Funktion und Kennzahlen von Wärmepumpen

Über 60 Prozent aller installierten Heizungen in der Schweiz sind Wärmepumpen. Kaum ein Neubau wird nicht mittels dieser Wärmeerzeugung ausgerüstet, und auch beim Heizungsersatz in Bestandesbauten ist die Wärmepumpe auf dem Vormarsch.

Unterschiede zeigen sich bei der Energiequelle. Rund 70 Prozent der installierten Wärmepumpen sind Luft-Wasser-Wärmepumpen, rund 30 Prozent Erdsonden-Wärmepumpen. Der in den vergangenen Jahren stark angestiegene Anteil von Luft-Wasser-Wärmepumpen ist aufgrund der verbesserten Wirkungsgrade und der Investitionskosten gut nachvollziehbar. Doch sich nur aufgrund der Kosten für die eine oder andere Wärmequelle zu entscheiden, wäre falsch. Vielmehr spielen auch die Art des Heizverteilsystems und der energetische Zustand des Gebäudes eine wichtige Rolle.

Was geschieht in der Wärmepumpe?

Die Umweltwärme aus der Luft, dem Erdreich oder – im Falle einer Grundwasser-Wärmepumpe – dem Wasser wird in der Wärmepumpe dem Verdampfer zugeführt. Durch den tiefen Siedepunkt des Kältemittels in der Wärmepumpe erreicht dieses einen dampfförmigen Zustand. Dieser Dampf wird im Kompressor verdichtet, wodurch Wärme entsteht. Analog zum Pumpen eines Fahrradschlauches, bei dem sich die komprimierte Luft erwärmt. Hierfür wird hochwertige Energie, meist in Form von Strom, benötigt. Die entstandene Wärme wird nun an den Heizkreislauf abgegeben. Am Expansionsventil wird der Druck wieder abgebaut, und das Kältemittel kühlt sich unter die Temperatur der Umweltwärme ab. Somit kann der Kreislauf wieder von neuem beginnen, und das Kältemittel nimmt im Verdampfer erneut die Umweltwärme auf.

Leistungszahl COP 

Die Effizienz der Umwandlung von tieferer Umweltwärme in höhere Heizwärme wird mit der Leistungszahl COP angegeben. Der COP-Wert beschreibt das Verhältnis zwischen abgegebener Heizleistung und aufgenommener elektrischer Leistung für den Kompressor. Je höher dieser Wert liegt, desto besser arbeitet die Wärmepumpe und umso weniger Strom muss zugeführt werden. Eine Wärmepumpe mit einem COP von 4 kann demnach 3 Teile aus der Umgebung beziehen und benötigt einen Teil elektrische Energie.

Um verschiedene Wärmepumpen miteinander vergleichen zu können, wird der COP-Wert bei Standardbedingungen gemessen. Für die Standardnutzung (B0/W35) einer herkömmlichen Erdsonden- Wärmepumpe wird von einer Umweltwärme von 0° C ausgegangen (B0). Die Abgabetemperatur beim Wasserkreislauf liegt bei 35° C (W35). Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe wird sinngemäss von einer Umweltwärme von 2° C ausgegangen (A2). Soll mit einer Wärmepumpe ein bestehendes Radiatorensystem beheizt werden, dürfte die Temperatur des Heizkreislaufes auf 45 bis 50° C zu liegen kommen. Dementsprechend ist nicht ein Standard COP-Wert, sondern derjenige für B0/W45 von Interesse. Diesen objektspezifischen Wert kann der Lieferant angeben. Zur Auswahl einer neuen Wärmepumpe sind die einzelnen Angebote aufgrund der objektbezogenen Werte miteinander zu vergleichen.

Jahresarbeitszahl JAZ

Der COP-Wert gibt, ähnlich der Verbrauchsdeklaration bei Autos, einen optimierten Verbrauch unter Standardbedingungen an. Wie effizient eine Wärmepumpe im Betrieb tatsächlich ist, kann unter Umständen anders aussehen. Hier kommt die Jahresarbeitszahl (JAZ) ins Spiel. Diese beschreibt das Verhältnis zwischen der abgegebenen Nutzwärme und aller eingesetzten Antriebs- und Hilfsenergien.

Analog zum COP-Wert bedeutet eine JAZ von 4,0, dass das Vierfache des eingesetzten Stroms in Nutzwärme umgesetzt wird. Die eingesetzte Energie umfasst neben der elektrischen Energie für den Verdichter auch die Energie für die Pumpe oder den Ventilator sowie – falls vorhanden – die Energie für die elektrische Zusatzheizung. Diese springt beispielsweise an besonders kalten Wintertagen ein, um den zusätzlichen Wärmebedarf zu decken. Gemessen wird die JAZ mit Hilfe eines Extra-Stromzählers für die Wärmepumpe und eines Wärmemengenzählers.

Welches System passt?

Die JAZ kann durch eine Fachperson mithilfe eines vereinfachten Rechenprogramms abgeschätzt werden. Für den Vergleich der Betriebskosten über den gesamten Lebenszyklus gegenüber anderen Heizsystemen reicht dies meist aus. Näherungswerte hierzu vermittelt auch der Heizungsrechner auf der Website des HEV Schweiz (vgl. Kasten rechts).

Die tatsächliche JAZ kann von der prognostizierten JAZ abweichen. Neben einem besonders langen und strengen Winter beeinflusst auch das eigene Nutzerverhalten die JAZ erheblich. Weicht die JAZ trotz moderaten Heizens stark vom errechneten Wert ab, kann dies aber ein Hinweis auf einen Optimierungsbedarf bei den Geräten sein. Eine fachliche Kontrolle zahlt sich dann meist aus.