch Nutzung des Joule-Thomson-Effekts entgegen. Unter Zuführung elektrischer Energie bewirkt sie eine Temperaturverschiebung entgegen dem Temperaturgefälle: vom Kälteren ins Wärmere.1
Diesen Effekt macht sich übrigens auch ein Kühlschrank zunutze, nur eben in umgekehrter Richtung. Während ein Kühlschrank der Luft im Inneren die Wärme entzieht und an die Umgebungsluft abgibt, entzieht eine Wärmepumpe die Wärmeenergie einer äußeren Energiequelle und führt diese ins Innere eines Gebäudes.
Im Grunde besteht jedes Wärmepumpen-Heizsystem dafür aus drei Hauptbestandteilen – der Wärmequellenanlage, der Wärmepumpe und dem Wärmeverteilsystem.
Wie diese Bestandteile im Detail funktionieren, erfahren Sie in unserem Ratgeber zum Aufbau der Wärmepumpe.
1 Bundesverband Wärmepumpe e.V.: Geniale Technik – einfach erklärt
Auf dem Markt haben sich drei unterschiedliche Arten von Wärmepumpen etabliert.
Luft/Wasser-Wärmepumpe
Luft/Wasser-Wärmepumpen wie die WOLF CHA-Monoblock sind die am weitesten verbreitete Wärmepumpenart. Sie entziehen der Umgebungsluft die zum Heizen benötigte Wärmeenergie. Hierzu wird im Außenbereich die Außeneinheit der Wärmepumpe installiert, welche über einen Ventilator die Umgebungsluft zum Verdampfer der Wärmepumpe führt. Aufgrund der leicht zugänglichen Wärmequelle sind sie äußerst flexibel einsetzbar und relativ günstig in der Anschaffung.
Sole/Wasser-Wärmepumpe
Eine Sole/Wasser-Wärmepumpe nutzt die in der Erde gespeicherte Energie. Diese kann über verschiedene Wege nutzbar gemacht werden. Eine Methode funktioniert über den Einsatz von Flächenkollektoren, die sehr nah an der Erdoberfläche verlegt werden und über eine große Flächenabdeckung die thermische Energie des Erdreichs aufnehmen. Alternativ zu Erdkollektoren können auch die noch effektiveren Erdsonden eingesetzt werden. Sie werden im Erdreich platziert und nehmen dort die Erdwärme auf. Dabei benötigen sie deutlich weniger Fläche als die Erdkollektoren. In jedem Fall setzt eine Sole/Wasser-Wärmepumpe Grabungen, Bohrungen und in der Regel Genehmigungen voraus.
Wasser/Wasser-Wärmepumpe
Die dritte Variante ist die Wasser/Wasser-Wärmepumpe, die sich die im Grundwasser gespeicherte Energie zunutze macht. Das Grundwasser liefert normalerweise über das ganze Jahr recht konstante Temperaturen von acht bis zwölf Grad Celsius und eignet sich damit sehr gut als Wärmequelle für Wärmepumpen. Auch beim Einbau einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe sind Sie in den meisten Fällen von Genehmigungen für die notwendigen Grabungen bzw. Bohrungen abhängig.
Wie wird die Energieeffizienz einer Wärmepumpe gemessen?
Um einschätzen zu können, wie effizient eine Wärmepumpe arbeitet, müssen zunächst der Begriff der Effizienz beziehungsweise des Wirkungsgrades sowie die für Wärmepumpen relevanten Kennzahlen definiert werden.
Grundlegend gibt der physikalische Wirkungsgrad das Verhältnis zwischen nutzbarer und zugeführter Leistung an. Im Falle einer Wärmepumpe beschreibt der Wirkungsgrad somit das Verhältnis aus der Heizwärme (Nutzleistung) und dem Strom (zugeführte Leistung). Für die Einschätzung und die Vergleichbarkeit des Wirkungsgrades haben sich bei Wärmepumpen vor allem zwei Kennzahlen etabliert, der COP („Coefficient of Performance“) und die JAZ („Jahresarbeitszahl“).
Einfach ausgedrückt gibt der COP dabei Auskunft über die Effizienz, wie sie unter bestimmten (konstanten) Temperaturen bestimmt werden kann. Der Wert ist daher sehr theoretisch und kann nur sehr bedingt zur Vergleichbarkeit verschiedener Wärmepumpen eingesetzt werden.
Die JAZ betrachtet ebenfalls das Verhältnis aus Wärmeertrag und eingesetzter elektrischer Energie. Sie bezieht sich jedoch nicht auf Einzeltemperaturwerte, sondern auf die Durchschnittswerte über ein gesamtes Betriebsjahr hinweg. So kann der Wirkungsgrad eines jeden individuellen Wärmepumpensystems genauer abgeleitet werden.
Bei beiden Kennzahlen gilt: Je höher der Wert, desto energieeffizienter die Wärmepumpe, desto besser der Wirkungsgrad.
Verschiedene Wärmepumpenarten im direkten Effizienzvergleich
Durch die verschiedenen Arten an Energiequellen können die genannten Wärmepumpen unterschiedliche COP- und Jahresarbeitszahl-Effizienzwerte erreichen. Beispiele für grobe Richtwerte für den COP reichen von 4,0 für Luft/Wasser-Wärmepumpen (bei A2/W35), 4,5 für Sole/Wasser-Wärmepumpen (bei B0/W35) bis zu 5,5 für Wasser/Wasser-Wärmepumpen (bei W10/W35).
Die typischen Jahresarbeitszahlen sind für die tatsächliche Effizienz einer Wärmepumpe deutlich aussagekräftiger. Hier kann von durchschnittlichen Werten von 2,9 für Luft/Wasser-Wärmepumpen, (JAZ zwischen 4,0 und 5,0 sind auch möglich), 3,9 für Sole/Wasser-Wärmepumpen und 5,0 für Wasser/Wasser-Wärmepumpe ausgegangen werden.
Ist die effizienteste Wärmepumpe immer die beste Wahl?
Auf den ersten Blick hat die Wasser/Wasser-Wärmepumpe also den besten Effizienzwert – das heißt aber nicht, dass sie immer die beste Wahl ist.
Bei der Entscheidung über die Wärmepumpenart sind durchaus auch noch andere Faktoren zu berücksichtigen. Gerade der Kaufpreis und die Installationskosten sind hier nicht zu missachten. Denn Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen kosten etwa das Zweieinhalbfache einer Luft/Wasser-Wärmepumpe.
Außerdem kann eine Luft/Wasser-Wärmepumpe nahezu überall und ohne Erschließungsaufwand eingesetzt werden. Bei Sole/Wasser-Wärmepumpen sind dagegen eine aufwendige Tiefenbohrung oder eine Installation von Flächenkollektoren sowie eine behördliche Genehmigung notwendig, bei Wasser/Wasser-Wärmepumpen müssen Brunnen gebohrt werden und es besteht die Möglichkeit einer behördlichen Ablehnung wegen Wasserschutz. Hinzukommend beeinträchtigen JAZ- und COP-Unterschiede im Bereich von eins bis zwei die Effizienz nicht – alle drei Wärmepumpenarten sind in dieser Hinsicht sehr gut.
So bleibt eine Wärmepumpe über einen langen Zeitraum effizient
Damit Ihre Wärmepumpe nicht nur auf dem Papier, sondern über die gesamte Betriebszeit möglichst effizient arbeitet, gibt es einiges zu beachten. Im Folgenden einige wichtige Tipps:
Achten Sie auf eine gute Wärmedämmung
Wenn durch eine unzureichende Wärmedämmung des Gebäudes, undichte Fenster und Türen sehr viel Wärme wieder an die Außenwelt abgegeben wird, muss die Wärmepumpe trotz hoher Effizienz stärker und öfter als eigentlich notwendig arbeiten. Diese Mehrarbeit kann zu einer schnelleren Abnutzung führen.
Wählen Sie ein passendes Wärmeverteilungssystem
Eine Wärmepumpe ist bestens für den Einsatz mit großen Heizkörpern oder Flächenheizungen wie einer Fußbodenheizung geeignet, da hier die Vorlauftemperaturen recht niedrig gehalten werden können. Bis zu einer Vorlauftemperatur von 55 Grad Celsius arbeiten Wärmepumpen sehr effizient, bei höheren Temperaturen lässt die Effizienz jedoch nach. Eine Absenkung der Vorlauftemperatur von 55 auf 40 Grad Celsius kann die JAZ jedoch um bis zu 20 Prozent erhöhen.
Halten Sie die Wartungsintervalle Ihrer Wärmepumpe ein
Abnutzung (z.B. Verstopfung von Filtern) oder Defekte von Komponenten können zu einem suboptimalen Betrieb oder gar zum Ausfall der Wärmepumpe führen. Auch veränderte Umgebungsparameter können dafür verantwortlich sein, dass die in der Wärmepumpe hinterlegten Einstellungen nicht mehr für eine bestmögliche Effizienz sorgen. Daher ist es wichtig, die Wärmepumpe regelmäßig von einem Experten warten zu lassen.
Lassen Sie sich von Experten beraten
Verschiedene Einflussfaktoren wie Größe und Nutzung des Gebäudes, Lage, örtliche Gegebenheiten und vieles Weitere sind bei der Planung, Installation und Inbetriebnahme der Wärmepumpe zu beachten. Nehmen Sie sich einen Experten zur Seite, der sie umfassend in allen Belangen berät, sodass sie bereits im Vorfeld mögliche Fehler ausschließen und teure Nacharbeiten sowie einen ineffizienten Betrieb vermeiden.
Top Beratung bei WOLF
Wenn Sie eine effiziente Wärmepumpe für Ihr Bestandsgebäude oder einen Neubau suchen, sollten Sie sich eingehend beraten lassen. Die richtige Dimensionierung und eine sorgfältige Planung sind entscheidend für eine effiziente Heizung. Die Experten von WOLF Heiztechnik helfen Ihnen gerne weiter.
Eine effiziente Wärmepumpe als nachhaltiges Heizsystem
Möchten Sie Ihr neues Gebäude mit einer effizienten Heizung ausstatten oder Ihre Bestandsimmobilie nachhaltig sanieren, so ist eine Wärmepumpe fast immer eine effiziente, auf lange Sicht wirtschaftliche und umweltfreundliche Wahl.
Vor allem Luft/Wasser-Wärmepumpen wie die WOLF CHA-Monoblock sind vielseitig einsetzbar, günstig in Anschaffung und Betrieb sowie einfach in der Installation. Selbstverständlich können auch die effizienten Sole/Wasser- und Wasser/Wasser-Wärmepumpen je nach Anwendungsfall und Gegebenheiten die richtige Lösung sein, lassen Sie sich hierzu am besten umfassend beraten.
Unabhängig von der Wärmepumpenart gilt: COP und JAZ sind wichtige Kenngrößen, um die Effizienz von Wärmepumpen einzuschätzen. Nichtsdestotrotz sollte immer das gesamte Grundstück und die individuellen Lebens- und Verhaltensweisen in die Entscheidung einbezogen werden.
