Wärmepumpe

Das Prinzip der Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe entnimmt der Umwelt Wärme, um damit das Haus zu heizen. Das Prinzip beruht auf einem Kreislauf aus Kompression und Entspannung. Bei der Kompression des Kältemittels, das in der Wärmepumpe enthalten ist, heizt sich dieses auf. Bei der anschließenden Entspannung gibt es die Wärme an den Heizkreis ab und kühlt dadurch aus. Nun kann der Kreislauf von Neuem beginnen.

Dieses Prinzip funktioniert aber nur dann, wenn die Wärme jederzeit vollständig an den Heizkreis übergehen kann. Wenn das nicht der Fall ist, steigt der Druck des Kältemittels und es kommt zu einer sogenannten Hochdruckstörung. Vermeiden lässt sich die Hochdruckstörung dadurch, dass der Heizwasserstrom immer konstant fließt. Mit einer Fußbodenheizung ist dies gewährleistet

Die richtige Dimensionierung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe – Warum sie so wichtig ist

Die Wahl der richtigen Leistung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist entscheidend für eine effiziente und kostengünstige Beheizung eines Gebäudes. Dabei geht es nicht nur darum, dass die Wärmepumpe an kalten Tagen genug Wärme liefert – sie muss das ganze Jahr über optimal arbeiten. Eine falsche Dimensionierung kann zu hohen Betriebskosten oder unzureichender Heizleistung führen.

Heizlastberechnung als Grundlage

Die Heizlast gibt an, wie viel Wärme das Gebäude benötigt, um auch an kalten Tagen eine angenehme Temperatur zu halten. Sie hängt ab von:

✔️ Größe der Wohnfläche
✔️ Wärmedämmung & Fensterqualität
✔️ Geografischer Standort & Klimabedingungen
✔️ Art des Heizsystems (z. B. Fußbodenheizung oder Heizkörper)

Diese Berechnung sollte exakt durchgeführt werden – eine Schätzung kann teuer werden.

Problem: Zu große Wärmepumpe = ineffizient & teuer

Viele Wärmepumpen werden zu groß dimensioniert, um „auf Nummer sicher“ zu gehen. Das klingt vernünftig, hat aber Nachteile:

❌ Häufiges Takten (ständiges Ein- und Ausschalten) → erhöhter Verschleiß
❌ Schlechtere Effizienz → Die Wärmepumpe arbeitet nicht im optimalen Bereich
❌ Unnötig hohe Stromkosten

Kurz gesagt: Eine zu große Wärmepumpe kostet mehr und arbeitet ineffizient!

Problem: Zu kleine Wärmepumpe = unzureichende Leistung & hohe Stromkosten

Wer die Anlage zu klein wählt, spart zwar bei den Anschaffungskosten, zahlt aber später drauf:

❌ Wärmebedarf wird nicht gedeckt → Unangenehme Temperaturen im Winter
❌ Heizstab springt oft an → Hoher Stromverbrauch durch zusätzliche elektrische Heizung
❌ Komforteinbußen & langfristig höhere Kosten

Warum eine exakte Berechnung so wichtig ist

Im Gegensatz zu Öl- oder Gasheizungen, die oft Leistungsreserven haben, müssen Wärmepumpen genau auf den Bedarf abgestimmt sein. Eine exakte Berechnung der Heizlast ist daher essenziell, um folgende Vorteile zu sichern:

✅ Optimale Effizienz & niedrige Stromkosten
✅ Längere Lebensdauer der Wärmepumpe
✅ Angenehmes Raumklima – auch an kalten Tagen

Fazit: Nicht schätzen, sondern berechnen!

Die richtige Dimensionierung einer Wärmepumpe ist kein Bauchgefühl, sondern eine Frage der exakten Berechnung. Eine zu große oder zu kleine Anlage führt zu unnötigen Kosten. Wer sich unsicher ist, sollte einen Fachmann für eine detaillierte Heizlastberechnung hinzuziehen – das spart auf lange Sicht viel Geld.

➡ Fazit in einem Satz:
Nur eine präzise berechnete Wärmepumpe arbeitet effizient, wirtschaftlich und sorgt für langfristigen Komfort.

mit Fußbodenheizung ist ein Pufferspeicher nicht unbedingt notwendig

Im Idealfall ist eine Wärmepumpe mit einer Fußbodenheizung oder einer anderen Flächenheizung verknüpft. Warum? Eine Wärmepumpe ist umso effizienter, je weniger sie die Quelltemperatur der Umgebung anheben muss. Eine Fußbodenheizung kommt schon mit 35 bis 40°C aus. Radiatoren benötigen oft zwischen 50 bis 70°C. Trotz diesen vergleichsweise hohen Temperaturen heizt eine Wärmepumpe auch in diesem Fall effizient und ist günstig im Betrieb.

Die Fußbodenheizung hat noch einen anderen Effekt: Sie sorgt dafür, dass der gesamte Estrich zum Wärmespeicher wird. Denn Estrich ist wie Wasser ein gutes Speichermaterial für Wärme. Deshalb muss bei einer Fußbodenheizung nicht unbedingt ein zusätzlicher Pufferspeicher vorhanden sein.

mit Radiatoren ist ein Pufferspeicher unabdingbar

Wenn man eine Wärmepumpe anstelle eines Heizkessels in ein Heizsystem mit normalen Radiatoren als Heizflächen einbaut, ist der Heizwasserstrom unzureichend. Die Radiatoren benötigen mehr Heizwasser. Sie nehmen in der Regel zu wenig Heizwasser (Wärme) auf (ab).

In diesem Fall muss man einen Pufferspeicher zwischen die Wärmepumpe und den Heizkreis schalten. Der Speicher ist in der Lage, die Wärme zu puffern, also zwischenzulagern. Der Pufferspeicher sorgt nämlich dafür, dass die Wärmepumpe die Wärme jederzeit mit konstant hohem Heizwasserstrom in den Pufferspeicher abgeben kann. Dies gilt auch dann, wenn der Heizkreis gerade keine Wärme benötigt.

für die Warmwasserbereitung ist ein Pufferspeicher wichtig

Allerdings kommen Wärmepumpen in der Regel nicht nur für die Raumheizung zum Einsatz – sondern sie erzeugen auch Warmwasser. Für diesen Fall ist es oft sinnvoll, Wärmeenergie auf einem von zwei Wegen vorzuhalten:

Pufferspeicher plus Frischwasserstation Erwärmtes Heizwasser kann im Pufferspeicher aufgefangen werden. Wenn Sie dann Warmwasser benötigen, fließt das gespeicherte Heizwasser durch eine Frischwasserstation. Über einen Wärmetauscher erhitzt sich darin nun das hygienische Trinkwasser zum Duschen, Baden oder Händewaschen. Pufferspeicher und Frischwasserstation können entweder zwei separate Geräte sein oder der Pufferspeicher enthält bereits eine integrierte Frischwasserstation.
Kombispeicher für Heizwasser und Warmwasser Alternativ können Sie direkt das bereits erwärmte Warmwasser vorhalten. Es gibt spezielle Warmwasserspeicher, oft kommt jedoch ein Kombispeicher zum Einsatz. Der speichert sowohl Heizwasser als auch Warmwasser – innerhalb eines Gehäuses, aber hygienisch voneinander getrennt.
Pufferspeicher als Schnittstelle bei Hybridheizungen

für zwei Wärmequellen ist der Pufferspeicher die Schnittstelle

Hybridheizungen kombinieren die Vorteile verschiedener Wärmeerzeuger: Das kann zum Beispiel eine Hybridheizung aus Wärmepumpe und Solarwärmeanlage sein. Es kann auch eine Hybridheizung aus Gas und Wärmepumpe sein. Bei solchen Hybridheizungen bildet ein Pufferspeicher immer die Schnittstelle für das reibungslose Zusammenspiel der unterschiedlichen Wärmeerzeuger.

Sparsame Warmwasserbereitung mit Wärmepumpe

Um mit der Wärmepumpe die Warmwasserbereitung möglichst sparsam zu realisieren, sollten Sie zunächst die Zieltemperatur für das Warmwasser niedrig ansetzen. Legen Sie die Zieltemperatur so niedrig wie möglich fest. Dies hilft, Energie zu sparen. 45 oder 55 °C machen hier einen sehr großen Unterschied in der Effizienz.

Ein großer Wärmetauscher für den Warmwasserspeicher hilft, das Wärmeangebot des Heizkreises möglichst effizient für die Trinkwasserbereitung zu nutzen. Außerdem sollten Bauherren sehr konsequent auf kurze Leitungswege und Isolation achten und Verluste auf das absolute Minimum begrenzen. Im Idealfall stehen Wärmeerzeuger und Trinkwasserspeicher direkt nebeneinander.

Mit Erdwärmepumpen und Grundwasserwärmepumpen haben Sie in der Regel keine Probleme bei der Warmwassererzeugung. Durch das gute Energieangebot an der Wärmequelle steht konstant ausreichend Leistung zur Verfügung, um phasenweise auch höhere Temperaturen zu erzeugen. Ohne dass der Verbrauch überhand nimmt.

Dagegen können Luft-Wasser-Wärmepumpen die Warmwasserbereitung durchaus an die Grenze des effizienten Betriebs bringen. Diese Geräte besitzen eine niedrigere JAZ in Kältephasen. In diesen Phasen ist besonders viel Heißwasser für Dusche und Badewanne nötig. Der Wärmebedarf der Warmwasserbereitung ist dann am höchsten. Ist die Auslegung des Systems zu knapp oder nicht an die aktuelle Nutzung angepasst, dann ist der Heizstab stark gefragt. Mit den entsprechenden Folgen für Stromrechnung und Ökobilanz.

Die Kombination mit Spitzenlastkessel oder Solarthermie kann die nötige Reserve bereitstellen, ohne auf zusätzliche, elektrische Erwärmung zurückgreifen zu müssen. In Grenzfällen kann es sich auch lohnen, wenn Sie die dezentrale Warmwasserbereitung über moderne Durchlauferhitzer als Alternative durchrechnen. Und sie mit der zentralen Trinkwassererwärmung über eine Wärmepumpe vergleichen.

Den Stromverbrauch von Wärmepumpen reduzieren

Die Formel für die Berechnung des Stromverbrauchs einer Wärmepumpe pro Jahr lautet:

Stromverbrauch pro Jahr = Heizenergiebedarf pro Jahr ÷ Jahresarbeitszahl (JAZ)

Liegt Ihr Heizenergiebedarf also beispielsweise bei 15.000 kWh im Jahr und Sie verwenden eine Wärmepumpe mit einer JAZ von 3,5, dann ergibt sich folgende Rechnung:

Stromverbrauch pro Jahr = 15.000 kWh ÷ 3,5 = ca. 4.285 kWh

Kennen Sie Ihren individuellen Bedarf noch nicht, können Sie stattdessen mit der Heizleistung der geplanten Wärmepumpe rechnen:

Stromverbrauch pro Jahr = Heizleistung in Kilowatt ÷ JAZ * Heizstunden

Folgende Annahmen liegen der Beispielrechnung zugrunde:

Wärmepumpe mit einer Heizleistung von 10 Kilowatt
Jahresarbeitszahl 3,5
2.000 Heizstunden pro Jahr

Rechnung:

Stromverbrauch = 10 Kilowatt ÷ 3,5 * 2.000 = 5.174 kWh

Hinweis: Bedenken Sie, dass Sie gegebenenfalls zwei separate Rechnungen mit unterschiedlichen Jahresarbeitszahlen durchführen müssen. Sie müssen eine Rechnung für die Heizung und eine weitere für die Warmwasserbereitung machen.

Die Teilergebnisse werden dann addiert.

Auf dieser Basis können Sie jetzt die Stromkosten für die Wärmepumpe berechnen. Bei einem angenommenen Strompreis von 30 Cent pro Kilowattstunde² ergeben sich folgende Kosten:

Stromkosten = Stromverbrauch in kWh * Strompreis pro kWh
Stromkosten Beispiel 1: 4.285 kWh * 0,30 € = 1.285,50 €
Stromkosten Beispiel 2: 5.174 kWh * 0,30 € = 1.552,20 €

²Strompreis angenommen mit 0,30 €

°Eventuell reduzierbar durch Wärmepumpentarif beim Energieversorger

Wie bei allen Heizsystemen ist es auch im Hinblick auf Wärmepumpen sinnvoll, den Verbrauch nach Möglichkeit zu reduzieren. Die folgenden Aspekte bieten Optimierungspotenzial:

richtige Dimensionierung und fachgerechte Installation: Eine angemessene Größe der Wärmepumpe ist die Grundlage dafür. Die Pumpe kann das Haus zuverlässig versorgen, ohne dass dabei unnötig Strom verbraucht wird. Eine solche Dimensionierung verlängert auch die Lebensdauer der Anlage, da Verschleiß vermieden wird. Die Planung gehört in die Hände von Fachkräften.
Art der Wärmepumpe: Die Art und der Zustand des Gebäudes entscheiden darüber, welche Wärmepumpe am besten geeignet ist. Ziel ist es, dass die Stromkosten der Wärmepumpe so geringgehalten werden, dass die Investitionskosten sich schnellstmöglich amortisieren.
Dämmung und Gebäudezustand: Je besser gedämmt das Gebäude ist, desto niedriger sind voraussichtlich die Betriebskosten der Heizung.
Heizkörper oder Flächenheizungen: Flächenheizungen (Wandheizung, Fußbodenheizung) sind optimal für den Betrieb einer Wärmepumpe geeignet. Auch größere Heizkörper können die Effizienz verbessern.
Vorlauftemperatur: Als ideal gelten Vorlauftemperaturen von bis zu 50 °C.
hydraulischer Abgleich der Heizung: Der Abgleich stellt eine gleichmäßige Heizwasserverteilung sicher. Dadurch sinken die Vorlauftemperatur und folglich der Stromverbrauch der Wärmepumpe.
Kombination mit einer Photovoltaikanlage: Mit einer Photovoltaikanlage produzieren Sie kostengünstig Strom. Dadurch senken Sie die Stromkosten für die Wärmepumpe noch weiter. Mit einer Photovoltaik-Anlage man man den Verbrauch einer Wärmepumpe um etwa 20 bis hin zu 50 % zu senken.

Ein Forschungsprojekt des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) zeigt, dass die Installation auch in Bestandsgebäuden und Altbauten sinnvoll ist. Dabei kommt es weniger auf das Alter als auf den Zustand des Gebäudes an. Wichtig ist dabei insbesondere eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur des Heizsystems. Das Forschungsteam kam zu dem Ergebnis, dass Luft-Wärmepumpen eine mittlere JAZ von 3,1 erreichten. Die JAZ von Erdwärmepumpen lag im Durchschnitt sogar bei 4,1. Diese Werte gelten wohlgemerkt für Wärmepumpenmodelle auf dem technischen Stand von 2014. 2014 war das Startjahr der Studie. Moderne Wärmepumpen erreichen mittlerweile noch höhere Effizienzwerte.

Mit einer Wärmepumpe Heizkosten sparen

Eine Wärmepumpe mit einer JAZ von 4 erzeugt aus einer Einheit Strom vier Einheiten Wärmeenergie. Bei einem angenommenen Strompreis von 30 ct/kWh ergibt das einen Heizenergiepreis von 7,5 Cent. Mit einem Wärmepumpentarif sinkt der der Preis auf etwa 6 ct/kWh.
Dem gegenüber stehen Preise für Öl mit etwa 10,7 ct/kWh. Dies entspricht einem Ölpreis von 1,07 € pro Liter, aus dem etwa 10 kWh Wärmeenergie gewonnen werden können.

Hinzu kommt, dass Wärmepumpen deutlich wartungsärmer sind als konventionelle Heizungsanlagen. Andere Zusatzkosten, wie etwa die Dienste des Schornsteinfegers, entfallen ebenfalls. Mit einer effizienten Wärmepumpe (JAZ 4 oder besser) sparen Sie in der Regel jährlich. Die Einsparungen können bis zu 50 % der laufenden Kosten betragen. Solche Effizienz bringt erhebliche Einsparungen mit sich. Ein günstiger Wärmepumpentarif trägt ebenfalls dazu bei. Die Geräte amortisieren sich daher für gewöhnlich bereits nach etwa 10 bis 15 Jahren. Außerdem profitieren Sie bei der Anschaffung einer Wärmepumpe von attraktiven Förderungen.