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Wärmepumpe im Winter: Alles zu Effizienz und Optimierung

CB
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Lesedauer: 8 Minuten
Wärmepumpe am Haus im Winter
© StockSeller_ukr / istockphoto.com
Inhaltsverzeichnis
Wie lassen sich Wärmepumpen optimalen effizient im Winter einstellen? Der Einsatz von Wärmepumpen nimmt zu. Die Frage, wie es jedoch mit der Effizienz in der kalten Jahreszeit aussieht, sorgt immer wieder für Unsicherheit. Wie sich niedrige Außentemperaturen auf die Effizienz auswirken und welche Herausforderungen in Kälteperioden auftreten, erfährst du hier.
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Effizienz von Wärmepumpen im Winter: Einfluss niedriger Außentemperaturen auf die Effizienz

Effizienzkennwerte sind die einfachste Möglichkeit, den Einfluss niedriger Außentemperatur auf die Effizienz von Wärmepumpen zu messen. Hier kommen die folgenden Werte zum Einsatz:

Der COP-Wert – Coefficient of Performance  

Der COP gibt die Effizienz an, die eine Wärmepumpe an einem bestimmten Punkt vorweisen kann. Wird der Effizienzwert bei einer Lufttemperatur von 0 Grad Celsius und einer Vorlauftemperatur von 38 Grad Celsius benötigt, kann dieser durch den COP-Wert eingesehen werden. Die Berechnung erfolgt durch Experten. Die Basis für die Berechnung ist die Division der Heizleistung sowie der benötigten elektrischen Leistung.

Der SCOP-Wert – Seasonal Coefficient of Performance

Die Ermittlung erfolgt ebenso wie beim COP-Wert. Allerdings kommt hier noch ein weiterer Punkt hinzu. Es handelt sich dabei um die klimatischen Bedingungen, die sich unterscheiden können. Damit gilt der SCOP-Wert als noch hilfreicher bei der Einschätzung der Effizienz.

Die JAZ – Jahresarbeitszahl

Auch über die Jahreszahl wird geprüft, wie Aufwand und Nutzen einer Wärmepumpe in einem Verhältnis miteinander stehen. Allerdings geht es hier darum, die gemessenen Mengen der Energie zu bewerten. Gemessen werden der benötigte Stromverbrauch sowie die durch die Wärmepumpe hergestellte Wärme. Dadurch ist es möglich, direkt im Betrieb zu prüfen, wie effizient eine Pumpe ist.

Inwieweit sich also die Außentemperatur auf die Effizienz der Wärmepumpe auswirkt, lässt sich durch Kennzahlen besonders gut aufzeigen.

KennzahlBeschreibung
COP-WertGibt die Effizienz einer Wärmepumpe bei einer bestimmten Temperatur an; berechnet durch die Division der Heizleistung und der benötigten elektrischen Leistung
SCOP-WertÄhnlich wie der COP-Wert, jedoch unter Berücksichtigung der klimatischen Bedingungen; hilfreich für die Einschätzung der Gesamteffizienz
JAZ - JahresarbeitszahlBewertet das Verhältnis zwischen Energieaufwand und -nutzen über das gesamte Jahr; misst den Stromverbrauch und die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme

Unterschiede zwischen verschiedenen Wärmepumpentypen in der kalten Jahreszeit

Interessant ist der Aspekt, dass sich in der kalten Jahreszeit verschiedene Reaktionen der unterschiedlichen Wärmepumpentypen zeigen. Beim Einsatz von einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die Umweltenergiequelle des Gerätes dem Einfluss der Temperaturen ausgesetzt. Das heißt, der Wirkungsgrad sinkt. Liegt die Temperatur der Wärmequelle bei einer Höhe zwischen -10°C bis 0°C, ist der Wirkungsgrad nur noch mittel.

Im Vergleich dazu sinkt die Temperatur der Umweltenergiequelle bei Erdwärmepumpe nicht so stark. Bei einer angenommenen Temperatur von 0°C bis 5°C im Winter, ist der Wirkungsgrad noch immer hoch.

Dem gegenüber steht die Grundwasserwärmepumpe. Sie setzt auf Hydrothermie und sorgt so dafür, dass die Energie, die durch das Grundwasser entsteht, in Wärme umgewandelt wird. Das Grundwasser unterliegt dem Einfluss der Außentemperatur so gut wie gar nicht. Dadurch kommt es, auch im Winter, nur zu minimalen Schwankungen bei der Temperatur, sodass die Effizienz der Grundwasserwärmepumpe nicht eingeschränkt wird.

Herausforderungen des Winterbetriebs: Effizienzverluste bei extremen Kälteperioden

Einer der Aspekte, der in Bezug auf die Entscheidung für oder gegen eine Wärmepumpe genannt wird, ist ein möglicher Effizienzverlust, wenn sich auch in europäischen Gefilden extreme Kälteperioden entwickeln. Die bereits genannten Punkte zeigen jedoch, dass bei einer Erdwärme- oder eine Grundwasserwärmepumpe auch in dem Fall nicht mit einem großen Effizienzverlust gerechnet werden muss.  

Einfluss von Eisbildung und Defrosting auf die Leistung

In der Winterzeit ist die Eisbildung bei der Wärmepumpe ein wichtiges Thema. Der Prozess in der Wärmepumpe, mit dem den umliegenden Quellen die Wärme entnommen wird, ist ein Kreislauf, in dem auch Kältemittel zum Einsatz kommt. Wenn draußen frostige Temperaturen herrschen, kommt die entstandene kalte Luft am Wärmepumpen-Verdampfer mit dem im Kreislauf vorhandenen Kältemittel in Berührung. Es kommt zu Eisbildung an der Wärmepumpe. Betroffen davon sind vor allem Luft-Wasser- oder auch Luft-Luft-Wärmepumpen.

Grundsätzlich ist die Eisbildung erst einmal kein Hinweis darauf, dass die Leistung eingeschränkt wird. Passiert das jedoch häufiger, sollte ein Defrosting erfolgen. Defrosting bezeichnet den Abtauvorgang, der erforderlich ist, um Frost oder Eisbildung auf dem Außengerät einer Wärmepumpe zu entfernen. Das kann auf verschiedenen Wegen durchgeführt werden:

  • Prozessumkehrabtauung
  • Heißgasabtauung
  • Natürliche Abtauung
  • Heizstab für die Abtauung

Die meiste Energie wird verbraucht, wenn Heizstäbe zum Einsatz kommen. Es handelt sich aber auch um das Defrosting mit dem schnellsten Ergebnis, sodass die Effizienz möglichst nicht eingeschränkt wird. 

Erhöhte Stromkosten durch häufigen Einsatz der Zusatzheizung

Als sogenannte Zusatzheizung kommt bei Wärmepumpen meist ein Heizstab zum Einsatz. Vor allem Luft-Wasser-Wärmepumpen benötigen diesen für die kalte Jahreszeit. Allerdings wird weniger Energie benötigt als meist angenommen. Vergleiche haben gezeigt, dass die Zusatzheizung bei einer Wärmepumpe nur einen Anteil von knapp 5% ausmacht auf das Jahr gesehen. In der Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe wird dies schon berücksichtigt. 

Strategien zur Effizienzsteigerung: Optimierung der Wärmepumpeneinstellungen

Um die Effizienz der Wärmepumpe zu optimieren, ist ein Blick auf die Heizkurve zu empfehlen. Diese wird normalerweise durch den Installateur bereits festgelegt. Erst mit der Nutzung wird jedoch deutlich, wie sich die Nutzungs- und Heizbedingungen der Wärmepumpe wirklich gestalten. Die Grundlage ist, durch die Pumpe nur so viel Wärme erzeugen zu lassen, wie auch wirklich benötigt wird. Die Heizkurve setzt sich zusammen aus dem Fußpunkt sowie der Neigung. Über die Neigung wird festgelegt, wie sich die Vorlauftemperatur ändert, wenn es auch zu Veränderungen bei der Außentemperatur kommt.

Grundsätzliche Tipps zur Einstellung der Heizkurve sind:

  • Die Heizkurve sollte möglichst niedrig und flach sein. 
  • Veränderungen an der Heizkurve sollten mit höchstens 10% vorgenommen werden. 
  • Temperaturveränderungen sollten immer im gleichen Referenzraum gemessen werden. 
  • Änderungen der Heizkurve sind über einen Zeitraum von mehreren Tagen zu beobachten. 
  • Alle Änderungen sollten dokumentiert werden. 

Tipp aus der Redaktion: Anpassung der Betriebsmodi

Eine weitere Option zur Effizienzsteigerung ist die Anpassung der Betriebsmodi. Viele Wärmepumpen verfügen über unterschiedliche Modi. Mit dem Komfortbetrieb wird meist in der Winterzeit gearbeitet, da hier in der Regel keine Temperaturabsenkung notwendig ist.

Mit dem ECO-Betrieb können Einsparungen erfolgen, wenn die Räume nicht benötigt werden. Eingestellt wird eine ECO-Temperatur. Dazu wird die Warmwasserbereitung nach Zeitvorgaben durchgeführt.

Nach dem Winter lohnt sich der Modi für den Warmwasserbetrieb. Das heißt, die Wärmepumpe wird nur noch für Warmwasser benötigt und nicht mehr zum Heizen. Auch die Frostschutzfunktion wird abgeschaltet.

Einsatz von Energiemanagementsystemen zur Steuerung des Verbrauchs

Durch den Einsatz von Energiemanagementsystemen für die Wärmepumpe lässt sich der Verbrauch noch effizienter steuern. Über ein intelligentes Energiemanagement wird die Wärmepumpe in das smarte Netz eines Hauses oder Gebäudes integriert. Die vorhandene Wärme wird noch effizienter dort verteilt, wo sie benötigt wird. 

Fazit: Effizienz der Wärmepumpe im Winter ist oft besser als gedacht

Die Sorge, dass sinkende Außentemperaturen einen deutlichen Einfluss auf die Effizienz der Wärmepumpe nehmen können, ist in den meisten Fällen unbegründet. Auch wenn es hier Unterschiede bei den einzelnen Typen der Wärmepumpe gibt, ist die Effizienz dennoch kaum eingeschränkt. Steigerungen dieser lassen sich unter anderem durch ein effektives Energiemanagement, eine optimierte Heizkurve und eine regelmäßige Wartung und Kontrolle der Anlage erzielen. 

FAQ – die häufigsten Fragen und Antworten zur Effizienz der Wärmepumpe im Winter

Ist eine Wärmepumpe im Winter weniger effektiv?

Eine allgemeingültige Aussage dazu, dass eine Wärmepumpe im Winter weniger effektiv ist, lässt sich nicht machen. Gerade Erdwärmepumpen sind von sinkenden Temperaturen kaum beeinflusst.

Wie kann ich die Effizienz der Wärmepumpe im Winter optimieren?

Durch eine Anpassung der Heizkurve an die sich verändernden Außentemperaturen ist eine Optimierung der Effizienz einfach durchführbar.  

Warum sollte ich die Wärmepumpe im Energiemanagementsystem aufnehmen?  

In smarten Gebäuden wird meist mit umfassenden Energiemanagementsystemen gearbeitet. Sowohl Solaranlagen als auch Wärmepumpen lassen sich hier integrieren. Dadurch lässt sich die Energie noch besser dort einsetzen, wo sie benötigt wird.  

Kann eine Wärmepumpe einfrieren? 

Bei sehr niedrigen Außentemperaturen kann es passieren, dass Teile der Wärmepumpe Frost ansetzen. Die meisten Pumpen verfügen über eine automatische Defrosting-Eigenschaft.  

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