Eine Wärmepumpe macht etwas, das auf den ersten Blick wie ein Trick wirkt: Sie holt Wärme aus der kalten Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser und hebt diese auf ein Temperaturniveau, mit dem sich ein Haus heizen lässt. Aus einer Kilowattstunde Strom werden so drei bis vier Kilowattstunden Heizwärme. Wer das verstehen will, muss nur einen einzigen physikalischen Vorgang nachvollziehen: den Kältekreislauf. Genau denselben benutzt auch Ihr Kühlschrank – nur andersherum.
Warum eine Wärmepumpe keine Wärme "erzeugt"
Eine Gas- oder Ölheizung verbrennt einen Brennstoff und wandelt dessen chemische Energie in Wärme um. Mehr als 100 Prozent der eingesetzten Energie kann dabei prinzipiell nicht herauskommen. Eine Wärmepumpe arbeitet völlig anders: Sie verbrennt nichts, sondern verschiebt vorhandene Umweltwärme von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau. Der Strom wird nicht in Wärme verwandelt, sondern treibt nur die "Pumpe" an, die diese Verschiebung leistet.
Das klingt nach einem Widerspruch zum gesunden Menschenverstand – Wärme fließt doch immer von warm nach kalt. Genau das ist der Punkt: Selbst Luft bei minus fünf Grad enthält noch jede Menge thermische Energie. Der absolute Nullpunkt liegt schließlich bei minus 273 Grad. Solange das Kältemittel im Inneren der Maschine noch kälter ist als diese Außenluft, fließt Wärme von der Luft in das Kältemittel. Die Wärmepumpe sorgt mit Technik dafür, dass dieses Kältemittel immer kälter als die Umgebung bleibt – und genau das kostet den Strom.
Der Kältekreislauf in vier Schritten
Im Herzen jeder Kompressionswärmepumpe zirkuliert ein Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf. Es durchläuft ständig vier Stationen:
- Verdampfer: Das flüssige, sehr kalte Kältemittel nimmt Wärme aus der Umweltquelle (Luft, Erde, Wasser) auf und verdampft dabei. Schon wenige Grad reichen, weil das Kältemittel bei sehr niedrigen Temperaturen siedet.
- Verdichter (Kompressor): Hier kommt der Strom ins Spiel. Der Verdichter presst das gasförmige Kältemittel zusammen. Durch die Kompression steigen Druck und Temperatur stark an – aus lauwarmem Dampf wird heißes Gas.
- Verflüssiger (Kondensator): Das heiße Gas gibt seine Wärme an das Heizungswasser ab und wird dabei wieder flüssig. Diese Wärme heizt Ihre Räume und das Warmwasser.
- Expansionsventil: Das noch unter Druck stehende flüssige Kältemittel wird entspannt. Druck und Temperatur fallen schlagartig – das Kältemittel ist wieder eiskalt und der Kreislauf beginnt von vorn.
Der ganze Trick steckt in den Schritten 2 und 4: Durch Verdichten und Entspannen verschiebt man die Siedetemperatur des Kältemittels so, dass es einmal kälter als die Umweltquelle und einmal heißer als das Heizwasser ist. Wärme fließt dann ganz von selbst in die jeweils gewünschte Richtung.
Woher kommt der Faktor 3 bis 4?
Der Strom treibt nur den Verdichter an. Die eigentliche Heizwärme kommt zum großen Teil kostenlos aus der Umwelt. Wenn eine Wärmepumpe mit 1 kWh Strom 3,5 kWh Wärme erzeugt, stammen 2,5 kWh aus der Außenluft oder dem Erdreich und nur 1 kWh aus dem Stromnetz. Dieses Verhältnis nennt man Leistungszahl (COP) im Momentanbetrieb beziehungsweise Jahresarbeitszahl (JAZ) über ein ganzes Jahr. Wie man diese Kennzahlen liest und vergleicht, erklären wir ausführlich im Beitrag über JAZ und SCOP.
Entscheidend ist die Temperaturdifferenz: Je kleiner der Sprung zwischen Wärmequelle (Außenluft) und Heizwasser, desto weniger muss der Verdichter arbeiten und desto effizienter ist die Anlage. Deshalb sind niedrige Vorlauftemperaturen und große Heizflächen so wichtig.
Die drei Wärmequellen im Überblick
Wärmepumpen unterscheiden sich vor allem darin, woher sie ihre Umweltwärme holen:
- Luft: Die Luft-Wasser-Wärmepumpe saugt Außenluft an. Sie ist am günstigsten zu installieren, schwankt aber stärker in der Effizienz, weil die Außenluft im Winter genau dann am kältesten ist, wenn der Wärmebedarf am höchsten ist.
- Erdreich: Sole-Wasser-Wärmepumpen nutzen Erdkollektoren oder Erdsonden. Das Erdreich liefert ganzjährig ein nahezu konstantes Temperaturniveau, was die Effizienz stabilisiert.
- Grundwasser: Wasser-Wasser-Wärmepumpen schöpfen aus dem Grundwasser, der ergiebigsten und konstantesten Quelle – allerdings nur dort, wo Wasserqualität und Genehmigung passen.
Die Unterschiede in Aufwand, Kosten und Effizienz behandeln wir im Detail im Artikel über die Wärmepumpenarten.
Was kostet das im Betrieb?
Da der Strombedarf direkt von der Effizienz abhängt, lohnt sich vor jeder Kaufentscheidung eine überschlägige Rechnung. Mit dem Wärmepumpen-Wirtschaftlichkeit-Rechner können Sie aus Wärmebedarf, JAZ und Strompreis die jährlichen Heizkosten abschätzen und mit einer Gasheizung vergleichen. Weitere Energie- und Heizungsrechner finden Sie gesammelt in den kotsch.tech Webtools.
Als Faustregel gilt: Bei einer JAZ von 3,5 und einem Arbeitspreis von rund 28 Cent je Kilowattstunde Wärmepumpenstrom kostet eine Kilowattstunde Heizwärme etwa 8 Cent. Eine Gasheizung mit 95 Prozent Wirkungsgrad und einem Gaspreis von 12 Cent je Kilowattstunde liegt bei rund 12,6 Cent – und der steigende CO2-Preis verteuert Gas Jahr für Jahr weiter.
Häufige Fragen
Funktioniert eine Wärmepumpe auch bei Frost?
Ja. Moderne Luft-Wärmepumpen liefern auch bei minus 15 oder minus 20 Grad noch Heizwärme. Allerdings sinkt die Effizienz bei sehr tiefen Temperaturen, weil die Temperaturdifferenz zum Heizwasser größer wird. Ein integrierter Heizstab springt nur an extrem kalten Tagen unterstützend ein.
Ist eine Wärmepumpe laut?
Das Außengerät der Luft-Wasser-Wärmepumpe erzeugt durch den Ventilator ein Geräusch, das je nach Modell bei rund 35 bis 55 Dezibel liegt. Mit der richtigen Aufstellung und Schallschutzhaube hält man die nachts geltenden Grenzwerte an der Grundstücksgrenze sicher ein.
Kann eine Wärmepumpe auch kühlen?
Viele Geräte können den Kältekreislauf umkehren und im Sommer über die Fußbodenheizung sanft kühlen. Diese passive oder aktive Kühlung ersetzt keine Klimaanlage, nimmt aber die Spitzen aus heißen Tagen.
Wie lange hält eine Wärmepumpe?
Bei guter Planung und regelmäßiger Wartung liegt die Lebensdauer typischerweise bei 15 bis 20 Jahren, der Verdichter ist dabei das am stärksten beanspruchte Bauteil. Erdwärmesonden halten sogar mehrere Jahrzehnte.