Wirkungsgrad einer Wärmepumpe: Was steckt hinter den Zahlen?
Geschrieben von:
Lucas Fischer
Veröffentlicht am:
Wärmepumpe
Grundlagen
Wer sich mit dem Kauf einer Wärmepumpe beschäftigt, stößt früher oder später auf Begriffe wie COP, JAZ oder Carnot-Wirkungsgrad. Und dann natürlich auf die eine Zahl, die immer wieder auftaucht: Wirkungsgrade von 300 bis 500 Prozent. Das klingt nach Zauberei, ist es aber nicht.
Zusammenfassung
Wärmepumpen erreichen Wirkungsgrade von 300 bis 500 Prozent, weil sie nicht nur Strom nutzen, sondern kostenlose Umweltwärme aus Luft, Erde oder Grundwasser ins Haus transportieren.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist die aussagekräftigste Kennzahl für den realen Betrieb. COP und SCOP dienen dem Vergleich beim Kauf, die JAZ zeigt, wie effizient deine Anlage tatsächlich läuft.
Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto höher der Wirkungsgrad. Fußbodenheizungen mit 35 °C sind ideal. Wer auf 55 bis 60 °C angewiesen ist, verliert spürbar Effizienz.
Auch im Winter arbeitet die Wärmepumpe effizient und erzeugt selbst bei -7 °C noch das Zwei- bis Dreifache der eingesetzten Energie als Wärme. Der elektrische Heizstab ist nur ein Notfall-Backup.
Luft-Wasser-Wärmepumpen sind für die meisten Haushalte die beste Wahl, weil sie günstig, unkompliziert und ausreichend effizient sind. Erd- und Grundwasserpumpen lohnen sich nur, wenn der höhere Installationsaufwand wirtschaftlich sinnvoll ist.
Warum der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe über 100 % liegt
Bei einer Gas- oder Ölheizung ist der Wirkungsgrad simpel: Energie rein, Wärme raus. Mehr als 100 Prozent sind physikalisch nicht möglich, weil immer ein Teil der Energie als Abwärme verloren geht. Selbst moderne Brennwertgeräte kommen auf maximal 98 Prozent.
Bei einer Wärmepumpe funktioniert das Prinzip grundlegend anders. Sie verbrennt nichts. Stattdessen nutzt sie Strom, um Wärme aus der Umgebung (aus der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser) ins Gebäude zu transportieren. Rund 75 Prozent der erzeugten Heizwärme stammen dabei aus dieser kostenlosen Umweltenergie. Nur etwa 25 Prozent sind Antriebsstrom, den du bezahlst.
Genau deshalb liegt der Wirkungsgrad rechnerisch weit über 100 Prozent: In der Formel gilt nur der bezahlte Strom als Einsatz, die Umweltwärme kommt oben drauf. Aus 1 kWh Strom werden so 3 bis 5 kWh Wärme. Keine Magie, sondern Physik.
Zum Vergleich zeigt die folgende Tabelle, wie verschiedene Heizsysteme beim Wirkungsgrad abschneiden:
Heizsystem | Wirkungsgrad |
|---|---|
Alter Heizkessel | 60 bis 75 % |
Ölheizung (modern) | 90 bis 95 % |
Gasbrennwertheizung | 90 bis 98 % |
Elektroheizung | 100 % |
Luft-Wasser-Wärmepumpe | 250 bis 450 % |
Erdwärmepumpe | 350 bis 500 % |
Grundwasserwärmepumpe | 400 bis 500 % |
COP, SCOP und JAZ: Was diese Kennzahlen wirklich bedeuten
Der Begriff "Wirkungsgrad" ist bei Wärmepumpen streng genommen ungenau. Fachleute sprechen stattdessen von Leistungszahlen. Die drei wichtigsten sind:
COP (Coefficient of Performance): Der COP gibt die Effizienz der Wärmepumpe unter genau definierten Laborbedingungen an, zum Beispiel bei 7 °C Außentemperatur und 35 °C Vorlauftemperatur. Ein COP von 4 bedeutet: Aus 1 kWh Strom werden 4 kWh Wärme. Dieser Wert eignet sich gut, um verschiedene Geräte beim Kauf miteinander zu vergleichen, sagt aber wenig über den echten Betrieb aus.
SCOP (Seasonal COP): Der SCOP berücksichtigt verschiedene Außentemperaturen über die Heizsaison hinweg und ist deshalb realistischer als der COP. Er wird ebenfalls im Labor ermittelt, fließt aber auch in die Energieeffizienzklassen (z. B. A+++) ein.
JAZ (Jahresarbeitszahl): Die JAZ ist die ehrlichste Kennzahl. Sie misst die tatsächliche Effizienz deiner Anlage im realen Betrieb, über ein komplettes Jahr, in deinem Haus, mit deinen Heizgewohnheiten. Eine JAZ von 3,5 bedeutet, dass die Wärmepumpe übers Jahr gerechnet aus jeder eingesetzten Kilowattstunde Strom 3,5 kWh Wärme gemacht hat. Für die Ermittlung brauchst du einen Wärme- und einen Stromzähler.
Kennzahl | Messmethode | Wofür geeignet |
|---|---|---|
COP | Laborwert, feste Bedingungen | Geräte beim Kauf vergleichen |
SCOP | Laborwert, saisonale Gewichtung | Realistischere Kaufentscheidung |
JAZ | Praxiswert über ein Jahr | Effizienz im laufenden Betrieb messen |
Für den Alltag gilt: Beim Kauf schaust du auf COP und SCOP zum Vergleich. Die JAZ zeigt dir später, wie gut deine Anlage wirklich läuft.
Was den Wirkungsgrad in der Praxis bestimmt
Der entscheidende Faktor ist der sogenannte Temperaturhub, also der Unterschied zwischen der Temperatur der Wärmequelle (z. B. Außenluft) und der Vorlauftemperatur des Heizsystems. Je kleiner dieser Abstand, desto weniger muss der Kompressor arbeiten, und desto effizienter läuft die Anlage.
Ein Beispiel: Bei 10 °C Erdwärme und 35 °C Vorlauftemperatur beträgt der Hub 25 Kelvin. Sinkt der Temperaturunterschied um nur 1 Kelvin, steigt die Effizienz um etwa 2,5 Prozent. Das klingt nach wenig, summiert sich über eine Heizsaison aber deutlich.
Daraus folgen zwei praktische Hebel, die du direkt beeinflussen kannst:
Die Vorlauftemperatur sollte so niedrig wie möglich sein. Fußbodenheizungen arbeiten idealerweise mit 35 °C, Niedertemperaturheizkörper mit 45 bis 50 °C. Wer noch alte Heizkörper hat und auf 55 bis 60 °C angewiesen ist, verschenkt Effizienz.
Die Wärmequelle entscheidet über die Ausgangslage. Erdreich und Grundwasser liegen ganzjährig stabil bei 8 bis 12 °C, unabhängig von der Jahreszeit. Außenluft schwankt dagegen stark und kann im Winter auf -15 °C oder tiefer sinken. Das macht Luft-Wärmepumpen weniger konstant effizient als Erd- oder Grundwasserpumpen, aber nicht unbrauchbar.
Luft, Erde oder Wasser: Welche Wärmepumpe ist am effizientesten?
Luft-Wasser-Wärmepumpen erreichen je nach Außentemperatur eine JAZ von etwa 2,5 bis 3,5. Im Winter sinkt der Wirkungsgrad, wenn es kalt wird. Das ist der Nachteil der schwankenden Wärmequelle. Dennoch sind sie mit Abstand die meistverkaufte Variante in Deutschland, weil sie günstig in der Installation, flexibel und für die meisten Einfamilienhäuser vollkommen ausreichend sind.
Erdwärmepumpen (Sole-Wasser) arbeiten dank der stabilen Bodentemperatur konstanter und erreichen JAZ-Werte von 3,5 bis 4,5. Die Erschließung, ob per Flächenkollektoren oder Tiefenbohrung, ist aufwendiger und teurer, amortisiert sich aber über die höhere Effizienz.
Grundwasserwärmepumpen (Wasser-Wasser) sind die effizientesten Systeme mit JAZ-Werten über 5. Das Grundwasser hält das ganze Jahr über konstante Temperaturen um die 12 °C. Allerdings ist die Installation genehmigungspflichtig und nicht überall möglich.
Wärmepumpentyp | Quellentemperatur | Typische JAZ |
|---|---|---|
Luft-Wasser | -15 bis +35 °C | 2,5 bis 3,5 |
Erdwärmepumpe (Flächenkollektor) | 0 bis 20 °C | 3,5 bis 4,5 |
Erdwärmepumpe (Erdsonde) | ca. 10 °C | 4,0 bis 4,5 |
Grundwasserwärmepumpe | ca. 12 °C | 5,0 und höher |
Für die meisten Haushalte ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe die sinnvollste Wahl. Erst wenn besondere Gegebenheiten vorliegen oder ein sehr hoher Wirkungsgrad wirtschaftlich geboten ist, lohnt sich der Aufwand für Erd- oder Grundwasservarianten.
Funktioniert die Wärmepumpe im Winter wirklich effizient?
Ja, auch wenn das immer wieder angezweifelt wird. Moderne Luft-Wärmepumpen arbeiten noch bei -20 °C, weil das eingesetzte Kältemittel (z. B. Propan/R290) bereits bei -42 °C verdampft. Der Kreisprozess läuft also weiter, solange die Außenluft wärmer ist als das Kältemittel, und das ist in deutschen Wintern fast immer der Fall.
Die folgende Tabelle zeigt, wie stark der COP einer modernen Luft-Wasser-Wärmepumpe mit der Außentemperatur schwankt (Vorlauftemperatur jeweils 35 °C):
Außentemperatur | COP (ca.) |
|---|---|
+7 °C | 4,5 bis 5,0 |
0 °C | 3,5 bis 4,0 |
-7 °C | 2,5 bis 3,0 |
-15 °C | 2,0 bis 2,5 |
Das ist deutlich weniger als im Sommer, aber immer noch das Zwei- bis Dreifache dessen, was eine Gasheizung mit dem gleichen Energieeinsatz liefert. Nur in extremen Spitzenlastsituationen, wenn es sehr kalt ist und gleichzeitig viel Heizleistung gebraucht wird, schaltet sich der elektrische Heizstab als Backup zu. Das ist keine Schwäche des Systems, sondern eine bewusste Absicherung für seltene Ausnahmen.
Der Wirkungsgrad ist wichtig, aber nicht alles
Eine Wärmepumpe mit einem theoretisch höheren Wirkungsgrad ist nicht automatisch die bessere Wahl. Eine Grundwasserpumpe hat die beste JAZ, aber wenn die Erschließungskosten doppelt so hoch sind und sich das in der konkreten Situation nicht rechnet, ist die günstigere Luft-Wasser-Wärmepumpe die klügere Entscheidung.
Was wirklich zählt, ist das Gesamtbild: Welche Anlage passt zur Wärmequelle vor Ort, zum Heizsystem im Haus und zum Budget? Wer zusätzlich auf niedrige Vorlauftemperaturen, gute Dämmung und günstigen Strom achtet, bekommt aus jeder Wärmepumpe das Maximum heraus, unabhängig davon, welcher Typ es ist.
Häufig gestellte Fragen
Wie hoch ist der Wirkungsgrad bei Wärmepumpen?
Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe liegt zwischen 250 und 500 Prozent. Aus 1 kWh Strom entstehen 2,5 bis 5 kWh Wärme, weil rund 75 Prozent der Heizwärme aus kostenloser Umweltenergie stammen.
Welchen Wirkungsgrad hat eine Wärmepumpe im Winter?
Bei -7 °C Außentemperatur erreicht eine Luft-Wasser-Wärmepumpe noch einen COP von 2,5 bis 3,0. Das ist immer noch das Zwei- bis Dreifache dessen, was eine Gasheizung mit dem gleichen Energieeinsatz liefert.
Welche Wärmepumpe hat den größten Wirkungsgrad?
Grundwasserwärmepumpen erreichen mit einer JAZ von 5,0 und höher den besten Wirkungsgrad, gefolgt von Erdwärmepumpen mit 3,5 bis 4,5. Luft-Wasser-Wärmepumpen liegen bei 2,5 bis 3,5, sind aber für die meisten Haushalte die wirtschaftlichste Wahl.
Ist eine Effizienz von 2,5 bei einer Wärmepumpe hoch?
Eine JAZ von 2,5 liegt im unteren Bereich, ist aber noch immer mehr als doppelt so effizient wie eine Gasheizung. Solche Werte treten typischerweise bei Luft-Wasser-Wärmepumpen an sehr kalten Tagen oder bei hoher Vorlauftemperatur auf.
Was besagt die 20-Grad-Regel für Wärmepumpen?
Die 20-Grad-Regel besagt, dass der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur möglichst nicht mehr als 20 Kelvin betragen sollte. Je kleiner dieser Abstand, desto weniger muss der Kompressor arbeiten und desto höher fällt der Wirkungsgrad aus. Sinkt der Temperaturhub um 1 Kelvin, steigt die Effizienz um etwa 2,5 Prozent.
