Heizen mit der Wärmepumpe im Winter

Der Winter ist für eine Heizung die wichtigste Jahreszeit. Sie muss jeden Raum in einem Haus wärmen und kann an besonders kalten Wintertagen an ihre Grenzen kommen. Aber schaffen es die Wärmepumpen auch bei niedrigen Außentemperaturen, die Umweltenergie zu nutzen und auf das benötigte Temperaturniveau für das jeweilige Haus anzuheben? In diesem Text zeigen wir, wie das funktioniert und welche Voraussetzungen erfüllt sein müssen.

Funktion der Wärmepumpen

Um zu verstehen, wie es Wärmepumpen gelingt, die kalte Außenluft oder das kalte Erdreich zu nutzen, um genügend Wärme für die Heizung bereitzustellen, werfen wir einen Blick auf ihre Technologie.

Zunächst entzieht die Wärmepumpe der Luft, dem Boden oder dem Wasser die Wärme. Das geht auch bei kalter Außenluft, denn sie enthält selbst bei Minustemperaturen nach wie vor Energie, die für Wärmepumpen nutzbar ist.

Diese Energie überträgt ein Verdampfer an den Wärmepumpenkreislauf, in dem ein flüssiges Kältemittel zirkuliert. Dieses verdampft schon bei geringen Temperaturen. Ein strombetriebener Kompressor verdichtet das Kältemittel, daraufhin steigt seine Temperatur.

Im nächsten Schritt wird die Wärme im sogenannten Verflüssiger an den Heizungskreislauf abgegeben. Das Kältemittel kühlt sich ab und wird wieder flüssig, der Druck wird weiter reduziert und das Kältemittel zum Verdampfer geführt. Der Kreislauf beginnt von vorne.

Bedeutung der Temperatur der Wärmequellen

Bei niedrigen Temperaturen im Winter muss der Kompressor entsprechend viel Arbeit aufwenden, damit die erforderliche Temperatur für die Heizung erreicht wird. Wie viel Arbeit des Kompressors notwendig ist, hängt von der Temperatur der Wärmequelle ab. 

Die für die Heizleistung wichtige Temperatur ist die sogenannte Vorlauftemperatur. Je geringer die Differenz zwischen der Vorlauftemperatur und der Temperatur der Wärmequelle ist, desto weniger Energie muss die Wärmepumpe aufwenden. Bei Wärmepumpen wird die Effizienz aus dem Verhältnis der abgegebenen Heizenergie zur eingesetzten Energie (Stromverbrauch) angegeben.

Bei der Außenluft als Wärmequelle einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist die Schwankung der Temperatur im Winter am höchsten. Die Temperatur der Wärmequelle entspricht der Außenlufttemperatur. Entsprechend groß sind die Veränderungen der Effizienz im Verlauf eines Jahres. Bei geringen Temperaturen kann es sinnvoll sein, einen Elektroheizstab einzuschalten oder die Heizung als Hybridheizung mit einem weiteren Wärmeerzeuger zu betreiben.

Im Erdreich und im Grundwasser nimmt die Schwankung der Temperatur mit zunehmender Tiefe ab und liegt ab einer Tiefe von zehn Metern ganzjährig bei ca. zehn Grad Celsius. Erdwärme- und Grundwasser-Wärmepumpen reagieren daher weniger empfindlich bei niedrigen Temperaturen. Ihre Effizienz ist höher als die der Luft-Wärmepumpen. Der Nachteil ist der höhere Installationsaufwand, da für diesen Wärmepumpen-Typ vor der Inbetriebnahme Arbeiten im Erdreich durchgeführt werden müssen.

Effizienz der Wärmepumpe im Winter

Für den Fall, dass die Wärme an besonders kalten Wintertagen nicht ausreicht, haben die meisten Wärmepumpen einen eingebauten Elektroheizstab. Kommt dieser zum Einsatz, reduziert sich die Jahresarbeitszahl (JAZ) für diesen Zeitraum auf 1. Die JAZ ist eine Angabe über die Effizienz der Wärmepumpe im Laufe eines Jahres. Nach Untersuchungen des Fraunhofer-Instituts für solare Energiesysteme ISE an Wärmepumpen in Bestandsgebäuden wird der Elektroheizstab im Schnitt nur maximal für zwei Prozent des jährlichen Heizbedarfs benötigt.

Eine geringere Effizienz bei niedrigen Temperaturen im Winter ist normal und wird von den Herstellern in der Ermittlung der Effizienz berücksichtigt.

Alternativ zum Elektroheizstab kann die alte Gas- oder Ölheizung an extrem kalten Tagen als Hybridheizung den Betrieb der Heizung übernehmen.

Im Winter kann es bei Luftwärmepumpen vorkommen, dass an der Luftansaugung bzw. dem Verdampfer Frost auftritt. Dies liegt an der Abkühlung der Luft, die nun keine Feuchtigkeit mehr aufnehmen kann. Die kondensierende Feuchtigkeit gefriert im Winter und die Eisschicht wächst, solange der Vorgang fortgeführt wird. Damit die Eisschicht sich nicht negativ auf die Effizienz der Wärmepumpe auswirkt, besitzen die Geräte eine automatische Abtaufunktion. Sie sorgt dafür, dass die Außeneinheit der Wärmepumpe vom Eis befreit wird und zuverlässig ihren Dienst leisten kann.  

Reicht die Wärmepumpe als Heizung aus?

Als Eigentümer ist es wichtig zu wissen, ob die Wärmepumpe im Winter genügend Wärme für das Haus erzeugen kann.

Neubauten werden heute fast immer mit einer Wärmepumpe ausgestattet. Durch den geringen Wärmebedarf und große Heizflächen sind sie besonders effizient. Bei korrekter Planung und Installation stellt die Heizung des Hauses auch im Winter kein Problem dar.

Bei älteren Gebäuden hängt es von zahlreichen Faktoren ab, ob die Wärmepumpe das Haus zu jeder Zeit mit ausreichend Wärme versorgen kann. Entscheidend sind die Heizlast und die vorhandenen Heizflächen des Gebäudes.

Wärmepumpen benötigen nicht unbedingt eine Fußbodenheizung, sie können auch mit den vorhandenen Heizkörpern für ausreichend Wärme sorgen. Die in früheren Jahren installierten Heizkörper wurden häufig überdimensioniert, um sicherzugehen, dass jeder Raum des Hauses auch im Winter wirklich warm wird.

Wenn Sie wissen wollen, ob eine Wärmepumpe im Bestandsgebäude für die Heizung ausreicht, können Sie an einem kalten Wintertag die Vorlauftemperatur Ihrer Heizung auf 55 Grad stellen und alle Thermostatventile auf die mittlere Stufe regeln.

1. Wird es in allen Räumen warm, ist der Betrieb einer Wärmepumpe kein Problem.
2. Werden einzelne Räume nicht ausreichend warm, ist es erforderlich, in diesen Räumen einzelne Heizkörper zu tauschen.
3. Nur wenn es bei diesen Einstellungen gar nicht warm wird, sind Maßnahmen wie die Verringerung des Heizenergiebedarfs durch Dämmung notwendig.  

Fazit

Alle Arten der Wärmepumpen sind auch bei tiefen Temperaturen im Winter in der Lage, genügend Wärme für ein Haus zu liefern. Das zeigt die deutlich größere Verbreitung der Technologie in den skandinavischen Ländern. Entscheidend für angenehme Raumtemperaturen sind die Auslegung der Wärmepumpe auf die Heizlast des jeweiligen Gebäudes und die vorhandenen Heizflächen.

Heizungen werden immer für den Winter gebaut und ausgelegt, das ist bei Wärmepumpen nicht anders. Genau wie bei anderen Heizungsarten ist der Verbrauch im Winter am höchsten. Nur an sehr wenigen Tagen im Winter können Wärmepumpen an ihre Grenzen kommen. In diesen Fällen hilft der eingebaute Elektroheizstab oder der alte Heizkessel im Betrieb als Hybridheizung.

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