Wärmepumpen – wie sinnvoll sind sie wirklich?

Das sogenannte  “Heizungsgesetz” sorgt in Deutschland für Diskussionen und Sorgen. Die zugrunde liegende Novelle des Gebäude-Energie-Gesetzes (GEG) wurde zwar beschlossen, muss aber (Stand Mai 2023) noch durch den Bundesrat und den Bundestag. Klar ist: Über kurz oder lang  wird der Einbau von Gas- und Ölheizungen nur noch bedingt möglich sein. Stattdessen muss die Heizenergie zu mindestens 65 % aus erneuerbaren Quellen stammen. Neben dem Anschluss an Fernwärmenetze, die nicht überall zur Verfügung stehen, gelten Wärmepumpen als Hoffnungsträger, um diese Lücke zu schließen. Bereits jetzt werden sie in jedem zweiten Neubau eingesetzt – kein Wunder, denn Wärmepumpen können Geld sparen, einfach zu warten sein und mit einer positiven Umweltbilanz punkten.

Doch wie funktioniert eine Wärmepumpe eigentlich? Lohnt sie sich in allen Gebäuden? Welche Probleme können bei der Installation auftreten? Und ist die Kombination mit einer Photovoltaikanlage möglich? In dieser Übersicht erhältst du die Antworten.

Wärmepumpen sind geschlossene Leitungssysteme, die mit einem Kältemittel wie Propan gefüllt werden.

Dieses Kältemittel gelangt in flüssiger Form zum Verdampfer. Dort entzieht es der Umgebung – also der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser – Wärme und ändert seinen Aggregatzustand. Es wird gasförmig.

Ein Verdichter komprimiert das Gas nun mittels elektrischer Energie. Dabei erhöht sich der Druck und gleichzeitig die Temperatur. Denselben Effekt kannst du an deiner Fahrradpumpe beobachten. Auch sie komprimiert Gas – genauer gesagt: Luft – und erwärmt sich dabei.

In unserem Fall wird die erzeugte Wärme im Kondensator an den Heizkreislauf abgegeben. Sie gelangt nun entweder direkt zu den Heizkörpern oder wird in einem Speicher vorgehalten.

Gleichzeitig kühlt sich das Kältemittel ab, kondensiert und fließt in ein Expansionsventil. Durch eine Verringerung des Drucks wird die Temperatur auf das anfängliche Niveau gesenkt und der Kreislauf kann von neuem beginnen.

Wer jetzt an die Funktionsweise eines Kühlschranks denkt, liegt richtig: Auch dort entzieht ein Kältemittel der Umgebung Wärme. Der Unterschied: Diese Wärme wird nicht genutzt, sondern über einen Radiator abgestrahlt. Darum ist die Rückseite eines Kühlschranks im Betrieb warm.

Wie effizient arbeiten Wärmepumpen?

Eine Wärmepumpe benötigt neben dem Kältemittel vor allem zwei Dinge, um zu arbeiten: Wärme und Strom. Während erstere in der Umgebung vorhanden ist, muss der Strom von außen zugeführt werden.

Entscheidend für die Effizienz ist nun die Frage: Wie viel Strom benötigt die Wärmepumpe zum Betrieb?

Das hängt vor allem von der Wärme der Umgebung ab – logisch, denn je mehr Wärmeenergie das Kältemittel im Verdampfer aufnimmt, desto weniger Energie muss beim Verdichten zugeführt werden.

Aufschluss geben zwei Werte, die du bei Wärmepumpen immer wieder finden wirst:

Da wäre zum einen der COP („Coefficient of Performance“), auch Leistungszahl oder Wirkungsgrad genannt. Um ihn zu berechnen, wird die erzeugte Wärme durch den benötigten Strom geteilt. Eine Wärmepumpe, die 1 kW Strom in 4 kW Wärme umwandelt, hätte demnach einen COP von 4.

Das Problem: Der COP wird im Labor gemessen und basiert auf Normbedingungen. Wenn du wissen möchtest, wie effizient deine Wärmepumpe im gesamten Jahresverlauf arbeitet, ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) entscheidend. Auch hier gilt: Je größer der Wert, desto effizienter die Wärmepumpe.

Welche Arten von Wärmepumpen gibt es?

Für Hausbesitzer kommen vor allem drei Arten von Wärmepumpen infrage:

Luft/Wasser-Wärmepumpe

Luft/Wasser-Wärmepumpen nutzen die Umgebungsluft zur Wärmegewinnung. Sie lassen sich relativ günstig und mit geringem Aufwand installieren. Ihr Nachteil: Luft speichert weniger Wärme als Wasser oder Erdreich und kühlt im Winter stärker ab. Dies führt zu einem niedrigeren Wirkungsgrad und begrenzt die Heizleistung. Auch die Geräuschentwicklung kann ein Problem darstellen, wenn Luft in der Nähe von  Wohnräumen angesaugt wird.

Wasser/Wasser-Wärmepumpe

Die Temperatur des Grundwassers beträgt auch im Winter 10° C oder mehr – ideale Bedingungen, um diese Quelle für die Wärmegewinnung zu nutzen. Kaum überraschend gelten Wasser/Wasser-Wärmepumpen als effizienteste Variante. Leider sind sie auch mit hohem Aufwand und Kosten verbunden, da zwei Brunnen gebohrt werden müssen. Für diese Arbeit benötigst du eine Genehmigung der unteren Wasserbehörde (in Kreisen und kreisfreien Städten).

Sole/Wasser-Wärmepumpe

Erdwärme kann generell auf zwei Arten gewonnen werden: Tiefenbohrungen in 10–100 m Tiefe oder Flächenkollektoren in 1,50 m Tiefe. Beide haben Vor- und Nachteile: So ist für die Tiefenbohrung eine Genehmigung der unteren Wasserbehörde erforderlich, während du für Flächenkollektoren ausreichend Platz benötigst. Sole/Wasser-Wärmepumpen gelten als zweit-effizienteste Variante. Du solltest jedoch darauf achten, die Anlage nicht zu flach oder zu klein zu dimensionieren. Sonst kühlt das Erdreich nach einiger Zeit aus und kann nicht mehr genug Wärme liefern.

Woher stammt der Strom für die Wärmepumpe?

Wer keine eigene Anlage zur Erzeugung besitzt (etwa Solar oder Windkraft), muss den Strom für die Wärmepumpe aus dem öffentlichen Netz beziehen. Dafür bieten die meisten Versorger spezielle Wärmepumpen-Tarife an, die etwa 20 Cent/kWh kosten – deutlich weniger als du gewöhnlich für deinen Strom bezahlen würdest.

Doch Achtung: Manche Wärmepumpen besitzen einen Heizstab, der einspringt, wenn die Wärme der Umgebung nicht ausreicht. Dieser Heizstab wiederum fällt meist nicht unter den Wärmepumpen-Tarif und muss stattdessen mit teurem Strom betrieben werden. 

Wärmepumpen liefern nicht nur günstige Wärme für den Haushalt. Sie sind auch nachgewiesen umweltfreundlich, da sie keine fossilen Brennstoffe benötigen und bis zu 75 % ihrer Energie aus der Umgebung beziehen.

Aufgrund dieser Vorteile liegt es nahe, Wärmepumpen für alle Gebäude einzusetzen. Das ist jedoch nur dann sinnvoll, wenn folgende Kriterien erfüllt sind:

Niedrige Vorlauftemperatur

Je stärker eine Wärmepumpe das Kältemittel erwärmen muss, desto höher fällt ihr Strombedarf aus. Darum empfehlen sich vor allem Heizungen mit niedriger Vorlauftemperatur. Eine Fußbodenheizung etwa benötigt aufgrund ihrer großen Fläche maximal 60° C und ist daher ideal geeignet.

Moderne Dämmung

Niemand möchte „den Garten heizen" – bei einer Wärmepumpe ist entweichende Wärme jedoch besonders problematisch, da die Pumpe so im Dauerbetrieb arbeiten muss. Um hohe Stromkosten und Verschleiß zu vermeiden, spielt die Dämmung des Gebäudes  eine große Rolle.

Lohnen sich Wärmepumpen im Altbau?

Wer ein neues Haus baut, kann Heizsystem und Dämmung so planen, dass sie perfekt auf die Wärmepumpe abgestimmt sind.

Doch was ist mit Altbauten? Sind Wärmepumpen dort völlig fehl am Platz, wie man immer wieder liest?

Die gute Nachricht: Ganz so dramatisch ist es nicht. Auch wenn die Wärmepumpe in einem älteren Gebäude eventuell weniger effizient arbeitet, kann sie sich lohnen. Voraussetzung ist natürlich, dass die Rahmenbedingungen geschaffen werden:

Beispielsweise sollten die alten Rippenheizkörper durch größere Modelle oder auch durch spezielle Wärmepumpen-Heizkörper ersetzt werden. So lassen sich die benötigten Vorlauftemperaturen senken. Außerdem empfiehlt sich eine energetische Sanierung, bei der das Gebäude effektiv gedämmt wird – beispielsweise durch eine Hohlraum- oder Schüttdämmung sowie modern isolierte Fenster. Eine Energieberatung ist vor der Installation im Altbau unbedingt empfehlenswert.

Wärmepumpe ist zu klein/leistungsschwach

Oft wird eine Wärmepumpe aus Kostengründen zu klein dimensioniert – oder Kunden versäumen es, ihren eigenen Bedarf realistisch einzuschätzen. Viele Luftwärmepumpen beispielsweise liefern nur genug Wärme für kleine Einfamilienhäuser. Wer größere Gebäude beheizen möchte, ist dagegen mit Wasser- oder Grundwasser-Wärmepumpen besser beraten.

Wärmepumpe ist zu groß

Auch der umgekehrte Fall birgt seine Tücken: Wird eine Wärmepumpe zu groß dimensioniert, liefert sie zwar schnell die benötigte Temperatur, schaltet sich jedoch häufiger an. Dieser „Stop and Go“ Betrieb sorgt besonders im Frühling und Herbst dafür, dass die Wärmepumpe im Dauerbetrieb arbeitet. So wird der Kompressor stark beansprucht und die Lebensdauer verkürzt sich.

Um dem Problem entgegenzusteuern, gibt es Wärmepumpen mit Inverter. Diese können die Drehzahl des Kompressors anpassen, sodass die Wärmepumpe stets im optimalen Leistungsbereich arbeitet. Der Betrieb wird effizienter, schonender und gleichzeitig leiser – gute Gründe, sich trotz höherer Kosten für eine Inverter-Wärmepumpe zu entscheiden.

Probleme mit der Hydraulik

Wird die erzeugte Wärme ungleichmäßig verteilt, kann es vorkommen, dass einzelne Räume überheizt werden, während andere kalt bleiben. Dies senkt nicht nur den Wohnkomfort, sondern auch die Effizienz der Wärmepumpe. Außerdem können bei zu hohem Druck störende Fließgeräusche auftreten. Es lohnt sich daher unbedingt, beim Einbau der Wärmepumpe einen hydraulischen Abgleich vornehmen zu lassen. Wenn du eine Förderung in Anspruch nehmen möchtest, ist dieser Schritt sogar vorgeschrieben.

Keine Berücksichtigung der Sperrzeiten

Wie bereits erwähnt, bieten Stromversorger günstige Tarife für Wärmepumpen an. Was jedoch oft vergessen wird: Der Versorger darf die Stromversorgung bis zu dreimal am Tag für zwei Stunden unterbrechen, um das Netz zu entlasten. Im schlimmsten Fall muss deine Wärmepumpe also sechs Stunden ohne Strom auskommen. Sie sollte genug Wärme produzieren, um den (ausreichend dimensionierten) Pufferspeicher zu befüllen. Andernfalls müsste der Heizstab oder eine zweite Heizung anspringen, was den Stromverbrauch erhöht.

Geräuschentwicklung

Luftwärmepumpen saugen die Umgebungsluft mit großen Ventilatoren an, die natürlich Geräusche verursachen. Ein Schallpegel von 30 bis 50 DB mag tagsüber kaum ins Gewicht fallen, kann jedoch die Nachtruhe stören. Darum sollten Wärmepumpen nie direkt neben dem Schlafzimmer verbaut werden. Auch die Installation zwischen zwei Mauern ist keine gute Idee, da sich die Geräusche dort verstärken können. Besser geeignet ist ein Standort in der Nähe schallisolierender Hecken oder Rasenflächen.

Eine Photovoltaikanlage liefert günstigen, sauberen Strom direkt vom Dach. Was läge also näher, als damit die eigene Wärmepumpe zu betreiben?

Tatsächlich bringt diese Strategie gleich mehrere Vorteile:

Niedrigere Stromkosten

Die sog. Gestehungskosten von Solarstrom sind in den letzten Jahren immer weiter gesunken – auch weil die Anlagen selbst günstiger und effizienter werden. Aktuell zahlen Betreiber etwa 10 Cent/kWh– also rund 30 Cent weniger als für Strom aus dem öffentlichen Netz. Auch im Vergleich zum vergünstigten Wärmepumpen-Tarif beträgt die Differenz fast 50 %, sodass du deine Wärmepumpe noch günstiger betreiben kannst.

Höherer Eigenverbrauch

Da die Einspeisevergütung stetig sinkt, während die Strompreise steigen, lautet der Rat von Experten: möglichst viel Solarstrom selbst verbrauchen! Leider liefert eine Solaranlage den meisten Ertrag zur Mittagszeit, wenn viele Betreiber aus dem Haus sind. Eine Wärmepumpe schafft Abhilfe. Sie kann den Strom zum Heizen nutzen und Wärme vorhalten, bis du nach Hause kommst. Der Eigenverbrauch lässt sich so deutlich steigern.

Mehr Nachhaltigkeit

Viele Hausbesitzer entscheiden sich für eine Wärmepumpe, um unabhängiger von fossilen Brennstoffen zu werden und das Klima zu schützen. Wird die Wärmepumpe jedoch mit externem Strom versorgt, verschlechtert sich die Umweltbilanz – selbst bei Ökostrom. Solaranlagen stoßen dagegen im Betrieb kein CO2 aus. Selbst, wenn ihr gesamter Lebenszyklus berücksichtigt wird, erzeugen sie im Schnitt 92 % weniger Treibhausgase als Kohle- oder Gaskraftwerke

Um eine Wärmepumpe mit Solarstrom zu betreiben, kommen grundsätzlich drei Möglichkeiten infrage:

Im einfachsten Fall ist die Wärmepumpe direkt mit dem Wechselrichter der Solaranlage verbunden. Das heißt: Steht genug Solarstrom zur Verfügung, treibt dieser die Wärmepumpe an. Wenn gerade keine Sonne scheint oder zu viele andere Verbraucher in Betrieb sind, muss dagegen Strom aus dem Netz bezogen werden.

Eine Photovoltaikanlage mit Batteriespeicher kann überschüssigen Strom vorhalten, wenn er gerade nicht benötigt wird. Das macht es möglich, die Wärmepumpe auch in den Abendstunden mit Solarstrom zu betreiben. 

Einen noch höheren Autarkiegrad erreichst du mit Energiemanagement-Systemen. Diese verteilen den erzeugten Strom optimal an alle Verbraucher, den Speicher und die Wärmepumpe – immer mit dem Ziel, möglichst wenig externen Strom zu beziehen. Dabei sind heutige Energiemanagement-Systeme sogar lernfähig und können den Tagesablauf der Nutzer analysieren. Die Investition zahlt sich aus, denn so lässt sich der Strombedarf einer Wärmepumpe noch stärker mit eigenem Solarstrom decken. 

Schon gewusst? Die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik hilft nicht nur beim Energiesparen, sondern steigert auch den Wert deiner Immobilie. So kannst du beim Verkauf einen deutlich höheren Preis erzielen – und mehr Interessenten finden, wenn du die Immobilie vermieten möchtest.

Wärmepumpen mit Solarstrom zu betreiben, ist aus finanzieller und ökologischer Sicht eine gute Idee. Dennoch solltest du folgende Einschränkungen beachten:

Leistung der Anlage als limitierender Faktor

Wärmepumpen verbrauchen etwa 3.000 bis 6.000 kWh Strom pro Jahr. Vergleicht man diese Zahlen mit dem durchschnittlichen Stromverbrauch eines Vier-Personen-Haushalts – also 3.000 bis 4.000 kWh – wird klar: Eine Wärmepumpe kann den Gesamtbedarf an Strom verdoppeln oder gar verdreifachen.

Dementsprechend muss die Solaranlage genug Leistung liefern. Bei großen Anlagen ist das kein Problem. Schwieriger wird es hingegen, wenn nur eine kleine Dachfläche zur Verfügung steht. Dann reichen die verbauten Solarmodule oder die verlegten Solardachziegel eventuell nicht aus, um Haushaltsgeräte UND Wärmepumpe mit Strom zu versorgen.

Keine komplette Versorgung mit Solarstrom

Selbst die größte und leistungsstärkste Solaranlage kann eine Wärmepumpe nicht komplett mit Strom versorgen. Warum das so ist, verrät ein Blick auf den Jahresverlauf.

Naturgemäß produziert eine Photovoltaikanlage den meisten Strom im Sommer, gefolgt von den Frühlings- und Herbstmonaten. Am geringsten fällt die Ausbeute dagegen im Winter aus, wenn die Sonneneinstrahlung ihr Minimum erreicht.

Unglücklicherweise präsentiert sich die sog. Heizkurve genau andersherum. Der Bedarf ist zum Jahresanfang und am Ende am höchsten, während er im Sommer abflaut.

Konkret heißt das: Genau dann, wenn die Wärmepumpe am meisten arbeiten muss, steht der wenigste Solarstrom zur Verfügung – und andersrum.

Das Problem lässt sich auch mit einer Steigerung der Anlagenleistung nicht lösen. Diese würde zwar mehr Strom liefern, im Winter wären die Mehrerträge allerdings gering und würden die zusätzlichen Kosten der Installation kaum ausgleichen. Darum gilt: Photovoltaik ist kein „Freibrief“, um ineffiziente Wärmepumpen zu verbauen. 

Solardachziegel stellen eine Möglichkeit dar, Strom zu gewinnen, ohne das Aussehen des Daches zu verändern. Nicht ohne Grund kommen sie auch im Denkmalschutz zum Einsatz. Die Funktionsweise gleicht der von herkömmlichen Photovoltaikanlagen, sodass du deine Wärmepumpe auch mit solaren Dachziegeln betreiben kannst.

Zusätzlich fanden Forscher der TH Köln heraus: Solarziegel können nicht nur Strom produzieren. Sie heizen sich auch im Betrieb auf. Werden nun Luftkanäle in die Solarziegel geschnitten, kann die warme Luft für Wärmepumpen genutzt werden. So lässt sich deren Effizienz in Tests um ganze 25 % steigern.

Solarthermie

Auch Solarthermie nutzt die Energie der Sonne – allerdings nicht zur Stromerzeugung, sondern zum Heizen. Dafür genügen bereits kleine Dachflächen, sodass Solarthermie-Anlagen meist günstiger sind als Photovoltaik. Das Problem: Im Winter ist die Sonnenstrahlung nicht stark genug, um den Heizbedarf zu decken. Solarthermie kommt hierzulande nur als Unterstützung infrage.

Pelletheizung

Anders als Wärmepumpen funktionieren Pelletheizungen mit Verbrennung. Sie sind nicht völlig emissionsfrei, jedoch umweltfreundlicher als Öl und Gas, da Abfälle der Holzindustrie zum Einsatz kommen. Ein weiterer Vorteil: Pelletheizungen erzeugen höhere Vorlauftemperaturen und sind deshalb auch für Radiatoren geeignet. Demgegenüber steht der Platzbedarf für den Brennstoff – sowie Mehrkosten, falls ein modernes Abgassystem nachgerüstet werden muss.

Fernwärmenetz

Beim Betrieb von Kraftwerken und Fabriken entsteht Wärme, die über Rohrleitungen in Haushalte geleitet werden kann. Eine große Anlagentechnik ist dafür nicht nötig, und da die Wärme ohnehin anfällt, lässt sich der Ressourcenverbrauch im Vergleich zu Öl- und Gasheizungen senken. Größter Nachteil: Fernwärme kann nur bis zu einer Entfernung von 20 km sinnvoll transportiert werden. Sie steht in Deutschland noch nicht flächendeckend zur Verfügung – auch wenn der Ausbau gerade in Großstädten wie Hamburg, Berlin und München sukzessive voranschreitet.

Wärmepumpen sind alles andere als ein kurzlebiger Trend. Richtig eingesetzt, können sie deine Heizkosten erheblich senken und einen Beitrag zum Klimaschutz leisten.

Ebenso richtig ist aber auch: Eine Wärmepumpe ist kein Selbstläufer – egal, ob sie mit externem Strom oder einer Solaranlage betrieben wird. Die Wahl der richtigen Wärmepumpen-Art und -Leistung ist dabei ebenso wichtig wie die Heizungstechnik und die Dämmung der Immobilie. Nur, wenn diese Faktoren aufeinander abgestimmt werden, kannst du das Maximum aus deiner Wärmepumpe herausholen.