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Der Wirkungsgrad der Wärmepumpe: Vier Einheiten Wärme für eine Einheit Elektrischer Energie

Der technologische Vorsprung der Wärmepumpe liegt in ihrem enormen Wirkungsgrad. Unser Artikel erklärt den auch Coefficient of Performance (COP) genannten Wirkungsgrad, analysiert den Einfluss von Faktoren wie Außentemperatur und Gebäudeisolierung auf die Effizienz und stellt dar, warum Wärmepumpen die umweltfreundlichere und auch günstigere Wahl gegenüber herkömmlichen Heizmethoden sind. Außerdem entwirren wir das Begriffschaos um JAZ, COP, ETA und SCOP und erklären, auf welche Werte es in der Praxis wirklich ankommt.
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7 min

Wirkungsgrad, JAZ oder COP?

Die Erfolgsgeschichte der Wärmepumpe ist in erster Linie auf eines zurückzuführen, nämlich den bemerkenswert hohen Wirkungsgrad, den die Geräte erzielen und mit dem sie sich sowohl in ihrer Energie- als auch Kosteneffizienz von anderen Heiztechnologien absetzen. 

Doch was bedeutet dieser Wert, auch bekannt als "Coefficient of Performance" (COP), und wie erreichen Wärmepumpen diese Spitzenwerte?

Der COP einer Wärmepumpe ist das Maß für das Verhältnis von gewonnener Heizenergie zu eingesetzter Antriebsenergie. Ein simples Beispiel verdeutlicht dies: Verbraucht eine Wärmepumpe 1 kWh elektrische Energie und erzeugt dabei 4 kWh Wärmeenergie, liegt der Wirkungsgrad oder COP bei 4. Das ist ein beeindruckendes Verhältnis, denn es heißt, dass die Wärmepumpe das Vierfache der eingesetzten Energie in Form von Wärme liefert.

Während der COP eher eine Momentaufnahme darstellt, kann die Jahresarbeitszahl (JAZ) die Effizienz einer Wärmepumpe über ein gesamtes Jahr abbilden, indem indem die über ein Jahr abgegebene Wärmemenge durch die im selben Zeitraum aufgenommene elektrische Energie geteilt wird. Eine höhere JAZ bedeutet hier ebenfalls eine höhere Jahreseffizienz.

Die Wirksamkeit der Wärmepumpe ist dabei durch technischen Fortschritt über die vergangenen Jahre kontinuierlich gestiegen. Mythen, wie etwa der, dass eine Wärmepumpe ausschließlich mit einer Fußbodenheizung funktionieren würde, halten sich dennoch hartnäckig. 

SCOP und ETA – Realistische Leistungsindikatoren für Wärmepumpen in der Praxis

Der Coefficient of Performance (COP) verliert in der Praxis an Bedeutung, ähnlich wie Herstellerangaben zum Spritverbrauch bei Autos, da er unter idealen Laborbedingungen ermittelt wird. An seine Stelle treten der Seasonal Coefficient of Performance (SCOP) und die Energieeffizienzklasse ETA als realitätsnähere Leistungsindikatoren.

SCOP – Seasonal Coefficient of Performance:

  • Verwendungszweck: Der SCOP ist ein Indikator, der die Effizienz einer Wärmepumpe über ein ganzes Jahr und bei verschiedenen Außentemperaturen bewertet. Er bietet eine realistischere Einschätzung der Leistung als der COP, der nur punktuell unter idealen Laborbedingungen misst.

  • Berechnung: SCOP wird durch die Division der über das Jahr erzeugten Wärmeenergie durch die dafür aufgewendete elektrische Energie ermittelt.

  • Aussagekraft: Ein SCOP von 3,5 bedeutet, dass die Wärmepumpe im Jahresdurchschnitt 3,5-mal mehr Energie liefert, als sie verbraucht. Werte über 3 gelten als gut, Werte über 4 als sehr gut.

ETA – Energieeffizienzklasse:

  • Verwendungszweck: Die ETA gibt an, wie effizient eine Wärmepumpe Primärenergie in Heizenergie umwandelt. Sie hilft dabei, den Gesamtenergieverbrauch in Bezug auf die Wärmeproduktion zu verstehen.

  • Berechnung: Die ETA wird aus dem SCOP berechnet, indem dieser durch den europäischen Primärenergiefaktor für Strom von 2,5 geteilt wird.

  • Aussagekraft: Eine ETA von 140% bedeutet, dass die Wärmepumpe sehr effizient ist, da sie für jede Kilowattstunde erzeugter Wärme weniger als eine Kilowattstunde Primärenergie benötigt. Üblicherweise liegen gute ETAs zwischen 120% und 150%.

SCOP und ETA bieten eine umfassendere und realistischere Bewertung der Effizienz von Wärmepumpen. Sie sind essentiell, um die tatsächliche Leistungsfähigkeit und den Energieverbrauch von Wärmepumpen im praktischen Alltagsbetrieb zu verstehen und zu bewerten.

Woher kommt die Effizienz der Wärmepumpe?

Doch wie erreichen Wärmepumpen solch beeindruckende Werte? Das Geheimnis liegt in ihrer Arbeitsweise. Anstatt Wärme zu erzeugen, verlagern sie vorhandene Wärme von einem Ort zum anderen. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen wird beispielsweise die Wärme aus der Außenluft extrahiert und in das Heizsystem des Hauses übertragen. Dieser Prozess ist wesentlich energieeffizienter als traditionelle Heizmethoden, bei denen Wärme direkt durch Verbrennung erzeugt wird.

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe entzieht der Außenluft Wärme, indem ein Kältemittel Wärme absorbiert und verdampft. Dieser Dampf wird dann durch einen Kompressor verdichtet, wodurch seine Temperatur steigt. In einem Wärmetauscher gibt das heiße Kältemittel seine Wärme an das Wasser des Heizsystems ab und kondensiert, bevor es über ein Expansionsventil entspannt wird und der Kreislauf von neuem beginnt. Auf diese Weise wird effizient Wärme von einem niedrigeren zu einem höheren Temperaturniveau transportiert. In diesem Artikel haben wir das nochmal genauer erklärt. 

Wärmepumpe Kreislauf

Der Kreislauf der Wärmepumpe

Aber nicht nur das: Wärmepumpen können auch zum Kühlen von Räumlichkeiten oder zur Warmwasserbereitung genutzt werden und sind hierbei ebenfalls deutlich effizienter und damit günstiger im Betrieb als ihre direkten technischen Konkurrenten, der Durchlauferhitzer oder die Klimaanlage. Für das Sparpotenzial der Wärmepumpe sollte man daher nicht nur auf die Betriebskostenersparnis gegenüber einer konventionellen Heizung schauen, sondern ebenfalls mögliche Ersparnisse gegenüber Durchlauferhitzer und Klimaanlage beachten. 

Einflussfaktoren auf den Wirkungsgrad von Wärmepumpen

Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Dazu zählen:  

  • Wärmequelle: Luft, Wasser, Erdreich; jede Quelle hat unterschiedliche Eigenschaften, sodass verschiedene Arten von Wärmepumpen jeweils verschiedene Wirkungsgrade erreichen können und dabei außerdem von der Temperatur ihres Mediums beeinflusst werden. 

  • Außentemperatur: Niedrigere Temperaturen erfordern mehr Energie für die Wärmeextraktion, was den COP verringern kann. Im milden Klima funktioniert die Wärmepumpe effizienter. 

  • Nutzerverhalten: Das Nutzerverhalten hat einen großen Einfluss auf den Wirkungsgrad der Wärmepumpe, da Faktoren wie die Einstellung der Raumtemperatur, die Nutzungsdauer und die allgemeine Wartung die Effizienz der Anlage maßgeblich mitbestimmen.

  • Isolierung des Gebäudes: Bessere Isolierung reduziert den Heizbedarf und verbessert somit den COP. Gut abgedichtete Fenster können dabei einen genauso großen Einfluss haben wie etwa eine moderne Fassadendämmung. 

  • Art der Heizkörper im Haus: Heizsysteme mit geringen Vorlauftemperaturen wirken sich ebenfalls positiv auf den Wirkungsgrad aus, etwa Fußbodenheizungen oder Niedertemperatur-Heizkörper. Die Annahme, dass Wärmepumpen ohne solche Heizkörper nicht effizient und günstig betrieben werden können, ist trotz des vorhandenen positiven Einflusses solcher Heizungen ein sich hartnäckig haltender Mythos.

  • Wartungszustand: Regelmäßige Wartung gewährleistet optimale Betriebsbedingungen und hält den Wirkungsgrad aufrecht.

  • Einsatzbereich: Die Effizienz variiert je nachdem, ob die Wärmepumpe zum Heizen, Kühlen oder zur Warmwasserbereitung genutzt wird.

  • Installationsqualität: Eine fachgerechte Installation ist entscheidend für die maximale Effizienz der Wärmepumpe. Bei 1KOMMA5° übernehmen regionale Meisterbetriebe sowohl die Planung als auch die Installation deiner Anlage und denken die Wärmepumpe nicht nur als Einzelkomponente, sondern als Teil eines ganzen Energiesystems. 

  • Richtige Dimensionierung: eine Über- oder Unterdimensionierung bei der Gerätewahl kann die Effizienz reduzieren, indem die Wärmepumpe im Betrieb dann entweder unnötig viel Energie verbraucht oder nicht ausreichend Heizleistung liefert. Fachkundige Planung erspart hier langjährigen Ärger und hohe Kosten.

Noch weiter optimieren und sparen: Neben der Maximierung des Wirkungsgrades gibt es außerdem die Möglichkeit zur Energiekostenoptimierung. Mit einem dynamischen Stromtarif wie Dynamic Pulse kann eine Wärmepumpe nicht nur mit regenerativer Energie aus Wind und Sonne versorgt werden, sondern auch bis zu 50% günstiger als mit dem herkömmlichen Stromtarif betrieben werden. Die Ersparnis durch den möglichst hohen Wirkungsgrad kann so noch weiter optimiert werden. 

Der Effizienzvergleich: Sind Wärmepumpen besser als Gasheizungen?

Wärmepumpen arbeiten nach dem Prinzip der Wärmeübertragung anstelle der Wärmeerzeugung, wie es etwa die Gasheizung tut. Wärmepumpen entziehen der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser Wärme und führen diese dem Heizsystem zu. Im Gegensatz dazu verbrennen Gasheizungen fossile Brennstoffe, um Wärme zu erzeugen. Der Wirkungsgrad moderner Gasheizungen liegt in der Regel bei etwa 90-95%. Dies bedeutet, dass ein Teil der eingesetzten Energie (5-10%) nicht in nutzbare Wärme umgewandelt, sondern als Abgasverluste freigesetzt wird. Obwohl dies im Vergleich zu älteren Heizsystemen effizient ist, fällt der Wirkungsgrad im Vergleich zu Wärmepumpen bedeutend niedriger aus.

Wärmepumpe Vs. Gasheizung

Die Grafik zeigt die Wärmeproduktion einer durchschnittlichen Gasheizung gegenüber einer durchschnittlichen Wärmepumpe bei gleichem Energiebedarf.

Zusätzlich nutzen Wärmepumpen erneuerbare Energiequellen und können in Verbindung mit Ökostrom nahezu CO2-neutral betrieben werden. Gasheizungen hingegen sind von fossilen Brennstoffen abhängig und tragen so zu Treibhausgasemissionen bei. Der Betrieb einer Gasheizung wird so in den nächsten Jahren sehr absehbar weiter teurer werden, etwa durch einen steigenden Gaspreis oder den deutlich steigenden CO2-Preis (Zuletzt Beginn 2024 von 30 Euro auf 45 Euro pro Tonne CO2 gestiegen.) 

Die Wärmeübertragung ist der Wärmeerzeugung im Sinne von Effizienz und Kosten schlichtweg überlegen. Zwar sind reguläre Gasheizungen im Vergleich zu noch älteren Heizsystemen durchaus effizient, mit der Wärmepumpe können sie es jedoch nicht aufnehmen und steigende CO2- und Gaspreise werden ihren Einsatz in den kommenden Jahren weiter verteuern, während uns die Luft um uns herum unbegrenzt und kostenlos zur Verfügung steht. 

Hohe Anschaffungskosten als großes Manko der Wärmepumpe - Das war einmal!

Bis vor kurzem hätte man an dieser Stelle nun vor folgendem Problem gestanden: Die Wärmepumpe ist im Betrieb langfristig deutlich günstiger und umweltfreundlicher als eine durchschnittliche Gasheizung - doch die Gasheizung kostet auch einiges weniger in der Anschaffung. Nachvollziehbarerweise fällt die Entscheidung hier nicht selten zu Gunsten der Gasheizung, wenn es auf einen Schlag um einige Tausenden Euro Unterschied geht.

Durch die Novellierung des Gebäudeenergiegesetzes (GEG) ist das nun hinfällig. Denn die darin vorgesehenen Förderungen für Wärmepumpen und andere nachhaltige Heizsysteme decken bis zu 70% der Investitionskosten einer neuen Wärmepumpe, sofern sie ein fossiles Heizsystem ersetzt. 

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