Der Wirkungsgrad deiner Wärmepumpe: So effizient ist das Heizen mit ihr

Im Zusammenhang mit Wärmepumpen spricht man oft vom Wirkungsgrad, um die Effizienz der Geräte zu beschreiben. Ganz korrekt ist das aber nicht, denn der Begriff stammt eigentlich aus der Thermodynamik. Er gibt an, wie viel von einer Menge an eingesetzter Energie (zum Beispiel Brennstoff) tatsächlich genutzt werden kann (etwa als Wärme oder auch als Bewegung). Geprägt hat den Begriff Sadi Carnot, ein französischer Physiker und Ingenieur. 

„Wirkungsgrad“ funktioniert also beispielsweise prima bei Gas- oder Ölheizungen: Du steckst Brennstoff rein und bekommst Wärme raus – in etwa die gleiche Menge, meist etwas weniger.

Bei Wärmepumpen verhält sich das mit dem „Wirkungsgrad“ etwas anders: Aus einer Kilowattstunde Strom, die du hineingibst, macht eine Wärmepumpe etwa die zweieinhalb- bis fünffache Wärmemenge. Ziemlich beeindruckend! Wie dieses kleine Effizienzwunder funktioniert, schauen wir uns gleich im Detail an. 

Zuerst aber die Frage: Wie bezeichnen wir die Effizienz einer Wärmepumpe denn nun korrekt? Dafür gibt es verschiedene Begriffe, die wir im Anschluss erläutern. Wir arbeiten in diesem Text auch mit dem Wort „Wirkungsgrad“, zum einen wegen der Lesbarkeit und zum anderen, weil die Unterscheidung in die komplexeren Kennzahlen nicht immer notwendig ist.

Hinter diesen kryptischen Bezeichnungen verstecken sich verschiedene Wege, den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe zu beschreiben. Sie sind gar nicht so schwer zu verstehen:

Wie aber kommt es denn nun, dass eine Wärmepumpe eine so hohe Effizienz im Vergleich zu anderen Heizsystemen hat?

Die Antwort auf diese Frage zeigt auch gleich, warum der Begriff „Wirkungsgrad“ für Wärmepumpen nicht so gut passt. Er bezieht sich nämlich darauf, wie effizient ein Gerät Energie in einer Form in eine andere umwandelt – zum Beispiel Gas in Wärme. Eine Wärmepumpe erzeugt die Energie aber nicht selbst, sondern sie nutzt Strom, um vorhandene Umweltwärme in dein Haus zu holen und in Wärme umzuwandeln. 

Das läuft je nach Wärmepumpen-Art anders ab:

• Luft-Wasser-Wärmepumpen nutzen die Außenluft als Energiequelle. 

• Erdwärmepumpen gewinnen Wärme aus dem Erdreich.

• Grundwasser-Wärmepumpen holen sich die Wärmeenergie aus dem Grundwasser.

Auf diese Weise leiten Wärmepumpen mithilfe von Strom kostenlose Umweltwärme in dein Haus, um deinen Wärmebedarf zu decken. Wenn draußen minus 5 Grad sind, reicht das natürlich nicht als Heizwärme. Deshalb arbeitet eine Wärmepumpe mit einem Kältemittelkreislauf: 

• Ein flüssiges Kältemittel kommt über einen Wärmetauscher in Kontakt mit Wärme aus der jeweiligen Energiequelle – also der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser. Dadurch wird es gasförmig. 

• Ein Verdichter (Kompressor) in der Wärmepumpe verdichtet das gasförmige Kältemittel so stark, dass sich dessen Temperatur erhöht – so lange, bis die nötige Heizenergie zur Verfügung steht.

• Über einen weiteren Wärmetauscher gelangt die Wärmeenergie in deine Heizflächen (Heizkörper oder Fußbodenheizung). 

• Das Kältemittel kühlt ab, verflüssigt sich und fließt zurück zum Anfang des Kreislaufs, um erneut Wärme aufzunehmen.

Etwa 75 Prozent der Heizwärme stammen aus der Umwelt. Nur 25 Prozent musst du durch Strom abdecken. Dadurch kommt der hohe Wirkungsgrad bei Wärmepumpen zustande. Und weil andere Systeme bestenfalls ein 1:1-Verhältnis erreichen (und dabei häufig noch Wärmeverluste entstehen), schneiden Wärmepumpen so viel besser ab. 

Hier siehst du das Ganze noch einmal praktisch: Du „fütterst“ eine Wärmepumpe beispielsweise mit 10.000 Kilowattstunden Strom. Bei einem Wirkungsgrad von 350 Prozent (Jahresarbeitszahl: 3,5) macht sie daraus 35.000 Kilowattstunden Wärme. 

Auf der anderen Seite steht die Gasheizung: Sie bekommt 10.000 Kilowattstunden Energie in Form von Brennstoff. Der Wirkungsgrad liegt bei 90 Prozent – 10 Prozent gehen durch Wärmeverluste verloren. Übrig bleiben 9.000 Kilowattstunden Wärme. Das ist nur etwa ein Viertel der Heizenergie, die die Wärmepumpe liefert! 

Das heißt zwar nicht, dass du mit einer Wärmepumpenheizung nur ein Viertel der Kosten hast. Sparen kannst du mit einer Wärmepumpe aber schon, und das sehr effektiv:

• Nehmen wir an, du möchtest wie in der Grafik 35.000 Kilowattstunden Wärme erzeugen. Dafür brauchst du ungefähr 38.900 Kilowattstunden Gas. Bei einem Gaspreis von aktuell etwa 10 Cent pro Kilowattstunde zahlst du dafür 3.890 Euro. 

• Hinzu kommt, dass die Preise für fossile Brennstoffe in den kommenden Jahren absehbar teurer werden – aufgrund steigender Rohstoff- und CO₂-Preise. Einen Vorgeschmack darauf haben wir während der Gaskrise bekommen: Die Höchstwerte lagen bei Abschluss von Neuverträgen kurzzeitig bei rund 37 Cent. 

• Strom kostet derzeit etwa 35 Cent pro Kilowattstunde. Für die benötigten 35.000 Kilowattstunden Wärme zahlst du also 3.500 Euro – das ist schon einmal günstiger.

• Bei den Strompreisen hast du aber sehr viel größeren Sparspielraum. Du kannst mit einem optimierten System deine Kosten um rund 50 Prozent senken. Das wären dann nur noch 1.750 Euro – über 2.000 Euro weniger als für die Gasheizung.

Vermutlich braucht dein Haus nicht ganz so viel Heizenergie. Der Unterschied ist dennoch klar: Eine Wärmepumpe heizt vielfach effizienter und mit dem richtigen System auch deutlich günstiger.

Am relevantesten ist in der Praxis die Jahresarbeitszahl – sozusagen der reale Wirkungsgrad einer Wärmepumpe in deinem Haus, bei deinem Nutzungsverhalten. Zunächst einmal ist die Wärmepumpen-Art für die Effizienz entscheidend:

• Luft-Wasser-Wärmepumpen (= Energie aus der Außenluft) arbeiten zwar am wenigsten effizient, machen aber aus einer Kilowattstunde Strom noch immer 2,5 bis 3,5 oder sogar mehr Kilowattstunden Heizwärme. Für die meisten Haushalte sind Luft-Wasser-Wärmepumpen die beste Wahl, da sie einfach zu installieren sind und das Haus problemlos warmhalten, ob Neubau, Bestand oder – in den allermeisten Fällen – auch Altbau. 

• Erdwärmepumpen (= Erdreich als Energiequelle) schaffen 4 bis 5 Kilowattstunden Wärme pro Kilowattstunde Strom. Allerdings sind sie teurer und die Installation erfordert aufwendige Erdarbeiten.

• Grundwasser-Wärmepumpen sind am effizientesten: 5 und mehr Kilowattstunden Wärme sind hier drin. Dafür müssen aufwendige (und teure) Brunnenbohrungen durchgeführt und entsprechende Genehmigungen eingeholt werden.

Hier siehst du die Wirkungsgrade der Wärmepumpen als Diagramm dargestellt:

In den meisten Fällen lässt sich der Wärmebedarf eines Hauses mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe decken. Das ist die praktischste und günstigste Lösung. 

Die Komponente, die bei der Wärmepumpe am meisten Strom verbraucht, ist der Verdichter. Er komprimiert das zuvor verdampfte Kältemittel und erhöht dessen Druck, sodass auch die Temperatur des Mittels zunimmt – bis hin zur gewünschten Vorlauftemperatur (die das Wasser beim Eintritt in die Heizflächen haben soll). 

Entscheidend ist hier die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Vorlauftemperatur. Je geringer diese Temperaturdifferenz ist, desto weniger muss der Kompressor powern. Damit verbraucht er auch weniger Strom – also ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpe höher.

Hier gibt es zwei Stellschrauben:

• Du kannst eine niedrigere Vorlauftemperatur einstellen. Häufig ist das ganz ohne weitere Maßnahmen möglich, da die Vorlauftemperatur höher als nötig eingestellt war. Sollte es doch zu kalt im Haus werden, kannst du mit kleinen Maßnahmen viel erreichen – etwa indem du Heizkörper mit größeren Flächen installierst (zum Beispiel günstige Plattenheizkörper). Falls nötig, kannst du auch an der Dämmung im Haus (Fassaden, aber auch Türen und Fenster) arbeiten..

• Die Temperatur der Wärmequelle spielt ebenfalls eine Rolle. Luft-Wasser-Wärmepumpen sind den größten Temperaturdifferenzen ausgesetzt, da die Temperaturen der Außenluft im Winter natürlich stark abfallen. Im Erdreich und im Grundwasser bleiben die Temperaturen hingegen konstanter. 

Oft steht bei Wärmepumpen die Frage im Raum, ob sie bei Minusgraden denn nicht zu viel Strom verbrauchen. Die Antwort: Sie verbrauchen zwar dann mehr Strom, weil sie eine größere Temperaturdifferenz überbrücken müssen. Trotzdem ist der Wirkungsgrad noch weit höher als bei jedem anderen Heizungssystem, und auch Luft-Wasser-Wärmepumpen heizen bei Kälte zuverlässig. 

Wie kann das sein? Die Antwort steckt im Kältemittel. Nehmen wir als Beispiel das umweltfreundliche Kältemittel Propan, das häufig in modernen Wärmepumpen zum Einsatz kommt (und sogar mit 5 Prozent gefördert wird!). Damit die Wärmepumpe arbeiten kann, muss das Kältemittel verdampfen. Das passiert bei Propan bereits bei minus 42 Grad. Sofern du also nicht im tiefsten Norden Skandinaviens eine Hütte beheizen möchtest, bist du damit völlig auf der sicheren Seite. Und falls du doch für noch niedrigere Temperaturen gerüstet sein willst, gibt es alternative Kältemittel. 

Du kannst einiges tun, um von Anfang an eine gute Effizienz deiner Wärmepumpe zu gewährleisten. Zusätzlich kommt es aber auf die Stromkosten an – wie du oben gesehen hast, kannst du hier ganz unabhängig vom Wirkungsgrad viel Geld sparen. Hier kommen die besten Tipps:

1. Profis ranlassen: Entscheide dich für einen Fachbetrieb mit Erfahrung – wie einen der regionalen Meisterbetriebe von 1KOMMA5°. Nur eine professionell installierte Wärmepumpe mit passender Heizleistung erreicht den besten Wirkungsgrad.

2. Qualität wählen: Vor allem der Verdichter sollte hochwertig sein. Er beeinflusst maßgeblich sowohl die Lebensdauer als auch den Wirkungsgrad deiner Wärmepumpe. 

3. Richtig einstellen: Profis stellen dein Heizsystem insgesamt so ein, dass es effizient arbeitet und keine unnötigen Wärmeverluste entstehen. 

4. Heizverhalten optimieren: Stoßlüften, vorausschauendes Heizen und angepasste Temperaturen pro Raum können viel Strom sparen.

5. Wärmepumpe regelmäßig warten lassen: So minimierst du Verschleiß und stellst sicher, dass die Pumpe immer so effizient wie möglich arbeitet.

6. Dämmung verbessern: Selbst kleine Dämmmaßnahmen oder auch ein Tausch der Heizkörper können den Wirkungsgrad deiner Wärmepumpe (die Jahresarbeitszahl) erhöhen. 

7. Günstigen Strom nutzen: Ideal ist eine eigene Photovoltaik-Anlage, aber auch mit einem Stromspeicher und einem dynamischen Stromtarif erzielst du große Ersparnisse.

Wenn wir allein nach dem Wirkungsgrad gehen würden, müssten wir für jedes Haus eine Grundwasser-Wärmepumpe wählen. Das ist schon allein deshalb nicht sinnvoll, weil sich die höheren Kosten in den meisten Fällen nicht rentieren würden. Oft ist die vergleichsweise günstige Luft-Wasser-Wärmepumpe die praktikabelste Lösung – und völlig ausreichend für den Wärmebedarf in vielen Einfamilienhäusern. 

Der Wirkungsgrad allein entscheidet aber nicht über die Rentabilität. Auch der Strompreis sollte stimmen. Während du die Effizienz deiner Wärmepumpe nur bedingt beeinflussen kannst, hast du beim Strompreis viel Spielraum: Ein dynamischer Stromtarif ist der Schlüssel zum Sparen, idealerweise in Kombination mit einem Stromspeicher – und noch idealer ist es, wenn du eigenen Solarstrom nutzt. Zusätzlich kannst du mit einer Wärmepumpe von zeitvariablen Netzentgelten profitieren und dadurch noch mehr sparen. Unsere Profis beraten dich gern dazu.