Wärmepumpen bzw. die oftmals verbauten Luftwärmepumpen sind eine faszinierende Sache. Denn sie nehmen Wärme von einem eigentlich kühleren Ort (Außen) auf und übertragen die Wärme nach innen in das dann hoffentlich kuschelig warme Wohnzimmer. Durch den Einsatz elektrischer Energie wird die thermische Energie der Umgebungsluft über ein Kältemittel auf ein höheres Temperaturniveau gehoben. Noch mehr Infos zu der allgemeinen Wärmepumpen Funktion gibt es hier. Aber bleibt die Wärmepumpe auch im Winter effizient? Dazu ein kleiner Ausflug in unsere Küche.

Der umgedrehte Kühlschrank: Eine Wärmepumpe im Winter

Die Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank, aber in umgekehrter Richtung: Während unser liebster Stauraum für allerlei Leckeres Wärme von innen nach außen abführt, zieht eine Wärmepumpe Wärme aus der kalten Außenluft nach innen. Dabei wird ein Kältemittel verwendet, das selbst bei niedrigen Außentemperaturen verdampft. Herausforderung bei sehr kalten Außentemperaturen besteht darin, dass das Kältemittel kälter als die Außenluft sein muss, um Wärme aufnehmen und verdampfen zu können, was den Energieaufwand erhöht. Man könnte also auch sagen „umso größer der Temperaturunterschied zwischen innen/außen, desto mehr elektrische Energie muss aufgewendet werden“. Zudem ist es auch physikalisch so, dass kältere Luft weniger thermische Energie bereitstellt.

Kann eine Wärmepumpe im Winter einfrieren?

Bei sehr kalten Temperaturen zwischen -2°C und +5°C ist meist die Luftfeuchtigkeit sehr hoch, eine Gefahr der Vereisung besteht. Bei den Monoblock Wärmepumpen ist es der Verdampfer, der von Eis befreit werden muss. Dafür gibt es die praktische Abtaufunktion, die alle modernen Wärmepumpen inne haben. Hierbei kehrt die Wärmepumpe den Kältemittelkreislauf (Reverse Cycle) um und leitet warme Energie aus dem Heizsystem wieder zurück zum Verdampfer. Durch diesen Prozess wird die Temperatur des Verdampfers erhöht, wodurch das Eis schmilzt und die Effizienz der Wärmepumpe wiederhergestellt wird. Aber keine Angst, Niemand wird aufgefordert, bei kalten Temperaturen nach draußen zu laufen und einen Knopf zu drücken. Moderne Monoblock-Wärmepumpen sind oft mit intelligenten Steuerungssystemen ausgestattet, die den Abtauzyklus automatisch aktivieren sobald bestimmte Temperatur- und Feuchtigkeitsbedingungen erkannt werden. Es ist wichtig, dass diese Abtaufunktion richtig arbeitet, da ein Vereisen des Verdampfers die Heizleistung der Wärmepumpe erheblich beeinträchtigen kann.

Der kleine Helfer der Wärmepumpe: Der Heizstab

In den düstersten und kältesten Stunden, haben viele Wärmepumpen noch einen kleinen Trick namens Zusatzheizung / Heizstab versteckt. Bleiben wir in unserer Küche, steht vielleicht ein kleiner Heizstab auch bei Ihnen gleich neben dem Kühlschrank. Zumindest wenn Sie gerne warmen Tee trinken (unserer Lieblingstee ist übrigens: Granatapfel-Ingwer). Und was brauchen wir dafür? Genau! Einen Wasserkocher-ähnlichen Heizstab, der in der Wärmepumpe erst bei Temperaturen von etwa Minusgraden von 0 – 15°C aktiviert wird. Der Heizstab ist keine „Übeltäter“ in Bezug auf den Stromverbrauch, sondern ein Notfall- oder Zusatzheizelement, das sicherstellt, dass die Wärmepumpe auch unter extremen Bedingungen zuverlässig funktioniert. Er wird nur dann aktiviert, wenn die Wärmepumpe ihre Leistungsgrenze erreicht, und sorgt dafür, dass der Wärmebedarf auch bei niedrigen Außentemperaturen gedeckt wird. In der Regel liegt der  Stromverbrauch des Heizstabs unter 5% des Gesamtverbrauchs der Wärmepumpe.

Effizient und Wirkungsgrad einer Wärmepumpe im Winter

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird oft durch den Leistungskoeffizienten (Coefficient of Performance, COP) oder die Jahresarbeitszahl (JAZ) gemessen, die das Verhältnis von erzeugter Heizleistung zu verbrauchter elektrischer Energie in kWh beschreibt. Eine Wärmepumpe ist dann von Vorteil, wenn sie in einem hohen Wirkungsgrad mehr Wärme erzeugt, als Sie elektrischen Strom dafür benötigt. Die besten Wärmepumpen erreichen bei idealen Außenbedingungen einen COP von 3 – 5 (Stand: 2024), welches ein sehr effizientes Heizen ermöglicht. Aber auch in der dunklen Jahreszeit bleiben Wärmepumpen effizient. Das belegt eine Studie aus dem Jahr 2023 der berühmten Oxford University:

„Einige der marktführenden Luft-Wasser-Wärmepumpen für kalte Klimazonen wurden in Finnland bei sehr niedrigen Temperaturen getestet und erreichten selbst bei Minusgrad −20 °C einen COP von über 2. Luft-Wasser-Wärmepumpen können in milden Kaltklimazonen wie Europa (etwa 5 bis -10 °C) durchschnittliche COPs zwischen 2 und 3 aufrechterhalten.“ (Zusammenfassung auf Deutsch übersetzt; Quelle: Oxford Studie)

Wie viel Stromverbrauch hat eine Wärmepumpe im Jahr?

Um den groben jährlichen Stromverbrauch Ihrer Wärmepumpe zu berechnen, benötigen Sie die Jahresarbeitszahl (JAZ). Diese kann auf der Website des Bundesverbands Wärmepumpe berechnet werden (https://www.waermepumpe.de/jazrechner/).

Ähnlich wie der COP sagt die JAZ aus wie viel kWh Wärme die Wärmepumpe mit einer kWh Strom erzeugt. Der Unterschied zwischen der Jahresarbeitszahl (JAZ) und dem Coefficient of Performance (COP) besteht darin, dass die JAZ die durchschnittliche Effizienz einer Wärmepumpe über das gesamte Jahr hinweg misst, während der COP die Effizienz zu einem bestimmten Zeitpunkt oder unter spezifischen Betriebsbedingungen angibt. Zur Berechnung des Strombedarfs können Sie statt der JAZ auch den COP verwenden – dieser ist allerdings etwas ungenauer. Zudem benötigen Sie die Heizleistung der Wärmepumpe (in Kilowatt) und die jährliche Betriebsdauer in Heizstunden (diese beträgt im Durchschnitt 2000 Stunden)

Strombedarf Wärmepumpe schnell selbst berechnen!

Berechnungsformel:

(Heizleistung x Heizstunden) / JAZ = jährlicher Stromverbrauch

Beispielrechnung:

Angenommen, die Wärmepumpe wird jährlich 2.000 Stunden für Heizzwecke betrieben.

Ihre JAZ beträgt 4 und die Heizleistung liegt bei 9 Kilowatt (kW):

(9 kW x 2.000 Stunden) / 4 = 4.500 Kilowattstunden (kWh)

Wenn der Strompreis aktuell bei etwa 30 Cent pro kWh liegt, entstehen jährlich Stromkosten von rund 1.350 Euro für die Wärmepumpe.

Wärmepumpen im Winter mit Photovoltaik Anlage?

Egal ob Luft-Wasser – oder Erdwärmepumpe, – auch im Winter bei Minusgraden macht die Kombination mit einer PV-Anlage und einem Energiemanagement-System wie dem Homenergy Manager Sinn, wenn die wenigen Sonnenstunden optimal für unseren Verbrauch gemanaged werden Eine Studie des Frauenhofer ISE belegt, dass über das Jahr gesehen ca. 30% des Strombedarfs einer Wärmepumpe durch die Solaranlage abgedeckt werden können. (Quelle: Klick Mich!)

Fazit

Die Luft-Wasserwärmepumpe kann im Winter ausreichend Wärme produzieren und das auch wie Studien belegen weniger effizient aber noch immer sehr effektiv. Selbst im noch kälteren Land der Eisbader, Finnland, macht das Sinn und ob Neubau oder Altbau – bei uns dann um so mehr. Bei Kälte benötigt die Luft-Wasser-Wärmepumpe zwar mehr Strom, doch Temperaturen unter minus 15 Grad Celsius, bei denen der Betrieb ineffizienter wird, treten in Deutschland nur äußerst selten auf. Die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik-Anlage (PV-Anlage) und einem smarten Steuerungssystem sorgt auch im Winter dazu möglichst effizient zu heizen. Die Wärmepumpe bleibt so ein innovatives Heizsystem, welches auch von der Bundesregierung weiterhin stark gefördert wird.