Ungefähr 80 Prozent der neu installierten Heizungssysteme sind Wärmepumpen. In der Schweiz sind Luft-Wasser- Wärmepumpen am verbreitetsten. Im Gegensatz zu Sole-Wasser-Wärmepumpen, die über eine Tiefenbohrung mit Erdsonde dem nahezu temperaturkonstanten Erdreich Wärme entziehen, holen sich Luft-Wasser-Systeme die Wärme aus der Umgebungsluft. Diese unterliegt Temperaturschwankungen. Wärmepumpen mit Erdsonde sind aufgrund der konstanteren Umgebungstemperatur in der Tiefe des Erdreichs generell effizienter als Luft-Wasser-Wärmepumpen, die wegen schwankender Temperaturen – vor allem aber bei tiefen Aussentemperaturen – deutlich mehr Energie in Form von Strom zur Wärmeaufbereitung benötigen.
Eine Studie im Auftrag des Bundesamts für Energie kommt zum Schluss, dass drei Viertel der installierten Wärmepumpen in Privathäusern durchschnittlich 40 Prozent über den Bedarf hinaus und somit zu gross dimensioniert sind. Dies führt einerseits zu höheren Investitionskosten, da leistungsfähigere Anlagen teurer sind, andererseits aber auch zu einem ineffizienteren Betrieb der Anlage und somit höheren Betriebskosten. Eine Überdimensionierung ist daher generell zu vermeiden. Der Wärmebedarf ist abhängig vom baulichen Zustand des Gebäudes und dem Nutzerverhalten und muss entsprechend berechnet werden. Folgende vier Überlegungen sollte man sich vorgängig machen:
1. Wirtschaftliche Aspekte bei der Anschaffung einer Wärmepumpe
Wärmepumpen arbeiten am effizientesten, wenn sie möglichst niedrige Temperaturen erzeugen müssen. Um die für die individuellen Bedürfnisse und Gegebenheiten wirtschaftlichste Anlage zu finden, ist es zentral, sich im Vorfeld Gedanken zu machen, welche Wärmequellen lokal zur Verfügung stehen und auch wirtschaftlich genutzt werden können. Bei vielen Liegenschaften ist die Nutzung von Erdwärme aufgrund schwieriger Zugänglichkeit und geforderter geringer Distanz zum Verbraucher mit erheblichen Zusatzkosten bei der Erstellung verbunden. Durch die komplizierte Baustelleninstallation und allenfalls erhebliche Instandsetzungsarbeiten der Umgebung ist bei einer Vollkostenrechnung die Wirtschaftlichkeit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe – über die Betriebsdauer gerechnet – häufig nicht immer besser als bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe.
An Wohnlagen mit vielen Minustemperaturtagen lohnt es sich, die Erschliessung der konstanten Erdwärme zu prüfen. Sowohl bei der Dimensionierung wie im Betrieb hängt die Effizienz auch von den Temperaturen ab, die erzeugt werden sollen. Mit steigender zu erzeugender Raumtemperatur steigt auch der Stromverbrauch. Die Vorlauftemperatur, also die Temperatur, mit der das Wasser durch das Heizsystem fliesst, ist ebenfalls entscheidend für die Effizienz. Die benötigte Vorlauftemperatur hängt von den Wärmeverlusten durch mangelnde Isolation und vom Verteilsystem selbst ab.
Bodenheizungen benötigen aufgrund der grossflächigen Wärmeverteilung gegenüber Radiatoren deutlich geringere Vorlauftemperaturen. Je besser das Gebäude und das Leitungssystem isoliert sind und je grösser die Fläche des Wärmeverteilsystems ist, desto tiefer kann die Vorlauftemperatur eingestellt werden. Wärmepumpen laufen dann am effizientesten, wenn sie möglichst konstant mit möglichst wenig stromfressenden Unterbrüchen durch Einund Ausschalten – solche sind bei einer überdimensionierten Anlage der Fall – betrieben werden können. Ist die Heizung aber zu knapp bemessen, läuft die Wärmepumpe vor allem an kalten Tagen schnell an der Kapazitätsgrenze, und die benötigte Wärme kann kaum erzeugt werden. Die Effizienz einer Wärmepumpe hängt also von den Faktoren Wärmequelle, Temperatur im Heizkreislauf sowie der bedarfsgerechten, optimalen Dimensionierung und den Einstellungen der Komponenten ab.
2. Stromverbrauch – Wirkungsweise und Effizienz einer Wärmepumpe
In einer Wärmepumpe fliesst ein Kältemittel, das bereits bei tiefen Temperaturen verdampft. Wird dieses gasförmige Kältemittel verdichtet, entsteht Energie in Form von Wärme. Wir alle kennen dies von einer Velopumpe, die sich beim Pumpprozess durch unsere Muskelkraft erwärmt und heiss wird.
Bei einer Wärmepumpe findet diese Verdichtung nicht durch Muskelkraft statt, sondern benötigt für die Kompression elektrische Energie. Interessant ist also das Verhältnis zwischen eingesetzter Energie und dabei erzeugter Wärmeenergie, also der Wirkungsgrad.
Dieses Verhältnis nennt sich in der Fachsprache «Coefficient of Performance» (COP). Der COP einer Wärmepumpe wird unter Standardbedingungen ermittelt und angegeben. Im Betrieb variiert dieser Wert je nach zu überwindender Temperaturdifferenz zwischen Eingangsmedium (Aussenluft, Erdwärme, Grundwasser) und benötigter Wärmeenergie. Je höher der COP, desto effizienter ist die Anlage und umso geringer ist der Stromverbrauch. Bei einer Wärmepumpenleistung von beispielsweise 10 kWh bei einem Stromverbrauch von 2,5 kWh Strom ergibt sich ein COP von 4. Vor dem Hintergrund der zu erwartenden Stromrechnung ist für Wohneigentümerinnen und -eigentümer der COP im Betrieb interessant.
Am Beispiel einer Luft-Wasser-Wärmepumpe, die bei einer Aussentemperatur von 12 Grad einen COP von 4,5 erreicht, liegt der COP bei einer Aussentemperatur von –10 Grad nur noch bei etwa 3,0. Werden zusätzlich aufgrund der Heizverteilung hohe Vorlauftemperaturen benötigt, kann der COP sogar auf 2,5 sinken. Aus diesen Werten lässt sich dann auch – umgekehrt zur COP-Berechnung – der Stromverbrauch berechnen. Bei einem COP von 4,0 und einem Wärmebedarf von 20 kWh benötigt die WP etwa 5 kWh Strom. Sinkt der COP auf 2,5, benötigt die Anlage für denselben Wärmebedarf 8 kWh Strom. Bei realistischen Annahmen zum durchschnittlichen Stromverbrauch ist dies unbeschönigt zu berücksichtigen.
3. Auf den Heizenergiebedarf abgestimmte Komponenten begünstigen die Effizienz
Heizkörper und Fussbodenheizungen benötigen, wie bereits erwähnt, unterschiedliche Vorlauftemperaturen. Alte Radiatoren brauchen meist Vorlauftemperaturen über 50 Grad, während moderne Heizkörper die Vorlauftemperatur bis auf 45 Grad senken lassen. Fussbodenheizungen erfordern meist 30 bis 40 Grad Vorauftemperatur. Neben der Vorlauftemperatur gibt es aber auch die Rücklauftemperatur, also die Temperatur, mit der das «Heizwasser» zurück in den Wärmeerzeuger fliesst. Da von der Vorlauftemperatur Wärme an die Radiatoren oder die Fussbodenheizungen abgegeben wird, ist die Rücklauftemperatur tiefer als im Vorlauf. Bei Fussbodenheizungen verliert das Heizwasser im Kreislauf etwa 10 Grad, während bei Radiatoren das Heizwasser meist über 15 Grad tiefer zurückfliesst. Für einen optimalen Betrieb einer Wärmepumpe ist Konstanz ausschlaggebend. Das erklärt auch, warum für einen effizienten Betrieb die Differenz von Vor- und Rücklauftemperatur möglichst gering sein sollte. Ein effizienter Betrieb des Wärmeerzeugers hängt demnach nicht nur von der Leistung der Wärmepumpe ab, sondern auch von der sorgfältigen Dimensionierung sämtlicher damit verbundener Komponenten.
Im Zusammenhang mit Wärmepumpen ist der Pufferspeicher, der als Wärmespeicher dient, gross genug zu dimensionieren. Dies ist vor allem an Tagen mit höherem Heizleistungsbedarf wichtig, um für die konstante Wärmeerzeugung durch die Wärmepumpe einen Ausgleich zu schaffen, ohne dass ein zusätzlich unterstützendes Wärmesystem notwendig ist.
4. Regelmässige Wartung und Kontrolle gewährleisten Effizienz
Wärmepumpen gelten im Vergleich zu anderen Wärmeerzeugern als sehr wartungsarm. Dies bedeutet aber nicht, dass sie wartungsfrei sind. Es lohnt sich, Kontrollen und Wartungen in regelmässigen Abständen durchzuführen, um den hohen Wirkungsgrad von Wärmepumpen aufrechtzuerhalten. Während Sichtkontrollen und einfache Wartungsarbeiten wie die Reinigung durchaus selbst durchgeführt werden können, lohnt es sich, für die eigentlichen Wartungsarbeiten professionelle Servicetechniker beizuziehen.
Vor allem bei aussen aufgestellten Wärmepumpen kommt der Reinigung und Kontrolle der Filter und Wärmetauscher eine zentrale Rolle zu. Ein optimaler Wärmeaustausch mit der Umgebungsluft kann nur stattfinden, wenn das Gerät frei von Verschmutzungen ist und die Luftwege und Kühlrippen nicht von Laub oder Ähnlichem verstopft sind. Das würde die Effizienz der Wärmepumpe reduzieren.
Zur Sichtkontrolle der mechanischen Bauteile gehören auch akustische Auffälligkeiten. Bei sichtbaren Defekten oder ungewöhnlichen Geräuschen sollte ein geschulter Servicetechniker aufgeboten und nicht selbst Hand angelegt werden, zumal bei unsachgemässer Handhabung auch ein Verlust von Garantieleistungen drohen kann. Im Rahmen von regelmässigen Wartungsarbeiten prüft der Servicetechniker den Kältemittelstand und ob der Druck im Kreislauf noch den Vorschriften entspricht. Weichen diese Werte vom Standard ab, muss die Wärmepumpe mehr leisten, was den Wirkungsgrad senkt und somit den Stromverbrauch merklich erhöht. Trotz des einfachen Funktionsprinzips einer Wärmepumpe handelt es sich um komplexe Geräte mit vielen Einstellungen, die für einen optimalen Betrieb sorgen. Im Fehlerspeicher sind Abweichungen und Fehler aufgelistet, die fachmännisch korrigiert werden können. Ohne hör- oder spürbare Mängel reicht eine jährliche fachmännische Kontrolle völlig aus. Die meisten Installateure haben Fernzugriff auf die Wärmepumpe und können reine Einstellungen zur Betriebsoptimierung auch ohne Besuch und entsprechender Anfahrtspauschale vornehmen.