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So effizient heizen Wärmepumpen im Winter
Die Wärmepumpe nutzt Wärme aus der Umwelt, z. B. aus Luft, Erde oder Grundwasser zum Heizen – effizient, kostensparend und nachhaltig. Doch wie zuverlässig funktioniert das im Winter bei Minusgraden?
Zuletzt aktualisiert am 21.12.2023
Lesedauer: 5 Minuten
Inhaltsverzeichnis
Wie funktioniert eine Wärmepumpe im Winter?
Unterschiede zwischen Wärmepumpen-Arten im Winter
So effizient arbeitet eine Luft-Wasser-Wärmepumpe bei Kälte
Tipps für einen sicheren Betrieb Ihrer Luft-Wasser-Wärmepumpe im Winter
Die 3 wichtigsten Tipps zum Schutz der Wärmepumpe
So können Sie Ihre Wärmepumpe erweitern
Funktionieren Wärmepumpe und Photovoltaik-Anlage im Winter gut zusammen?
So optimieren Sie den Wirkungsgrad Ihrer Wärmepumpe
Vattenfall Fazit
Wie funktioniert eine Wärmepumpe im Winter?
Eine Wärmepumpe nimmt zum Heizen die Wärme aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser mit Hilfe eines Kältemittels auf. Über einen Kreislaufprozess wird das Kältemittel verdampft und komprimiert, wodurch sich die Temperatur erhöht. Diese Wärme gibt die Wärmepumpe dann an das Heizwasser ab. Doch was passiert, wenn die Temperaturen im Winter sinken?
Der Prozess der Wärmegewinnung läuft auch im Winter genauso reibungslos ab. Am Beispiel der Luft-Wasser-Wärmepumpe: Selbst bei frostigen Außentemperaturen ist die angesaugte Luft kann die Wärmepumpe die Energie der Außenluft nutzen und genügend Wärme erzeugen, die zur Erwärmung des Heizwassers genutzt werden kann.
Je nach Modell und eingesetztem Kältemittel gibt es unterschiedliche Einsatzgrenzen, aber grundsätzlich können moderne und für den Sanierungsfall ausgelegte Wärmepumpen auch bei -20 Grad Celsius Außentemperatur Vorlauftemperaturen von mehr als 50 Grad Celsius erzeugen.
Die Vorlauftemperatur ist die Temperatur, mit der das Heizwasser zu den Heizkörpern fließt.
Ausnahme: Unsanierter Altbau
In unsanierten Altbauten werden höhere Vorlauftemperaturen benötigt, da aufgrund der geringen Energieeffizienz viel geheizt werden muss. Durch undichte Fenster oder eine schlechte Dämmung geht viel Energie verloren, wodurch sich der Heizbedarf des Hauses erhöht.
Es gibt Wärmepumpen, die auch im unsanierten Altbau funktionieren. Es kann allerdings sinnvoll sein, ab einem bestimmten Temperaturniveau mit anderen Heiztechnologien zuzuheizen. Welche zusätzlichen Technologien zur Ergänzung der Wärmepumpe infrage kommen, erfahren Sie später im Artikel unter „So können Sie Ihre Wärmepumpe erweitern“.
Wissenschaftler:innen der Oxford-Universität kommen allerdings zu dem Schluss, dass in unseren Breitengeraden mit milden Wintern eine Wärmepumpen-Hybridlösung nicht erforderlich ist. Ihre Feldstudien belegen, dass Wärmepumpen selbst bei Minusgraden einen höheren Wirkungsgrad aufweisen als fossile Heizungen.
Unterschiede zwischen Wärmepumpen-Arten im Winter
Je größer der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle (z. B. der Außenluft) und der gewünschten Vorlauftemperatur (z. B. 35 Grad für die Fußbodenheizung eines Einfamilienhauses) ist, desto größer ist auch der Stromverbrauch der Wärmepumpe. Das bedeutet: Die Effizienz sinkt für Luft-Wasser-Wärmepumpen, je kälter es draußen ist. Diese Unterschiede gibt es beim Betrieb verschiedener Wärmepumpen-Arten im Winter:
Luft-Wasser-Wärmepumpe im Winter
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Wärme aus der Umgebungsluft. Sinken die Außentemperaturen stark ab, so sinkt auch die Effizienz der Wärmepumpe bei gleichbleibender Vorlauftemperatur.
Allerdings sind die Mehrkosten für zusätzlichen Strom in den Wintermonaten vor dem Hintergrund der höheren Investitions- und Installationskosten für die anderen Wärmepumpen-Arten zu vernachlässigen.
Sole-Wasser-Wärmepumpe im Winter
Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe entzieht dem Boden über Erdsonden oder Erdkollektoren Wärme, um damit zu heizen. Da im Erdreich ganzjährig stabile Temperaturen herrschen, schwankt der Stromverbrauch einer Sole-Wasser-Wärmepumpe nur wenig, die Effizienz bleibt ganzjährig nahezu konstant.
Allerdings sind die Kosten für Anschaffung und Installation inklusive Erdarbeiten für die Einbringung der Erdkollektoren deutlich höher als bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe im Winter
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt die Wärme des Grundwassers zur Erzeugung der Heizwärme. Da Grundwasser von der Außentemperatur nicht beeinflusst wird, besteht eine konstante Temperatur zwischen 8 und 12 Grad Celsius mit minimalen Schwankungen. So garantiert auch die Wasser-Wasser-Wärmepumpe im Winter eine gute Heizleistung mit hoher Effizienz.
Die Anschaffungs- und Installationskosten sowie der Aufwand bei einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe sind aufgrund der erforderlichen Bohrungen und Genehmigungen höher als bei anderen Wärmepumpen-Arten.
Luft-Luft-Wärmepumpe im Winter
Eine Luft-Luft-Wärmepumpe (Klimagerät) nutzt die Wärme der Außenluft, um die Innenraumluft direkt zu beheizen. Ihre Effizienz ist analog zur Luft/Wasser-Wärmepumpe stark abhängig von der Außentemperatur. Sie eignet sich in der Regel nur in gut gedämmten Häusern für den Winterbetrieb oder als Ergänzung zur bestehenden Heizung.
Moderne und qualitativ hochwertige Luft-Wasser-Wärmepumpen erreichen normalerweise im Schnitt eine Jahresarbeitszahl (JAZ) von 4, das bedeutet, dass sie im Jahresdurchschnitt pro KWh eingesetztem Strom 4 KWh Wärme erzeugen (siehe Infografik). Damit gilt die Luft-Wasser-Wärmepumpe als sehr effizient im Vergleich zu konventionellen Heizsystemen.
Wie sieht jedoch der Wirkungsgrad im Jahresverlauf aus, insbesondere im Winter? Bei niedrigeren Außentemperaturen muss die Wärmepumpe mehr elektrische Energie einsetzen, um die größere Differenz zwischen der Außentemperatur und gewünschter Vorlauftemperatur zu überbrücken. Dadurch sinkt der Wirkungsgrad, die Wärmepumpe arbeitet also weniger effizient.
Tipps für einen sicheren Betrieb Ihrer Luft-Wasser-Wärmepumpe im Winter
Sinken die Temperaturen im Winter in den Minusbereich, ist es wichtig, die Wärmepumpe richtig zu betreiben und im Blick zu behalten. Sie können selbst unterstützende Maßnahmen ergreifen, damit Ihre Luft-Wasser-Wärmepumpe auch im Winter gut funktioniert. Folgende Ursachen können zu Frostschäden führen:
Verdampfungseinheit vereist: Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen wird die Wärme aus der Luft entzogen. Bei niedrigen Temperaturen kann sich die Luft so weit abkühlen, dass sie gefriert. Dies führt dazu, dass der Verdampfer der Wärmepumpe vereist und die Wärmepumpe nicht mehr richtig funktioniert.
Heizkreislauf gefriert: Der Heizkreislauf einer Wärmepumpe ist mit Heizwasser gefüllt. Bei Monoblock-Wärmepumpen kann im Winter bei einem Ausfall der Wärmepumpe oder bei längeren Absenkbetriebsphasen die Gefahr bestehen, dass das Wasser im Heizkreislauf gefriert.
Die 3 wichtigsten Tipps zum Schutz der Wärmepumpe
- Tipp 1: Die Verdampfungseinheit regelmäßig abtauen
Die Wärmepumpe verfügt über einen Abtaumechanismus, der den Verdampfer automatisch abtaut. - Tipp 2: Gleichmäßiges Heizen ist sinnvoll
Um ein Auskühlen der Gebäudehülle zu vermeiden, ist es vorteilhaft, alle Räume gleichmäßig zu beheizen und auf einer bestimmten Temperatur zu halten. Hierfür ist ein hydraulischer Abgleich notwendig. - Tipp 3: Wärmepumpe in einem frostsicheren Bereich aufstellen
Wenn die Wärmepumpe im Freien aufgestellt ist, sollte sie in einem frostsicheren Bereich stehen, z. B. direkt an der Gebäudewand (unter Berücksichtigung der Mindestsicherheitsabstände), Südausrichtung, windgeschützt.
So können Sie Ihre Wärmepumpe erweitern
In einem ungedämmten Altbau kann eine zweite Heiztechnologie die Wärmepumpe bei Minusgraden entlasten. Ob eine solche Hybridheizung in Ihrem individuellen Fall sinnvoll ist, klären Sie am besten vor dem Einbau der Wärmepumpe im Rahmen einer Energieberatung.
Als zusätzliche Wärmequelle kann z. B. ein Heizkessel auf Basis von konventionellen Brennstoffen, aber ebenso eine Holz-, Pellet- oder Biogasheizung dienen. Auch ein in der Wärmepumpe üblicherweise integrierter elektrischer Heizstab kann einen kurzfristig zusätzlichen Wärmebedarf abdecken. Für die Warmwasserbereitung gibt es weitere Möglichkeiten:
(Brauch-)Warmwasser-Wärmepumpe
Wer eine gut dimensionierte Luft-Wasser-Wärmepumpe in einem energieeffizienten Haus verbaut hat, braucht normalerweise keine zusätzliche Warmwasser-Wärmepumpe. Eine Warmwasser-Wärmepumpe kann in jedem Fall aber eine sinnvolle Ergänzung darstellen und die Energieeffizienz des Heizsystems signifikant erhöhen.
Vorteil
Zwei getrennte Systeme zu verwenden, hat einen Vorteil im Winter: Eine Warmwasser-Wärmepumpe arbeitet mit einer geringen elektrischen Aufnahmeleistung, dafür aber über einen langen Zeitraum. Das passt perfekt zum Leistungsprofil einer Photovoltaikanlage im Winter.
Nachteile
Zwei getrennte Systeme haben aber auch einen Nachteil: Für die Warmwasser-Wärmepumpe kann in der Regel kein Wärmepumpenstrom bezogen werden, da diese im Regelfall über einen Schuko-Stecker ans Hausnetz angeschlossen wird.
Elektroboiler
Da eine Wärmepumpe bei niedrigen Temperaturen weniger effizient arbeitet, kann ein Elektroboiler unter der Spüle eine zusätzliche Möglichkeit zur Warmwasserbereitung darstellen. Ein Elektroboiler, im besten Fall mit der Energieklasse A++, kann die Wärmepumpe in puncto Warmwasserbereitung entlasten und ist nicht von den Regelungen des neuen Gebäudeenergiegesetzes (GEG) betroffen.
Funktionieren Wärmepumpe und Photovoltaik-Anlage im Winter gut zusammen?
Kombinieren Sie Ihre Wärmepumpe mit einer Photovoltaik-Anlage, wirkt sich dies positiv auf Ihre Stromrechnung aus. Die von einer Photovoltaik-Anlage erzeugte Energie ist klimafreundlich und deutlich günstiger als der Strom aus dem öffentlichen Netz. Allerdings produziert die PV-Anlage im Winter aufgrund des niedrigeren Sonnenstandes deutlich weniger Strom als im Sommer.
Tipp: Mit einem Stromspeicher kann der tagsüber produzierte PV-Strom zwischengespeichert und am Abend zum Betrieb der Wärmepumpe verwendet werden.
So optimieren Sie den Wirkungsgrad Ihrer Wärmepumpe
Die Auswahl der richtig dimensionierten Wärmepumpe ist nur der Anfang – auch im laufenden Betrieb gibt es Möglichkeiten, den Wirkungsgrad zu steigern. Die Optimierung des Wirkungsgrads Ihrer Wärmepumpe trägt nicht nur zur Schonung der Umwelt bei, sondern hilft Ihnen auch, Heizkosten und Stromkosten zu sparen. Wenn Sie die Kennzahlen Ihrer Wärmepumpe regelmäßig im Auge haben, werden Sie rechtzeitig auf einen Optimierungsbedarf aufmerksam:
1. Regelmäßige Wartung und Anpassungen
Ihr:e Heizungsbauer:in kann die Effizienz der Anlage bei der Wartung überprüfen und optimieren. Oftmals reichen bereits Anpassungen der Einstellungen aus, um erheblich bessere Ergebnisse zu erzielen.
2. Erweiterung der Heizflächen mit Fußboden- oder Flächenheizungen
Durch die Vergrößerung der Heizflächen kann die Vorlauftemperatur gesenkt werden, wodurch die Jahresarbeitszahl (JAZ) um bis zu 10 % gesteigert werden kann.
3. Dämmung der Gebäudehülle / Austausch von Fenstern
Obwohl dies den Wirkungsgrad der Wärmepumpe nicht direkt beeinflusst, reduziert es den Wärmebedarf und hilft, Energie zu sparen.
Vattenfall Fazit
Für deutsche Winter sind Wärmepumpen grundsätzlich geeignet und heizen zuverlässig, wenn bestimmte Voraussetzungen erfüllt sind. Dazu zählt eine gute Dämmung des Gebäudes. In einem ungedämmten Altbau kann eine zweite Heiztechnologie die Wärmepumpe bei Minusgraden entlasten. Ob eine Hybridheizung im individuellen Fall sinnvoll ist, lässt sich durch eine Energieberatung klären.
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