Effizienz von Wärmepumpen.
Diese Wirkungsgrade erreichen sie
Wärmepumpen sind nicht nur umweltfreundlich und klimaschonend, sondern auch sehr effizient. Wie wirtschaftlich die verschiedenen Arten von Wärmepumpen sind und was Wirkungsgrad und Jahresarbeitszahl bedeuten, erklären wir hier.
Inhaltsverzeichnis
Effizienz von Wärmepumpen: der Wirkungsgrad
Heizungen erzeugen aus der Energie, die ihnen zugeführt wird, Wärme. Je mehr Wärmeenergie sie aus dem verwendeten Energieträger gewinnen, desto effizienter arbeiten sie. Die Effizienz von Wärmepumpen und anderen Heizsystemen drückt sich im Wirkungsgrad aus. Wärmepumpen haben einen sehr hohen Wirkungsgrad. Er liegt, je nach Art der Wärmepumpe, zwischen 2,5 und 5,0 (anders ausgedrückt zwischen 250 und 500 Prozent). Das bedeutet, dass Wärmepumpen aus dem zugeführten Strom das 2,5- bis 5-Fache an nutzbarer Wärmeenergie produzieren. Aus 10 Kilowattstunden (kWh) Strom gewinnen Wärmepumpen also 25 bis 50 kWh Wärme. Die Formel für den Wirkungsgrad lautet:
Wirkungsgrad = produzierte Heizwärme (kWh) / benötigter Strom (kWh)
Zum Vergleich mit anderen Heizungssystemen: Der Wirkungsgrad von Öl- oder Gasheizungen liegt wesentlich niedriger. Je nach Alter erzielen diese Heizungen auf Basis fossiler Energien einen Wirkungsgrad von 0,7 bis 0,9, also 70 bis 90 Prozent. Der Grund, warum Wärmepumpenheizungen so effizient sind: Sie nutzen Luft, Erde oder Wasser zur Wärmeerzeugung. Diese Energie fließt nicht mit in die Berechnung des Wirkungsgrades ein, da die Umwelt sie kostenfrei und potenziell unbegrenzt zur Verfügung stellt.
Wie erkennt man den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe?
Bei der Effizienz von Wärmepumpen spielen zwei Kennzahlen eine wichtige Rolle: die Leistungszahl Coefficient of Performance (COP) und die Jahresarbeitszahl (JAZ).
Coefficient of Performance (COP)
Die Leistungszahl Coefficient of Performance (COP) gibt an, in welchem Verhältnis die Wärmeenergie und die dafür benötigte elektrische Energie unter verschiedenen Betriebsbedingungen stehen. Die Leistungszahl bezieht sich auf bestimmte Temperaturen der genutzten Umweltenergie und wird unter genormten Testbedingungen ermittelt. Ein Beispiel für einen COP-Wert auf einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist: COP = A7/W35
A steht für Air, also Luft als verwendete Energiequelle. 7 Grad beträgt die Lufttemperatur außen und 35 Grad die Vorlauftemperatur der Heizung, also die Temperatur, auf die das Heizwasser zur Verteilung im Heizsystem erwärmt wird. COP-Werte helfen, Wärmepumpen in Hinblick auf ihre Effizienz zu vergleichen. Je höher der COP-Wert ist, desto effizienter ist die Wärmepumpe. COP-Werte zwischen 3 und 5 gelten als gut.
Jahresarbeitszahl (JAZ)
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) zeigt an, wie viel Wärme eine Wärmepumpe im Verhältnis zu der Menge an Strom, die sie verbraucht, innerhalb eines Jahres erzeugt. Die Jahresarbeitszahl ist also der Mittelwert über ein Betriebsjahr hinweg. Das ist für die Bestimmung der Wirtschaftlichkeit einer Anlage wichtig, denn Wärmepumpen arbeiten effektiver, wenn der Unterschied zwischen Außen- und Innentemperatur geringer ist, da sie dann einen niedrigeren Temperaturhub überbrücken müssen.
So lässt sich die JAZ berechnen:
JAZ = produzierte Heizwärme pro Jahr (kWh) / benötigter Strom pro Jahr (kWh)
Auch für die JAZ gilt: Je höher die Jahresarbeitszahl, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe und desto geringer fallen die Stromkosten für die Wärmepumpe aus. Die von den Herstellern stammenden Angaben stellen jedoch nur Richtwerte dar, da die Effizienz von Wärmepumpen auch von den individuellen Gegebenheiten im Gebäude abhängt, etwa vom Wärmebedarf des Hauses, seiner Dämmung und der Art der Heizkörper. Daher empfiehlt es sich, Stromverbrauch und Wärmeleistung einer neuen Wärmepumpe im ersten Betriebsjahr regelmäßig abzulesen und daraus die reale Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe für das eigene Haus zu bestimmen.
Welche Art von Wärmepumpe ist am effizientesten?
Die verschiedenen Arten von Wärmepumpen haben unterschiedliche Wirkungsgrade. Das liegt vor allem daran, dass sie unterschiedliche Umweltenergien – Luft, Erdreich und Grundwasser – zur Wärmeerzeugung nutzen, die verschiedene Temperaturen aufweisen.
Effizienz von Luft-Wasser-Wärmepumpe
Luft-Wasser-Wärmepumpen erzeugen Energie für Heizung und Warmwasser, indem sie vereinfacht gesagt Umgebungsluft mithilfe von Strom auf ein höheres Temperaturniveau bringen. Im Jahresverlauf schwanken die Temperaturen der Außenluft erheblich. Eine Wärmepumpe muss mehr Energie aufwenden, um Luft mit einer Temperatur von 2 Grad Celsius zu erwärmen. Hat es draußen 8 Grad, braucht sie dagegen weniger Strom, da die Differenz zur benötigten Vorlauftemperatur der Heizung geringer ist. Der Wirkungsgrad von Luft-Wasser-Wärmepumpen schwankt daher im Jahresverlauf. Er beträgt durchschnittlich 3,1, wie eine Studie des Fraunhofer-Instituts von 2020 ermittelte. Zwar haben Luft-Wasser-Wärmepumpen eine geringere Effizienz als andere Wärmepumpensysteme, sie sind jedoch in den meisten Häusern zu realisieren, einfach zu installieren und am kostengünstigsten in der Anschaffung.
Effizienz von Erdwärmepumpen
Für Erdwärmepumpen werden Erdsonden oder Erdkollektoren bei Bohrungen in die Erde eingebracht. Flächenkollektoren werden ab etwa 1,5 Meter unter der Erde verlegt, wo der Boden nicht mehr gefriert. Erdsonden können bis über 100 Meter tief in den Boden hineinreichen, wo über das ganze Jahr konstante Temperaturen von etwa 10 Grad Celsius herrschen. Da eine Erdwärmepumpe weniger hohe Temperaturdifferenzen ausgleichen muss, hat sie eine Effizienz von durchschnittlich 4,1. Ihrem niedrigen Stromverbrauch stehen allerdings hohe Kosten in der Anschaffung gegenüber, je nachdem wie tief die Bohrungen sein müssen.
Effizienz von Wasser-Wasser-Wärmepumpen
Wasser-Wasser-Wärmepumpen, auch Grundwasser-Wärmepumpen genannt, nutzen die Wärme des Grundwassers für die Heizwärmeerzeugung. Dieses hat eine Temperatur von 8 bis 10 Grad, unabhängig von der Jahreszeit. Wasser-Wasser-Wärmepumpen arbeiten am effizientesten von allen Systemen – sie können eine JAZ bis zu 5 erzielen. Auch für Wasser-Wasser-Wärmepumpen fallen hohe Kosten für die Erschließung der Wärmequelle an und sie benötigen bestimmte Voraussetzungen wie eine sehr hohe Qualität des Grundwassers.
Wie effizient ist eine Wärmepumpe bei Minusgraden?
Viele fragen sich, ob eine Wärmepumpe auch an besonders kalten Wintertagen, wenn die Temperaturen weit unter den Nullpunkt fallen, ausreichend heizt. Luft-Wasser-Wärmepumpen bringen auch bei niedrigen Außentemperaturen bis circa minus 20 Grad Celsius ausreichend Leistung. Dazu schaltet sich ein elektrischer Heizstab als Unterstützung hinzu. In diesen Spitzen braucht die Wärmepumpe im Winter mehr Strom und arbeitet vorübergehend weniger energieeffizient. Alternativ lässt sich eine Wärmepumpe auch als Hybrid-Anlage zusammen mit einer Gasheizung betreiben. An besonders kalten Tagen liefert dann die Gasheizung die benötigte Wärme. Bei Erdwärmepumpen und Wasser-Wasser-Wärmepumpen spielen niedrige Lufttemperaturen nur eine untergeordnete Rolle.
Einfach und kostengünstig zur neuen Wärmepumpe
Luft-Wasser-Wärmepumpen sind ein zukunftssicheres und umweltfreundliches Heizsystem, das sowohl im Neubau als auch in Bestandsgebäuden zuverlässig heizt. Die Anschaffung ist vergleichsweise kostengünstig. Im Rahmen des Förderservice von GASAG prüfen wir, welche Förderungen individuell möglich sind.
Häufige Fragen zur Effizienz von Wärmepumpen
Wie hoch ist der Wirkungsgrad von Wärmepumpen?
Wärmepumpen haben einen Wirkungsgrad von 3 bis 5. Aus dem zugeführten Strom erzeugen Wärmepumpen also die 2,5- bis 5-fache Menge an Wärme. Damit sind Wärmepumpen ein sehr effizientes Heizsystem. Öl- und Gasheizungen haben je nach Alter einen Wirkungsgrad von 0,7 bis 0,9.
Welche Wärmepumpe ist am effizientesten?
Am effizientesten unter den Wärmepumpen ist die Wasser-Wasser-Wärmepumpe, die die Wärme des Grundwassers nutzt, um Heizenergie zu erzeugen. Sie hat die höchste Jahresarbeitszahl von bis zu 5. Wasser-Wasser-Wärmepumpen setzen allerdings eine sehr hohe Grundwasserqualität voraus und können daher nicht überall eingesetzt werden. Außerdem sind sie in der Anschaffung relativ kostenintensiv, da die Wärmequelle durch Bohrungen erst erschlossen werden muss. Dasselbe gilt für Erdwärmepumpen, die einen Wirkungsgrad von etwa 4 aufweisen. Luft-Wasser-Wärmepumpen haben einen Wirkungsgrad von etwa 3 und lassen sich einfach und relativ kostengünstig anschaffen.
Funktioniert eine Wärmepumpe auch bei Minusgraden richtig?
Eine Wärmepumpe funktioniert auch an sehr kalten Wintertagen, wenn die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen schaltet sich ein Heizstab dazu, der sie bei der Wärmeerzeugung vorübergehend unterstützt.