Wirkungsgrad von Wärmepumpen: Was Sie wissen müssen

Der Wirkungsgrad von Heizsystemen gibt an, in welchem Verhältnis die ihnen zugeführte Energie zur produzierten nutzbaren Wärme steht. Oder anders ausgedrückt, wie effizient die Energieumwandlung in den Systemen abläuft. Je höher der Wirkungsgrad ausfällt, desto geringer sind also die bei der Wärmeproduktion anfallenden Energieverluste. Für die Ermittlung des Wirkungsgrads (η) von Heizungssystemen gilt folgende Formel:

Im Vergleich zu anderen Heizsystemen haben Wärmepumpen in der Regel einen hohen Wirkungsgrad. Sie gelten daher als besonders effiziente Heizungsoption. Das wird deutlich, wenn man unterschiedliche Systeme miteinander vergleicht. Eine Gasheizung beispielsweise kann rund 20.000 Kilowattstunden (kWh) Erdgas in 18.000 kWh Wärme umwandeln. Sie hat also einen Wirkungsgrad von 0,9. Bei einer 20 Jahre alten Ölheizung, bei der veraltete Technik zum Einsatz kommt, liegt der Wirkungsgrad deutlich darunter, nämlich bei nur 0,7. Moderne Ölthermen schaffen immerhin 0,8 bis 0,9. Bei Pelletheizungen liegt der Wert zwischen 0,85 und 1,03. Wärmepumpen jedoch haben je nach Modell einen Wirkungsgrad von 2 bis 5.

Der hohe Wirkungsgrad von Wärmepumpen kommt dadurch zustande, dass sie keine Brennstoffe nutzen, um Wärme zu erzeugen, sondern in der Hauptsache vom Sonnenlicht erzeugte Wärme, die im Boden (Erdwärmepumpe), in der Luft (Luft-Wärmepumpe) oder im Grundwasser (Grundwasserwärmepumpe) steckt. Diese wandeln sie mithilfe von elektrischer Energie in klimafreundliche und günstige Heizenergie um. Mehr über die Funktionsweise von Wärmepumpen erfahren Sie in unserem Artikel „Grüne Heiztechnik: Wie funktioniert eine Wärmepumpe?“.

Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe gibt also an, wie viele Einheiten an Wärmeenergie die Wärmepumpe produzieren kann, verglichen mit Einheiten elektrischer Energie, die sie während des Betriebs verbraucht. Dieser Wirkungsgrad von Anlagen, die – wie Wärmepumpen – Umweltwärme aufnehmen, wird auch als „COP“ (Coefficient of Performance) bezeichnet. Eine Wärmepumpe, die mit einem COP von 4 betrieben wird, kann also vier Einheiten an Wärmeenergie produzieren, während sie nur eine Einheit an elektrischer Energie verbraucht.

Insbesondere Luft-Wärmepumpen haben einen im Jahresverlauf schwankenden Wirkungsgrad, da auch die Temperatur ihrer Wärmequelle, also die Temperatur der Außenluft, über die Jahreszeiten hinweg stark schwankt. Im Winter fällt diese naturgemäß eher niedrig aus, im Sommer dagegen eher hoch. Die Wärmepumpe muss also im Winter mehr elektrische Energie nutzen, um die aus den erneuerbaren Quellen gewonnene Wärme auf das Niveau zu erhöhen, welches zum Heizen im Gebäude benötigt wird. Deshalb liegt der COP von Luft-Wärmepumpen im Jahresdurchschnitt nur bei 2,5 bis 3,5.

Erdwärmepumpen, deren Sonden 50 oder mehr Meter tief in die Erde reichen, sind dagegen kaum Temperaturschwankungen ausgesetzt – ihr Wirkungsgrad ist also größer, im Durchschnitt beträgt er 4 bis 4,5. Grundwasserwärmepumpen weisen den besten Wirkungsgrad auf, da das Grundwasser ganzjährig zwölf Grad Celsius warm ist. Sie können daher COP-Werte von über 5 erreichen.

Neben der Temperatur der zur Wärmegewinnung angezapften Energiequelle (Erdwärme, Luft, Grundwasser) spielen für den Wärmepumpen-Wirkungsgrad weitere Faktoren eine entscheidende Rolle. Etwa der Dämmzustand der Gebäudehülle, die Isolierung der Heizungsrohre oder die zu beheizenden Heizflächen. Denn je schlechter beispielsweise die Dämmung eines Gebäudes ist, desto höher muss die Vorlauftemperatur der Heizung eingestellt sein – oder, anders ausgedrückt, desto stärker muss das Heizwasser vom Heizsystem erwärmt werden, bevor es durch ein Rohrsystem zu den einzelnen Heizkörpern fließt.

Da der Wirkungsgrad aufgrund von äußeren Gegebenheiten nicht immer konstant hoch ist, gibt es neben dem COP eine weitere Messzahl, die die Leistungsfähigkeit von Wärmepumpen beschreibt: die sogenannte Jahresarbeitszahl, kurz JAZ. Diese gibt an, wie hoch die Effizienz der Wärmepumpenheizung im praktischen Gebrauch über ein Betriebsjahr hinweg ist. Genau wie der COP setzt auch sie den Stromaufwand und den Wärmeertrag ins Verhältnis – allerdings stellt sie den errechneten Mittelwert des Wirkungsgrades der Wärmepumpe über ein Betriebsjahr hinweg dar.

Allerdings ist der tatsächliche CO₂-Fußabdruck einer Wärmepumpe von der Art der Stromerzeugung abhängig, die für ihren Betrieb genutzt wird. Wenn der Strom, der die Wärmepumpe antreibt, ebenfalls aus erneuerbaren Quellen wie Wind- oder Solarenergie stammt, ist die Wärmepumpe überaus klimafreundlich. Verbraucher, die ihre Wärmepumpe mit Ökostrom betreiben, machen also alles richtig.