RP-Energie-Lexikon
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Luft/Wasser-Wärmepumpe

Definition: eine Wärmepumpe, die Luft als Wärmequelle benutzt und die Wärme an einen Wasserkreislauf abgibt

Alternativer Begriff: L/W-Wärmepumpe

Allgemeiner Begriff: Wärmepumpe

Englisch: air-to-water heat pump

Kategorien: Haustechnik, Wärme und Kälte

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 26.12.2013; letzte Änderung: 20.08.2023

URL: https://www.energie-lexikon.info/luft_wasser_waermepumpe.html

Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe (L/W-Wärmepumpe) ist eine Wärmepumpe, die als Wärmequelle Luft benutzt und die Wärme an einen Wasserkreislauf abgibt – beispielsweise an ein Zentralheizungssystem oder in einen Pufferspeicher. Für die benutzte Luft gibt es verschiedene Möglichkeiten: Für eine Heizungswärmepumpe ist es in der Regel Außenluft, für kleine Warmwasserwärmepumpen aber oft auch die Luft in einem Kellerraum, und in manchen Fällen warme Abluft z. B. von einer Lüftungsanlage. Diese Varianten werden alle weiter unten separat erklärt.

Luft/Wasser-Wärmepumpen gehören wie Luft/Luft-Wärmepumpen zu den Luftwärmepumpen (oder luftgekoppelten Wärmepumpen).

Eine grundsätzlich andere Lösung ist die Sole/Wasser-Wärmepumpe, bei der eine Sole (eine Flüssigkeit) als Wärmeträgermedium dient; die Wärmequelle ist dann z. B. das Erdreich (→ oberflächennahe Geothermie).

Die Wärmeentnahme aus der Luft erfolgt in einem Wärmeübertrager, der mit dem Verdampfer der Wärmepumpe (meist einer Kompressionswärmepumpe) verbunden ist und durch den Außenluft mit Hilfe eines starken Ventilators gedrückt wird. Die Verdampfertemperatur liegt im Betrieb etwas niedriger als die Temperatur der Außenluft, die also beim Durchströmen abgekühlt wird, meist um einige Kelvin. Der Stromverbrauch des Ventilators beträgt grob geschätzt 5 % des Verbrauchs des Verdichters und wird bei Leistungszahlen und ähnlichen Angaben mit berücksichtigt.

Luft/Wasser-Wärmepumpen für Wärmepumpenheizungen

Oft wird für Wärmepumpenheizungen Außenluft benutzt, da diese praktisch unbegrenzt verfügbar ist und ihre Abkühlung in der Regel kaum negative Auswirkungen hat. Es gibt unterschiedliche Bauweisen für solche Luft/Wasser-Wärmepumpen:

  • Bei Split-Wärmepumpen steht nur der Verdampfer mit Wärmeübertrager und Ventilator im Freien, und in einem Technikraum (Heizraum) steht der Rest der Wärmepumpe mit Kompressor und Kondensator; alternativ kann sich der Kompressor auch im Außengerät befinden. Außen- und Innengerät sind durch zwei Kältemittelleitungen und eine Stromleitung miteinander verbunden.
  • Es gibt Kompaktgeräte zur Außenaufstellung, die komplett im Freien stehen. Eine wärmegedämmte Doppel-Wasserleitung (ggf. mit elektrischer Rohrbegleitheizung als Frostschutz) führt in den Technikraum. Diese Bauart erleichtert die Verwendung des klimaschonenden Kältemittels R-290 (Propan), da die Explosionsgefahr im Falle eines Austritts in die Außenluft relativ gering ist.
  • Andere Geräte sind ganz im Technikraum untergebracht, und die Luft wird durch relativ große Öffnungen in einer Außenwand zu- und abgeführt. Hier braucht man mehr Platz im Aufstellungsraum, sieht aber außen weniger und erreicht u. U. niedrigere Geräuschemissionen außen.

Einen grundlegenden technischen Unterschied zwischen diesen Varianten gibt es allerdings nicht. Insbesondere sind auch keine prinzipbedingt unterschiedlichen Leistungszahlen zu erwarten.

In jedem Fall muss sichergestellt werden, dass der Luftstrom durch den Verdampfer nicht durch Schnee oder Verschmutzungen wesentlich vermindert wird.

Einsatz eines Pufferspeichers

Häufig wird bei einer Wärmepumpenheizung ein Pufferspeicher eingesetzt, um eine hydraulische Entkopplung zu erreichen. (Dies wird im Artikel über Pufferspeicher erklärt.) Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen kann eine zusätzliche sinnvolle Funktion eines Pufferspeicher sein, den überwiegenden Betrieb der Wärmepumpe am Tag zu erreichen, wo die Lufttemperaturen gewöhnlich deutlich höher sind. Dies setzt natürlich voraus, dass die Wärmeleistung des Geräts ausreichend hoch ist, um den Puffer tagsüber beladen zu können, und dass der Puffer hierfür ausreichend groß ist.

Dass bei dieser Betriebsweise nur noch wenig Nachtstrom genutzt wird, ist in der Regel kein Problem, da die üblichen Wärmepumpen-Stromtarife dies nicht verlangen; wichtig ist nur die Unterbrechbarkeit des Betriebs für einige Stunden pro Tag.

Nachteil: niedrige Temperatur der Wärmequelle

Nachteilig ist bei Luft/Wasser-Wärmepumpen mit Außenluft grundsätzlich, dass die Außenluft gerade dann sehr kalt ist, wenn der Wärmebedarf am höchsten ist. Dies hat zur Folge, dass die Wärmepumpe dann eine recht niedrige Leistungszahl erreicht; für eine bestimmte Wärmemenge wird dann relativ viel elektrische Energie benötigt (wenn es sich um eine Elektrowärmepumpe handelt). In der Folge wird auch die Jahresarbeitszahl, ein Maß für die durchschnittliche Energieeffizienz, niedrig, jedenfalls wenn der Betrieb bei tiefen Außentemperaturen häufig ist.

Moderne Wärmepumpen erreichen zwar höhere Jahresarbeitszahlen als ältere, aber auch da sind Luft/Wasser-Wärmepumpen z. B. gegenüber Sole/Wasser-Wärmepumpen zumindest bei kaltem Wetter klar im Nachteil, da das grundsätzliche Problem der niedrigeren Temperatur der Wärmequelle nicht durch einen technischen Trick beseitigt werden kann. Immerhin sind moderne Geräte, wie weiter unten erklärt, schon bedeutend besser geworden und erreichen zumindest in Verbindung mit einer Niedertemperaturheizung respektable Effizienzwerte.

Problem der Vereisung des Verdampfers

Zusätzlich erschwerend wirkt das Phänomen der Vereisung des Luft-Wärmeübertragers. Bei Abkühlung der Luft steigt nämlich die relative Luftfeuchtigkeit. Wenn nun Wasser im Wärmeübertrager kondensiert und die Temperatur dort unter 0 °C liegt, kann das Kondenswasser in der Folge zu Eis erstarren. Dieses behindert dann zunehmend den Wärmekontakt zwischen Luft und Verdampfer. Die Verdampfertemperatur sinkt also weiter ab, und die Energieeffizienz wird weiter reduziert. Deswegen wird, wenn die Außentemperatur z. B. unter 5 °C sinkt, eine regelmäßige Enteisung (ein Abtauen) des Wärmeübertragers nötig. Hierzu muss dem Wärmeübertrager in der Regel Wärme zugeführt werden. (Eine rein mechanische Enteisung wäre effizienter, ist aber schwierig zu bewerkstelligen.) Auch wenn moderne Luft/Wasser-Wärmepumpen meist eine ausgefeilte Enteisungs-Strategie (meist mit Kältekreisumkehr) anwenden, geht auch dabei Energie verloren, und durch die Betriebsunterbrechung sinkt die durchschnittliche Abgabe von Nutzwärme noch weiter.

Man beachte, dass bei von Herstellern genannten Leistungszahlen die Abtauvorgänge teils nicht berücksichtigt sind, z. B. indem mit sehr trockener Außenluft gemessen wird.

Wie oft in der Praxis eine energieaufwendige und die Heizleistung reduzierende Enteisung notwendig ist, hängt von den klimatischen Bedingungen ab. Ungünstig sind diesbezüglich feuchte Standorte z. B. in der Nähe von Flüssen.

Andere Einflüsse auf die Energieeffizienz

Luft/Wasser-Wärmepumpe
Abbildung 1: Tisch-Verdampfereinheit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe zur Beheizung einer gewerblich genutzten Halle. Man erkennt die drei Ventilatoren, die Außenluft durch den Wärmeübertrager des Verdampfers strömen lassen.

Wie bei allen Wärmepumpen hängt die Leistungszahl auch von der benötigten Vorlauftemperatur des Zentralheizungssystems ab. Wenn diese hoch ist, muss gerade eine Luft/Wasser-Wärmepumpe gegen eine sehr hohe Temperaturdifferenz arbeiten und wird recht ineffizient. Unter Umständen reicht sogar die Heizleistung an kalten Tagen nicht mehr aus. Wenn dann zusätzlich oder ausschließlich ein Elektroheizstab verwendet wird ("monoenergetische Betriebsweise"), hat man effektiv eine Elektroheizung, und der Primärenergieverbrauch steigt stark an. Dies ist auch energiewirtschaftlich ungünstig, da der scharf ansteigende Verbrauch immer gerade an den Tagen auftritt, an denen die Kraftwerke und die Stromnetze ohnehin schon stark belastet sind. Auch wenn im Jahresmittel nur wenige Prozent der Heizwärme vom Elektroheizstab erzeugt werden, ist dies energiewirtschaftlich ein durchaus unerwünschter Effekt. Von daher ist eine Befreiung von Netznutzungsentgelten für monovalente Luft/Wasser-Wärmepumpen kaum zu rechtfertigen.

Weniger problematisch, teils sogar durchaus effizient ist der Einsatz einer Luft/Wasser-Wärmepumpe unter günstigeren Umständen:

  • Wenn ein großzügig ausgelegtes Flächenheizungssystem verwendet wird (z. B. eine Fußbodenheizung), genügen relativ niedrige Vorlauftemperaturen, was die Temperaturdifferenz der Wärmepumpe reduziert. Aber auch dann ist die Sole/Wasser-Wärmepumpe wesentlich effizienter.
  • Konventionelle Heizkörper benötigen in der Regel wesentlich höhere Betriebstemperaturen, was die Effizienz der Wärmepumpe erheblich reduziert. Allerdings kann die Vorlauftemperatur nach einer energetischen Sanierung des Gebäudes mit Wärmedämmung erheblich reduziert werden – man braucht dann also nicht nur weniger Heizwärme, sondern kann diese dann auch noch effizienter mit der Wärmepumpe erzeugen.
  • Besonders günstig ist die Verwendung einer thermischen Bauteilaktivierung im Gebäude, um Speichermassen gezielt nutzbar zu machen. Damit lässt sich eine Luft/Wasser-Wärmepumpe bevorzugt zu günstigen Tageszeiten (mit niedrigem Strompreis, verfügbarem Photovoltaik-Strom und/oder möglichst hoher Außentemperatur) betreiben.
  • Es gibt Standorte mit mildem Klima, so dass die Wärmepumpe nicht allzu häufig bei Frosttemperaturen laufen muss. Idealerweise ist das Klima gleichzeitig auch trocken, so dass die Neigung zur Vereisung (siehe oben) nicht stark ist.
  • Bei bivalent-alternativ betriebenen Systemen arbeitet die Wärmepumpe nur bei Außentemperaturen oberhalb eines gewissen Grenzwerts, und sonst übernimmt eine andere Wärmequelle (z. B. eine Gasheizung oder ein Blockheizkraftwerk) die Versorgung. Die Wärmepumpe kann dann also immer im günstigen Temperaturbereich arbeiten. Wenn beispielsweise die Wärmepumpe nur bei Außentemperaturen oberhalb von 5 °C betrieben wird und Vorlauftemperaturen von bis zu 35 °C genügen, ist eine sehr günstige Jahresarbeitszahl etwas oberhalb von 5 durchaus möglich. Die Wärmepumpe kann in solchen Fällen übrigens auch entsprechend kleiner ausgelegt werden.

Der Aspekt der Leistungsregelung ist bei Luft/Wasser-Wärmepumpen besonders wichtig. Erfolgt die Leistungsregelung durch Taktbetrieb, wie es leider immer noch üblich ist, wird die Wärmeleistung an wärmeren Tagen weit höher als nötig. Durch eine gleitende Regelung der Antriebsdrehzahl (realisierbar mit Invertertechnologie) oder auch durch veränderbare Einstellungen am Kompressor sind wesentlich höhere Jahresarbeitszahlen möglich. Idealerweise sollte die elektronische Regelung nicht nur die momentane Außentemperatur und die Tageszeit berücksichtigen, sondern auch den erwarteten Verlauf der Außentemperatur und ggf. auch das Angebot an Photovoltaik-Strom (um möglichst viel davon als Direktverbrauch zu nutzen). Beispielsweise kann man dann etwas mehr heizen, wenn die Solaranlage gerade viel produziert oder wenn ein baldiger Abfall der Außentemperatur zu erwarten ist, und später in ungünstigeren Stunden die Leistung zu reduzieren.

Erzielbare Heizleistung

Die mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe erzielbare Heizleistung hängt stark von der Außentemperatur ab: Leider fällt sie gerade bei den niedrigsten Temperaturen, für die die maximale Heizleistung benötigt wird, am geringsten aus. Immerhin dürfte das oben genannte Problem der Vereisung des Verdampfers bei besonders niedrigen Temperaturen kaum eine Rolle spielen, weil dann die Luft naturgemäß nur noch wenig Wasserdampf enthalten kann.

Hersteller geben häufig nur eine Nennwärmeleistung z. B. bei A2W35 an, also bei 2 °C Außentemperatur und einer für eine Flächenheizung geeigneten Vorlauftemperatur von 35 °C. Bei −15 °C wird die Heizleistung dann um einiges geringer ausfallen, was bei der Auslegung natürlich zu berücksichtigen ist.

Für die viel häufiger auftretenden höheren Außentemperaturen ist die Wärmepumpe dann unvermeidlich stark überdimensioniert. Das ist allerdings kein großes Problem, wenn die Leistung der Wärmepumpe in einem weiten Bereich kontinuierlich geregelt werden kann. Lediglich wird der ungünstige Taktbetrieb an besonders milden Tagen immer noch nötig sein.

Erreichbare Leistungs- und Arbeitszahlen

Früher wurden oft die Leistungszahlen (COP-Werte) bei bestimmten Betriebspunkten wie z. B. A2/W35 (2 °C Außentemperatur, 35 °C Vorlauftemperatur für Fußbodenheizung) betrachtet. Allerdings sind solche Daten nur eingeschränkt aussagekräftig, da erstens die tatsächlichen Verhältnisse ständig wechseln und zweitens der energetische vorteilhafte Aspekt der kontinuierlichen Leistungsregelung (die nicht alle Geräte beherrschen) bei reinen Volllast-Daten gar nicht berücksichtigt wird.

Die Energieeffizienz von Heizungs-Wärmepumpen wird deswegen inzwischen mit einem sogenannten SCOP-Wert (seasonal coefficient of performance) nach der Norm EN 14825 angegeben, der für Vergleiche recht gut geeignet ist. Es handelt sich um einen gewichteten Mittelwert von COP-Werten bei verschiedenen Temperaturen. Er erlaubt die Abschätzung der in der Praxis möglichen Jahresarbeitszahl, wenn die Betriebsbedingungen in etwa dem entsprechen, was dem Verfahren für die Bestimmung der SCOP-Werte zu Grunde gelegt wurde. Hier wurde insbesondere eine Heizkurve (die die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur bestimmt) angenommen, die für ein konventionell mit Heizkörpern beheiztes Gebäude typisch wäre. Bei einem Gebäude mit Fußbodenheizung und entsprechend niedrigeren Vorlauftemperaturen fällt die Effizienz wesentlich höher aus.

Bei mitteleuropäischen klimatischen Verhältnissen erreichen sehr gutes Geräte (Energieeffizienzklasse A+++) mittlerweile SCOP-Werte von etwas mehr als 5 für 35 °C Vorlauftemperatur (Fußbodenheizung) und immerhin über ca. 4 für 55 °C Vorlauftemperatur (Heizkörper). In der Praxis dürfte man an feuchten Standorten (mit häufiger Vereisung des Verdampfers) etwas niedriger liegen. Immerhin sind die Werte mittlerweile ähnlich gut wie vor einigen Jahren noch für typische Geräte mit Erdwärmesonde – wobei letztere inzwischen auch noch besser geworden sind und grob geschätzt um 0,5 bis 1 höhere SCOP-Werte erreichen.

Ist eine Nachtabsenkung sinnvoll?

Eine Nachtabsenkung des Heizbetriebs kann im Falle einer Luft/Wasser-Wärmepumpe im Prinzip insofern sinnvoll sein, dass die Effizienz nachts aufgrund der typischerweise deutlich tieferen Außentemperaturen leidet. Allerdings führt dies dann dazu, dass das Haus in den frühen Morgenstunden eine höhere Heizleistung benötigt – ausgerechnet dann, wenn die Außentemperatur oft am niedrigsten ist. Außerdem leidet die Effizienz zusätzlich daran, dass der dann nötige Volllastbetrieb ungünstiger ist als z. B. Teillast mit 50 % der maximalen Leistung.

Andererseits wird der Wärmebedarf natürlich reduziert, wenn die Raumtemperatur nachts abgesenkt wird. Das mag dann trotz einer gewissen Reduktion der Leistungszahlen noch eine gewisse Energieeinsparung bringen. Leider ist schwer zu ermitteln, welcher Faktor im konkreten Fall überwiegt.

Ein weiterer zu berücksichtigender Faktor mag der Unterschied zwischen Tag- und Nachtstromtarif sein.

Ideal wäre eine Regelung, die die per Internet bezogene Wetterprognose berücksichtigt. Beispielsweise würde sie die Leistung gezielt in Stunden mit besonders niedriger Temperatur oder hoher Luftfeuchtigkeit (Tendenz zur Vereisung!) reduzieren und ggf. vorher etwas erhöhen.

Einsatz bei der Modernisierung

Die Umstellung auf eine Wärmepumpenheizung ist mit der Luft/Wasser-Wärmepumpe oft einfacher, weil keine Erdwärmesonde, ein Erdregister o. ä. installiert werden muss. Andererseits haben die meisten Altbauten ein Zentralheizungssystem mit Heizkörpern, die relativ hohe Vorlauftemperaturen benötigen; in sofern ist gerade die Luft/Wasser-Wärmepumpe besonders schlecht geeignet. Deutlich besser wird die Situation erst, wenn durch eine gründliche energetische Sanierung einerseits der Wärmebedarf erheblich reduziert wird und andererseits die nötigen Vorlauftemperaturen niedriger werden.

Staatliche Förderung

Es gibt diverse Formen der staatlichen Förderung, beispielsweise in der Form von Investitionszuschüssen und verbilligten Krediten, für die Umstellung von Heizungsanlagen auf Wärmepumpen. Dies ist umstritten, soweit es eigentlich energetisch ineffiziente Wärmepumpen betrifft. In Deutschland stellt die BAFA allerdings die Bedingung für die finanzielle Förderung, dass das eingesetzte Gerät zumindest im Vergleich zu anderen Geräten derselben Bauart einigermaßen effizient ist. Beispielsweise müssen elektrisch betriebene Luft/Wasser-Wärmepumpen zur Zeit eine Jahresarbeitszahl von mindestens 3,5 erreichen (gemäß Fachunternehmererklärung mit Berechnung aus Wärmepumpen-Daten und benötigtem Temperaturniveau). Früher wurden leider auch Wärmepumpen gefördert, die im Winter wohl häufig auf Leistungszahlen unter 2 kommen und deswegen im Vergleich zu konventionellen Heizkesseln keinen ökologischen oder ökonomischen Vorteil bieten.

Geräuschentwicklung

Der Ventilator am Luft-Wärmeübertrager verursacht Geräusche, die auch im Außenbereich störend wirken können – vor allem bei Aufstellung nahe bei Schlafzimmern oder bei Plätzen im Außenbereich, wo man sich viel aufhält. In sensiblen Bereichen kann dies ein ernsthaftes Problem sein – gelegentlich auch Anlass für Konflikte mit Nachbarn. Deswegen bemühen sich die Hersteller, möglichst leise Geräte zu entwickeln. Dies erfordert aber oft auch gewisse Kompromisse. Beispielsweise kann nachts die Drehzahl des Ventilators reduziert werden, aber dies reduziert dann die Heizleistung und ein Stück weit auch die Energieeffizienz; sonst bestünde ja kein Anlass, tagsüber eine höhere Drehzahl zu wählen.

Eine kontinuierliche Leistungsregelung, wie oben bereits erwähnt, ist auch unter dem Gesichtspunkt der Geräuschentwicklung sehr wünschenswert: Ein mit niedriger Drehzahl ständig laufender Ventilator stört viel weniger als einer, der zeitweise mit voller Drehzahl läuft und dann wieder gar nicht.

Kältemittel

Die in Wärmepumpen verwendeten Kältemittel sind oft stark klimaschädlich. Normalerweise sollten diese zwar nicht in die Umwelt gelangen, wenn ein hochwertiges Gerät sachgerecht aufgestellt, betrieben und am Ende entsorgt wird. Jedoch besteht ein gewisses Restrisiko vor allem bei unsachgemäßer Arbeit von Heizungstechnikern. Deswegen ist es zu begrüßen, dass auch Geräte mit klimaschonenden Kältemitteln wie Propan angeboten werden. Allerdings dürfte im Normalfall eine hohe Energieeffizienz im Betrieb von größerer ökologischer Bedeutung sein.

Kosten

Die Installationskosten für eine Wärmepumpenheizung mit Luft/Wasser-Wärmepumpe sind deutlich geringer als die z. B. eines Systems mit Erdwärmesonde, weil die Installation von Erdwärmesonden relativ teuer ist. Dies ist der Grund dafür, dass oft Luft/Wasser-Wärmepumpen gewählt werden. Allerdings sollte nicht vergessen werden, dass das Wärmepumpengerät selbst teurer ist als bei einer Sole/Wasser-Wärmepumpe, und dass seine Lebensdauer mit z. B. 15 bis 20 Jahren viel niedriger ist als die von Erdwärmesonden. Die Lebensdauer dürfte meist auch niedriger liegen als dies des Wärmepumpengeräts einer Sole/Wasser-Anlage. Dies bedeutet, dass die Kosten für Instandhaltung bzw. Ersatz in zukünftigen Jahren wesentlich höher ausfallen. Hinzu kommen natürlich die höheren Betriebskosten als Folge der meist deutlich niedrigeren Jahresarbeitszahl.

Bivalenter Betrieb

Gerade wenn z. B. ein Gasheizkessel noch vorhanden ist, kann ein bivalenter Betrieb sinnvoll sein, bei dem der Gaskessel die Wärmepumpe an besonders kalten Tagen unterstützt. So kann die Wärmepumpe für eine niedrigere Leistung ausgelegt werden und trotzdem den Löwenanteil der in einer Heizperiode benötigten Wärmemenge liefern. Allerdings fallen trotz geringfügiger Nutzung des Gaskessels noch Grundgebühren für den Gasbezug sowie Kosten für die Wartung und die Kontrolle des Abgassystems an.

Einsatz für die Raumkühlung im Sommer

Es gibt Luft/Wasser-Wärmepumpen, die auch die Kühlung von Räumen im Sommer erlauben. Die Wärmepumpe arbeitet dann quasi in entgegengesetzter Richtung, und auch für den Kühlbetrieb werden erhebliche Mengen elektrischer Energie benötigt.

Dies ist anders als bei Sole/Wasser-Wärmepumpensystemen, die (wenn sie dafür eingerichtet sind) eine "freie Kühlung" ermöglichen: Zur Kühlung benötigt man dann nämlich die Wärmepumpe gar nicht, da es genügt, die Kälte des Erdreichs zu nutzen. Man hat dann nur einen geringen Energieaufwand für den Betrieb von Umwälzpumpen. Dieser kann sogar mehr als ausgeglichen werden dadurch, dass die dabei erfolgende Aufwärmung des Erdreichs den späteren Heizbetrieb wieder effizienter macht.

Deutlich relativiert wird der sommerliche Mehrverbrauch allerdings, wenn eine Photovoltaikanlage genutzt wird: Diese produziert nämlich praktisch immer Strom, wenn er für die Kühlung benötigt wird. Wenn dieser Verbrauch also größtenteils eigener Direktverbrauch anstelle einer Einspeisung von Überschüssen in das Stromnetz (mit niedriger Vergütung) ist, geht es nur um relativ geringe Kosten.

Wärmepumpen mit Nutzung von Raumluft

Kleine Warmwasserwärmepumpen nutzen manchmal nicht Außenluft, sondern die Luft im Aufstellungsraum, typischerweise einem Kellerraum. Vorteilhaft ist dabei nicht nur, dass kein Zugang zur Außenluft geschaffen werden muss, sondern auch, dass die Luft im Aufstellungsraum oft wärmer ist als die Außenluft. In manchen Fällen kann so auch die Abwärme von anderen Geräten genutzt werden. Wenn viel Abwärme verfügbar ist, beispielsweise in einer Industriehalle, kann sogar eine größere Wärmepumpe betrieben werden, die z. B. ein daneben stehendes Gebäude beheizen kann.

Die Nutzung der Raumluft führt natürlich zu deren Abkühlung. In Räumen mit starker Abwärmebelastung mag dies sogar erwünscht sein. Im Kellerraum eines Wohngebäudes dagegen sollte die Abkühlung nicht allzu stark werden, da dies einerseits die Leistungszahl der Wärmepumpe vermindert und andererseits zu einem erhöhten Heizwärmebedarf in angrenzenden Räumen führen kann. Deswegen sollten die entnommenen Wärmemengen im Verhältnis zur Größe des Aufstellungsraums nicht allzu groß sein.

Probleme mit hoher Luftfeuchtigkeit sind kaum zu befürchten. Zwar steigt die relative Luftfeuchtigkeit, wenn ein Raum ohne Entnahme von Wasserdampf abgekühlt wird. Jedoch enthält eine Raumluft-Wärmepumpe einen Kondensatablauf, über den kondensiertes Wasser in eine Abwasserleitung gegeben wird. Es erfolgt also eine Entfeuchtung der Raumluft, was in Kellerräumen oft günstig ist.

Abluft-Wärmepumpen

Große Mengen von Abluft können z. B. beim Betrieb von Lüftungsanlagen anfallen. Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe stellt eine Möglichkeit zur Wärmerückgewinnung dar. Man beachte aber, dass es energieeffizienter ist, die Wärme der Abluft in einem Luft/Luft-Wärmeübertrager zur Vorwärmung der Frischluft zu verwenden, wodurch sich der Antrieb einer Wärmepumpe erübrigt. Es gibt jedoch Fälle, wo dies nicht möglich ist und deswegen eine Abluftwärmepumpe eine sinnvolle Lösung sein kann. Je nach Menge und Temperatur der Abluft kann damit Wärme für eine Heizungsanlage oder für die Warmwasserbereitung gewonnen werden.

Literatur

[1]Ratgeber Wärmepumpenheizung: So finden Sie die richtige Variante!

Siehe auch: Wärmepumpe, Luft/Luft-Wärmepumpe, Wärmepumpenheizung, Sole/Wasser-Wärmepumpe, Leistungszahl, Jahresarbeitszahl, Abluftwärmepumpe

Fragen und Kommentare von Lesern

16.10.2020

Ich möchte meinen 20 Jahre alten 300-l-Elektroboiler ersetzen. Macht ein Wärmepumpenboiler hierfür Sinn? Die Aufstellung wäre in einem Kellerraum, in dem es im Winter 8 bis 10 °C hat. Ich habe leider keinen Heizungsraum mit Abwärme. Im Sommer konnte ich Außenluft ansaugen.

Antwort vom Autor:

Das sollte gut gehen, wenn der Kellerraum nicht zu klein ist. Sondern würde er stark abgekühlt, und die Effizienz der Wärmepumpe würden leiden. Wesentlich besser als mit dem Elektroboiler wäre es allerdings in jedem Fall.

26.01.2021

Bis zu welcher minimalen und maximalen Umgebungstemperatur kann eine Luftwärmepumpe für Brauchwasser eingesetzt werden?

Antwort vom Autor:

Es keine feste Grenze, sondern lediglich eine bei tiefen Temperaturen absinkende Effizienz – abhängig auch von der benötigten Warmwassertemperatur sowie von der Luftfeuchtigkeit außen. Welche Effizienz noch als akzeptabel gelten kann, hängt natürlich auch von den verfügbaren alternativen Lösungen ab. Wenn sonst nur noch ein Elektroboiler in Frage käme, würde man natürlich auch eine miese Effizienz bei Frosttemperaturen notgedrungen hinnehmen.

01.02.2021

Bei uns läuft eine Luft/Wasser-Wärmepumpe, für die der Hersteller bei A2/W35 einen COP von 3,8 angibt. Die Bedingungen für diesen Wert (2° C Außentemperatur, 35° C Vorlauftemperatur) waren hier in der Vergangenheit schon einige Male gegeben. Trotzdem hat die Wärmepumpe noch nie einen COP von 3,8 erreicht. Der COP lag bisher bei maximal 3,6, und das war an einem Tag mit max. 12° C Außentemperatur (mittlere Temperatur 8,4° C). Bei 2° Außentemperatur regelt die Anlage zwar die Vorlauftemperatur üblicherweise auf ca. 35°, aber der COP liegt dann typischerweise bei ca. 3,0-3,1.

Im Artikel ist die Rede von einem COP von 4 oder sogar mehr bei A2/W35 bei manchen Anlagen. Was kann die Ursache sein, dass unsere Anlage so weit darunter bleibt? Gibt es noch Verbesserungsmöglichkeiten? Infos zur Anlage: Neubau Bj. 2019, beheizte WFL 240m², 300 l Pufferspeicher, keine WW-Bereitung.

Antwort vom Autor:

Das sollte nicht passieren. Leider dürfte die Ursache nicht so einfach zu finden sein. Denkbar wäre natürlich, dass das Gerät einen Schaden hat oder beim Einbau etwas falsch gemacht wurde (z. B. ein Knick in einer Kältemittelleitung oder ein zu kleiner Volumenstrom des Heizwassers). Womöglich aber steckt der Fehler noch nicht mal in der Wärmepumpe, sondern in der Messung.

09.02.2021

Mein Heizungstechniker meint, dass es auch für die Lufttemperatur eine obere Grenze gäbe, demzufolge die Effizienz bei Überschreiten einer bestimmten Temperatur abnimmt. Stimmt das?

Antwort vom Autor:

Mir ist nicht bekannt, dass hohe Außentemperaturen für solche Wärmepumpen ein Problem wären. Ich auch nicht erkennen, wie ein solches Problem physikalisch zustande kommen sollte.

Heizung Wärmepumpen werden an heißen Sommertagen ohnehin nicht betrieben, Warmwasserwärmepumpen aber sehr wohl. Ich habe nie gehört, dass solche an heißen Tagen ausgefallen oder ineffizient geworden wären.

Sollte jemand Hinweise auf solche Probleme haben, wäre ich für eine Rückmeldung natürlich sehr dankbar.

22.02.2021

Ich heize meinen Brauchwasserboiler über die Luft-Wasser-Wärmepumpe auf. Ich denke, es ist sinnvoll, die Aufheizung in den Nachtstunden (geringerer Strompreis für die Wärmepumpe) vorzunehmen. Ist das aber auch bei tiefen Außentemperaturen wirtschaftlich, oder wo liegt die Grenze der minimalen Aussentemperatur?

Antwort vom Autor:

Wenn Sie verbilligten Strom nur nachts erhalten, dürfte es in der Regel finanziell günstiger sein, das Warmwasser dann zu erzeugen. Es gibt aber auch Tarife, bei denen ein Betrieb in gewissen Stunden des Nachmittags möglich ist. Wie viel das hilft, hängt natürlich davon ab, wie viel wärmer es am Tag ist. Bei klaren (unbewölkten) Wetterlagen können es durchaus mehr als 15 Grad sein, und das hilft dann schon sehr.

07.10.2021

Ich überlege mir, in einem nur mit Holz geheizten (Kachelofen etc.) Ferienhaus einen Elektroboiler durch eine Brauchwasserwärmepumpe zu ersetzen. Lage: 1400 m ü. M. Aussentemperaturen im Winter z.T. unter −10. Könnte es sich allenfalls empfehlen, die Außenzuluft durch einen Luftthermokollektor in den Boiler-Kellerraum zu blasen (allerdings unterstützen diese Luftthermokollektoren nur bei gerade aktuellem Sonnenschein)?

Antwort vom Autor:

Es sollte schon deutlich helfen, aber vermutlich auch einiges kosten; ob es sich lohnt, kann ich nicht sagen.

13.10.2021

Was ist beim Umstieg von Öl/Gasbrenner auf Wärmepumpe seitens des Heizkreislaufs zu beachten?

Antwort vom Autor:

Wenn der Heizkreislauf wie üblich durch Thermostatventile gedrosselt werden kann, braucht man einen Pufferspeicher, um immer einen ausreichenden Wasser-Volumenstrom durch die Wärmepumpe zu erreichen.

Eine sorgfältige Optimierung der Vorlauftemperatur und ein hydraulischer Abgleich sind außerdem immer wichtig – noch wichtiger als bei Heizkesseln.

21.07.2022

Wir haben eine LW-WP seit 3 Jahren im Einsatz. Mit dem Stromverbrauch (im Winter) sind wir nicht wirklich zufrieden, daher führe ich Buch. Normalerweise verbraucht sie jetzt im Sommer ca. 2-3 kWh am Tag für Warmwasser. Die letzten paar Tage liegt der Wert jedoch bei 5-6 kWh. Kann dies am heißen Wetter oder der trockenen Außenluft liegen?

Antwort vom Autor:

Nein, bei heißem Wetter sollte die Effizienz sogar besser sein. Auch trockene Luft stört nicht. Vielleicht haben Sie wegen der Hitze mehr geduscht?

20.11.2022

Die Leistung von WP ist bei kalten Temperaturen doch bekanntlich tiefer. Ich verstehe daher nicht, dass bei diversen Herstellern die Heizleistung bei A-7/W35 (z. B. 12 kW) höher ist als bei A10/W35 (z. B. 10 kW). Wie ist dies zu erklären?

Antwort vom Autor:

Bei konstanter Kompressorleistung wäre dies nicht möglich. Ich vermute, dass es sich um leistungsgeregelte Wärmepumpen handelt, bei denen die Steuerung bei höheren Außentemperatur die Kompressorleistung stärker begrenzt, weil man dann ja auch nicht so viel Heizleistung benötigt.

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