Da geht noch was

Wie effizient eine Wärmepumpe arbeitet, hängt stärker von den Rahmenbedingungen ab als bei anderen Heizsystemen. Praxistests zeigen, dass bei der Planung, der Installation und dem Betrieb von Wärmepumpen noch viel ungenutztes Effizienzpotenzial besteht. Auch Fachhandwerker sind in der Pflicht.

Eine Wärmepumpe gilt als effizient, wenn sie ihre Wärmeleistung durch die Nutzung von Umweltwärme mit möglichst geringem Einsatz von Antriebsenergie, also Elektrizität, erbringt. Der Hersteller gibt die individuelle Effizienz für jede Wärmepumpe als Leistungszahl oder ­Coefficient of Performance (COP) an. Je höher der COP, umso effizienter ist die Wärmepumpe.
Eine Leistungszahl von 4,0 beispielsweise besagt, dass das Vierfache der eingesetzten Antriebsleistung als nutzbare Wärmeleistung zur Verfügung steht: Aus 1 kW Strom werden 4 kW Wärme. Der COP wird jedoch nur auf einem Teststand ermittelt. Für den Heizbetrieb gilt die Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie wird über den gesamten Verlauf eines Kalenderjahres ermittelt und stellt das Verhältnis von abgegebener Nutzwärme zur zugeführten Energie dar.

Effizienz im Praxisbetrieb messen
Reale Tests der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass Wärmepumpen in puncto Effizienz überwiegend besser abschneiden als andere Heizungssysteme. Doch schwankt trotz gleicher Technologie und gleichen Komponenten die gemessene JAZ von Gebäude zu Gebäude erheblich. Individuelle Faktoren wie die Planung und Installation wirken sich demnach in starkem Maß auf die Energieeffizienz aus. Entsprechend groß ist das mögliche Optimierungspotenzial.

Temperaturhub entscheidend
Die Wahl der Wärmequelle (Luft, Erdreich, Grundwasser) und der Wärmesenke (Heizungswasser, Trinkwassererwärmung) haben einen entscheidenden Einfluss. Je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Wärmesenke – der sogenannte Temperaturhub – umso effizienter arbeitet die Wärmepumpe.

Wahl der Wärmequelle
Bereits in der Planungsphase kommt es darauf an, die für das Grundstück und das Gebäude optimale Wärmequelle zu ermitteln. Ihre Temperatur sollte vor allem während der Heizperiode möglichst hoch sein. Wasser/Wasser-Wärmepumpen bieten durch die relativ konstanten Temperaturen des Grundwassers um die 7 bis 12 °C auch im Winter die besten Voraussetzungen für einen effizienten Betrieb. Durch den großen Erkundungs- und Planungsaufwand empfiehlt sich ihr Einsatz aber vor allem für größere Projekte mit Wärmeleistungen über 20 kW.
An zweiter Stelle folgen Sole/Wasser-Wärmepumpen mit einer Quellentemperatur von durchschnittlich 10 °C. Kommen (gebohrte) Erdwärmesonden zum Einsatz, muss die Wärmequelle ausreichend dimensioniert sein, um gute Leistungen zu erbringen. Bei (horizontal verlegten) Erdwärmekollektoren beeinflusst das eindringende Niederschlagswasser und die Sonneneinstrahlung die Effizienz. Ein wassergesättigter Boden bringt eine etwa vier Mal so hohe Leistung wie ein trockener, nicht bindender Boden. Wärmepumpen erreichen in Verbindung mit Erdkollektoren über das ganze Jahr betrachtet geringere Jahresarbeitszahlen als Erdsonden.
Luft/Wasser-Wärmepumpen arbeiten ausgerechnet während der Heizperiode am ineffektivsten, da die Wärmequelle Außenluft dann am kühlsten ist. Manche Experten raten von Luft/Wasser-Wärmepumpen ab, während andere dies anders sehen.

Gestaltung der Wärmesenke
Die Wärmesenke (das Heizsystem) lässt sie beeinflussen. Generell sollten möglichst niedrige Temperaturen angestrebt werden. Dies lässt sich durch Niedertemperatur-Heizsysteme wie Fußboden- oder Wandheizungen erreichen, die mit Vorlauftemperaturen um die 35 °C auskommen. Ungünstig sind Heizkörper mit Vorlauftemperaturen zwischen 50 °C bis 60 °C. Hier eignen sich spezielle Niedertemperatur-Radiatoren bzw. Heizkörper mit größeren Übertragungsflächen. In Kombination mit herkömmlichen Radiatoren erreichen insbesondere Luft/Wasser-Wärmepumpen in Altbauten eine nur geringe Effizienz. Damit Wärmepumpen trotz günstigen Temperaturhubs nicht an Effizienz verlieren, muss die gesamte Anlage richtig ausgelegt und das gesamte hydraulische System inklusive der Regelung auf die Wärmepumpe abgestimmt sein.

Trinkwassererwärmung und Speicher
In der Regel sind einfach aufgebaute Wärmepumpenheizungsanlagen effizienter als komplexe Systeme mit vielen Komponenten. Wärmepumpen mit direkter Heizkreisbeladung ohne Pufferspeicher arbeiteten im Rahmen der Studie „WP-Effizienz“ am effizientesten. Bei Kombispeichern gab es Probleme mit mangelhaften Beladungsstrategien. Durch die höheren Vorlauftemperaturen von über 50 °C statt 35 °C verringerte sich die JAZ. Schuld können z. B. falsch platzierte Temperatursensoren oder eine mangelhafte Regelung sein.
Übernimmt die Heizungswärmepumpe die Erwärmung des Trinkwassers, ist z. B. eine größere Heizleistung nötig, was die Effizienz vermindert. Eine Alternative kann die Installation einer zweiten, kleineren Brauchwasserwärmepumpe sein. Auch Solarthermieanlagen können sinnvoll sein. In der Studie „WP-Monitor“ erreichten Sole/Wasser-Wärmepumpen mit solarer Trinkwassererwärmung Effizienzsteigerungen zwischen 3 % und 15 % und bei zusätzlicher Heizungsunterstützung zwischen 6 % und 29 %. Die Kombination von Luft/Wasser-Wärmepumpe mit einer Solaranlage zur Trinkwassererwärmung führte zu einer Effizienzsteigung von 6 %.

Fehlerfreie Installation
Um effizient zu sein, bedarf ein gut ausgelegtes Wärmepumpenheizungssystem auch einer sorgfältigen Installation. Bauteile wie Dreiwegeventile oder Rückschlagklappen sollten im hydraulischen Kreis richtig installiert und voll funktionsfähig sein.

Autorin: Almut Bruschke-Reimer, freie Energiejournalistin

Effizienzkennzahlen

Leistungszahl COP (Coefficient of Performance)
Der COP bezeichnet für ein bestimmtes Wärmepumpen-Modell das Verhältnis der abgegebenen Wärme­leis­tung (in kW) zu der eingesetzten elektrischen Leistung (in kW). Der COP gibt nicht die Verhältnisse unter realen Betriebsbedingungen wieder, sondern wird unter ganz bestimmten Normbedingungen auf einem Teststand ermittelt. Er ermöglicht dadurch den Vergleich von Wärmepumpen unterschiedlicher Hersteller. Zur Vergleichbarkeit muss beim COP immer der Betriebspunkt angegeben werden (Temperatur der Wärmequelle und des Heizkreises) nach folgendem Schema:

• Wärmequelle („W“ für Water bzw. Wasser, „A“ für Air bzw. Luft und „B“ für Brine bzw. Sole),
• Eintrittstemperatur in die Wärmepumpe (in °C),
• Art der Wärmesenke und dazugehörige Temperatur (in °C).

Beispiel: A2/W35 = Luft/Wasser-Wärmepumpe, Außenlufttemperatur 2 °C, Heizwasser-Vorlauftemperatur 35 °C.

Jahresarbeitszahl JAZ
Die JAZ bezeichnet das Verhältnis der abgegebenen Wärmeenergie (in kWh) zu der eingesetzten elektrischen Antriebsenergie (in kWh) während eines Jahres, für eine konkrete Wärmepumpe, die installiert ist. Die JAZ kann auf Grundlage der COP-Werte über eine Formel berechnet werden.
Die JAZ kann auch gemessen werden. Sie wird dann im realen Betrieb mithilfe eines Extra-Stromzählers für die Wärmepumpe und eines Wärmemengenzählers ermittelt. Die in der Praxis gemessene JAZ kann durch individuelle Einflüsse von der errechneten JAZ abweichen.
Beispiel: Die Wärmepumpe hat im Laufe eines Jahres 15 500 kWh Wärme an das Heizsystem abgegeben. Für den Betrieb hat sie 3975 kWh elektrischen Strom für die Regelung, Pumpen usw. aufgenommen. Die Jahresarbeitszahl errechnet sich zu 3,9 (15 500/3975).