Wirkungsgrad Wärmepumpe: Berechnung, Vergleich und was er aussagt
Wärmepumpen kommen auf einen Wirkungsgrad von weit über 100 Prozent. Das bedeutet, dass Sie mehr Energie erzeugen als sie verbrauchen. Wie genau das funktioniert, wie sich der Wirkungsgrad berechnet und wie er durch die Außentemperatur beeinflusst wird.
Wirkungsgrade im Vergleich
Der Wirkungsgrad ist eine wichtige Kennzahl, um die Effizienz einer Heizung zu bewerten. Er misst die eingesetzte Energie in Form von Strom, Gas oder Öl im Verhältnis zur erzeugten Energie in Form von Wärme. Angegeben wird der Wirkungsgrad in Prozent. Je höher der Wert, desto besser.
Im Vergleich zu anderen Heizungsarten wie Pellet-, Öl- oder Gasthermen kommen Wärmepumpen auf einen Wirkungsgrad von weit über 100 Prozent:
Heizungssystem
Durchschnittlicher Wirkungsgrad (%)
Anmerkung
Ölheizung
85–90 %
Abhängig vom Alter der Anlage und der Technik (z. B. Brennwerttechnik).
Gasheizung
90–98 %
Moderne Gasheizungen mit Brennwerttechnik erreichen hohe Wirkungsgrade.
Wärmepumpe
200–500 %
Abhängig von der Wärmequelle (z. B. Luft, Erdreich, Grundwasser).
Pelletheizung
80–90 %
Effizient bei Verwendung hochwertiger Pellets und moderner Technik.
Den Wirkungsgrad berechnen
Im Fall von Wärmepumpen beschreibt der Wirkungsgrad den für den Antrieb benötigten Strom im Verhältnis zur erzeugten Wärme. Die Formel lautet wie folgt:
Wirkungsgrad = Nutzbare Wärmeenergie / Verbrauchter Strom x 100%
Beispiel: Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt 100 Kilowattstunden (kWh) Strom und gewinnt daraus 300 Kilowattstunden (kWh) Wärme. Die Berechnung lautet demnach: 300 kWh Wärme / 100 kWh Strom x 100% = 300%.
Die Wärmepumpe kommt somit auf einen Wirkungsgrad von 300 Prozent. Das bedeutet, dass sie aus der zugeführten Strommenge das Dreifache an Wärmeenergie gewinnt.
Wie ist ein Wirkungsgrad von über 100 Prozent möglich?
Doch wie ist es überhaupt möglich, dass Wärmepumpenheizungen einen Wirkungsgrad von über 100 Prozent erzielen? Wärmepumpen nutzen Strom, um Umweltwärme aus der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser auf ein höheres Niveau zu heben. Durch einen Prozess aus Verdampfen und Verdichten schaffen sie es, die ursprüngliche Temperatur der natürlichen Energiequelle deutlich zu erhöhen.
Deshalb reichen bereits Energiequellen mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen wie die Außenluft im Winter, um ausreichend Raumwärme bereitzustellen. Hier erfahren Sie mehr zur Funktion von Wärmepumpen.
Der Einfluss der Außentemperatur: Was passiert bei 0°C und weniger?
Der Wirkungsgrad vor allem von Luft-Wasser-Wärmepumpen wird ganz entscheidend von der Außentemperatur beeinflusst. Je höher die Differenz zwischen der gewünschten Raumtemperatur und der Außenluft, desto höher fällt der Stromverbrauch der Wärmepumpe aus. Bei warmen Temperaturen im Sommer arbeitet eine Wärmepumpenheizung demnach deutlich effizienter als bei 0 Grad oder weniger im Winter.
Das folgende Diagramm zeigt, wie sich der Wirkungsgrad im Verhältnis zur Außentemperatur verhält:
Carnot-Wirkungsgrad
Eine besondere Form des Wirkungsgrades bildet der Carnot-Wirkungsgrad. Er drückt die maximale Effizienz eines Systems unter idealen Bedingungen aus. So lassen sich die Maximalwerte verschiedener Systeme miteinander vergleichen. Unter realistischen Bedingungen wird dieser Wert jedoch niemals erreicht werden.
Wärmepumpenarten im Vergleich
Neben individuellen Faktoren wie der Dämmung der Immobilie und der Außentemperatur hängt der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe vor allem auch von der Wärmepumpenart ab.
Die Effizienz von Luftwärmepumpen beispielsweise schwankt vergleichsweise stark je nach Außentemperatur. Sole-Wasser-Wärmepumpen hingegen gewinnen Wärmeenergie aus dem Erdreich, wo auch im Winter konstante Temperaturen vorherrschen. Noch effizienter sind Wasser-Wasser-Wärmepumpen, die Wärme aus dem Grundwasser absorbieren. So beträgt die Temperatur des Grundwassers ganzjährig konstante 7 bis 12 °C.
Wärmepumpenart
Wirkungsgrad (%)
Bemerkungen
Luft-Wasser-Wärmepumpe
250–350 %
Effizienz sinkt bei kalten Außentemperaturen, da Lufttemperatur stark schwankt.
Sole-Wasser-Wärmepumpe
350–450 %
Hohe Effizienz durch konstante Temperatur der Erdwärme.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe
400–500 %
Sehr effizient dank konstanter Grundwassertemperatur.
Luft-Luft-Wärmepumpe
200–300 %
Günstig, aber temperaturabhängig und für gut gedämmte Gebäude geeignet.
Weitere Effizienz-Kennzahlen für Wärmepumpen
Neben dem Wirkungsgrad gibt es weitere Kennzahlen, um die Effizienz von Wärmepumpen zu bewerten. Hier sind vor allem der Coefficient of Performance (COP) und die Jahresarbeitszahl (JAZ) zu nennen:
JAZ: Die Jahresarbeitszahl liegt zwischen 1 und 5 und gibt das Verhältnis von eingesetzter Energie zu gewonnener Wärmeenergie an. Eine Jahresarbeitszahl von 3 beispielsweise bedeutet, dass die Wärmepumpe aus einer Kilowattstunde Strom drei Kilowattstunden Wärme erzeugt. Dabei misst sie den Durchschnitt über ein gesamtes Jahr.
COP: Der COP funktioniert nach dem gleichen Prinzip und bewegt sich ebenfalls zwischen 1 und 5. Anders als die Jahresarbeitszahl misst er jedoch nicht den Durchschnittswert über ein gesamtes Jahr, sondern nur den Momentanbetrieb. Er ist also eine Momentaufnahme, während die JAZ den Jahresdurchschnitt abbildet.
Über den Autor
Bernhard Hoff
Bernd ist Betriebsleiter bei ökoloco. Er hat über 25 Jahren Berufserfahrung im Bereich Wärmepumpe und Öl-, bzw. Gasfeuerungsanlagen. Wenn Sie… mehr
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