Wirkungsgrad einer Wärmepumpe: Was bedeuten COP, SCOP und Co.?

Wärmepumpen beziehen Heizenergie aus der Umwelt und sind dadurch ein wichtiger Baustein, damit Deutschland seine ambitionierten Klimaziele erreicht. Aber das hat seinen Preis. Für eine Wärmepumpe muss man – inklusive Modernisierung der Heizung und Dämmung – mit rund 30 000 bis 40 000 Euro rechnen. Wer so viel Geld in die Hand nimmt, will auch wissen, was er bekommt und sicher sein, dass es das Investment wert ist. Ableiten lässt sich das leicht am Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Aber wie lässt sich dieser ermitteln? Und woher weiß man, welcher Wert gut ist? Hier erfahren Sie es.

Eine Wärmepumpe arbeitet wie ein umgekehrter Kühlschrank: Während der Kühlschrank seinem Innenraum die Wärme entzieht und nach draußen abgibt, entzieht die Wärmepumpe dem Außenbereich die Wärme und gibt sie als Heizenergie an das Haus ab. Wie effizient das passiert, sagt der Wirkungsgrad aus.

Dadurch wird angegeben, wie effizient das System die zugeführte Energie in Wärme umwandelt. Ein hoher Wirkungsgrad bei einer Wärmepumpe bedeutet, dass ein geringer Energieverlust bei der Umwandlung der Energie entsteht. Zur genaueren Einordnung dieses Wertes wird häufig der COP (Coefficient of Performance) herangezogen.

Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe lässt sich berechnen, indem die abgegebene Heizleistung durch die aufgewendete elektrische Energie geteilt wird. Dieser Wert wird als COP bezeichnet.

Ein COP von 4 (=400 %) oder höher gilt als sehr gut – das bedeutet, dass die Wärmepumpe aus 1 kWh Strom etwa 4 kWh Wärme erzeugt. Werte unter 3 sind eher als ineffizient einzustufen. Diese Werte findet man bei modernen Geräten nur selten, zumindest unter normalen Betriebsbedingungen.

Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe verändert sich über das Jahr gesehen aufgrund der schwankenden Außentemperaturen. Während im Sommer gewöhnlich hohe Temperaturen herrschen, fällt die Temperatur im Winter auf 0 Grad oder weniger. Das beeinflusst auch die Temperatur der Wärmequellen.

Bei niedrigen Temperaturen muss mehr Energie aufgewendet werden, um die Wärmequelle auf die nötige Temperatur zu bringen. Es wird mehr Energie benötigt.

Aus diesem Grund gibt es den SCOP (Seasonal Coefficient of Performance), die weiterentwickelte Form des COP, der die Temperaturunterschiede über den Jahresverlauf mit einbezieht. Während der COP nur eine Momentaufnahme unter bestimmten Laborbedingungen darstellt, hat der SCOP mehr Aussagekraft.

Wie der COP ist auch der SCOP vor allem von der Bauart der Wärmepumpe abhängig.

Bei Wärmepumpen gibt es unterschiedliche Bauarten, die sich nach der Wärmequelle unterscheiden.

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, auch Luftwärmepumpe genannt, nutzt Umgebungsluft, um Gebäude zu beheizen und Warmwasser aufzubereiten. Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe, kurz Erdwärmepumpe, nutzt die konstante Temperatur des Erdreichs, um Heizenergie zu erzeugen. Eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe bzw. Grundwasserwärmepumpe nutzt die Wärmeenergie des Grundwassers.

Diese Arten an Wärmepumpen haben unterschiedliche Wirkungsgrade. Der COP für Luftwärmepumpen liegt im Durchschnitt des Jahres bei circa 2,5 bis 3,5. Bei diesen Wärmepumpen wirkt sich der Winter auf den Wirkungsgrad am stärksten aus.

Bei Sole-Wasser-Wärmepumpen liegt der COP in der Regel zwischen 3,5 und 4,5, da die Temperatur des Erdreichs das ganze Jahr über relativ konstant ist – selbst im Winter. Allerdings sind diese aufgrund des hohen Installationsaufwands – insbesondere die Erdbohrungen – auch deutlich teurer in der Anschaffung.

Wasser-Wasser-Wärmepumpen erzielen einen COP zwischen 4,5 und 5,5. Allerdings sind auch sie teurer in der Installation. Der Gesamtpreis inklusive Einbau kann sich auf bis zu 25.000 Euro belaufen. Die durchschnittlichen Anschaffungskosten für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe liegen – inklusive Installation – bei etwa 12.000 bis 18.000 Euro. Dazu kommen allerdings noch die bereits erwähnten Zusatzmaßnahmen wie Dämmung, Heizungstausch etc.

Gemindert wird der Preis aber durch eine staatliche Förderung: Der Staat zahlt im Normalfall – je nach Anlagentyp – 50 oder 55 Prozent davon als Förderung.

Fossile Heizsysteme wie Öl und Gas verschwinden zunehmend aus den Eigenheimen der Nation. Das liegt zum einen an ihren negativen Auswirkungen auf die Umwelt – beim Verbrennen entstehen CO₂-Emissionen, die das Klima belasten – zum anderen auf die steigenden Preise. Zudem schneiden sie in Sachen Wirkungsgrad schlechter ab als Wärmepumpen.

Während Öl- oder Gasheizungen nur rund 85–95 % der eingesetzten Energie in nutzbare Wärme umwandeln, kommen Wärmepumpen auf einen Wert von 300 bis 500  %.

Während COP und SCOP allgemeine Werte sind, die für eine bestimmte Wärmepumpe (z.B. Modelltypen) gelten, ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) ein praktischer Wert, die für jedes Modell individuell bestimmt wird. Sie wird nach der Inbetriebnahme ermittelt und hängt ab von:

• Dämmung
• Heizverhalten
• Systemkonfiguration
• Standort
• Regionale Einflüsse

Dieser Wert setzt den Wärmeertrag und die benötigte elektrische Energie ins Verhältnis. Verbraucht die Wärmepumpe zum Beispiel 2 000 kWh Strom und liefert 8 000 kWh Wärme, ergibt sich eine JAZ von 4,0.

Ist der Wirkungsgrad von Wärmepumpen niedrig, benötigen die Anlagen mehr Strom und die Heizkosten steigen. Um das zu verhindern, können Sie die Effizienz bereits bei der Planung optimieren.

• Wärmequelle günstig auswählen: Wenn mehrere Wärmequellen zur Auswahl stehen, sorgt die wärmste bei sonst gleichen Bedingungen für die höchste Effizienz.
• Geeigneten Aufstellort wählen: Luft-Wasser-Wärmepumpen sollten so stehen, dass sie gut belüftet werden und frei von Hindernissen sind, um effizient Luft anzusaugen.
• Gute Gebäudedämmung: Je besser das Haus gedämmt ist, desto weniger Heizenergie wird benötigt – das steigert die Effizienz der Wärmepumpe.
• Richtige Dimensionierung: Eine passend ausgelegte Wärmepumpe vermeidet ineffiziente Taktungen und Energieverluste.

Wärmepumpen gelten als Heizform der Zukunft – vor allem dank ihrer hohen Effizienz verglichen mit fossilen Heizquellen. Ableiten lässt sich das am Wirkungsgrad.

Spricht man vom Wirkungsgrad einer Wärmepumpe, stößt man auf die Werte COP, SCOP und JAZ. Im Gegensatz zum COP (Laborwert) und SCOP (Wert im Jahresdurchschnitt) zeigt die JAZ, wie die Wärmepumpe in deinem konkreten Gebäude, Klima und Nutzungsverhalten tatsächlich performt. Entscheidend sind vor allem der SCOP, der nicht unter 3,5 liegen sollte, und die JAZ, die idealerweise über 3,0 liegt.

Verbessern kann man der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe etwas, indem man einen idealen Aufstellort vor der Installation festlegt und mit ergänzenden Maßnahmen das Gebäude dämmt.