Funktioniert eine Wärmepumpe auch bei Minusgraden?

Wie funktionieren Wärmepumpen?

Eine Wärmepumpe funktioniert im Winter genauso wie auch bei höheren Temperaturen. Bei sehr niedrigen Temperaturen kommt zusätzlich ein Heizstab zum Einsatz. Für feuchtfrostiges Wetter verfügen Luft-Wasser-Wärmepumpen über eine integrierte Abtaufunktion. Diese sorgt dafür, dass die Außeneinheit nicht einfriert und auch bei Minusgraden einwandfrei funktioniert.

So funktioniert der Kältemittelkreislauf:

• Wärmepumpen entziehen die Energie aus ihrer jeweiligen Wärmequelle – dem Grundwasser, der Umgebungsluft oder dem Erdreich.
• Durch die Aufnahme der Umweltwärme verdampft das Kältemittel im Inneren. Durch den niedrigen Siedepunkt, der bei Propan (R290) bspw. bei –42,1 °C liegt, funktioniert das auch bei extremer Kälte.
• Ein Kompressor verdichtet das gasförmige Kältemittel, wodurch die Temperatur weiter erhöht wird.
• Die Hitze des verdichteten Kältemittels wird auf das Heizungswasser übertragen.

Besondere Funktionen der Wärmepumpe bei Minusgraden

Vor allem Luft-Wasser-Wärmepumpen, bei denen die Außeneinheit der Witterung ausgesetzt ist, verfügen über eine Heizungsunterstützung:

• Heizstab

Liegen die Temperaturen unter dem sogenannten Bivalenzpunkt, unterstützt ein Heizstab die Wärmepumpe. Dieser funktioniert ähnlich wie ein Tauchsieder im Pufferspeicher, der das Wasser erwärmt und den Strom eins zu eins als Wärme auf das Wasser überträgt. Der Heizstab ist zwar deutlich ineffizienter als die Wärmepumpe, macht jedoch lediglich rund 1,9 % des gesamten Wärmebedarfs im Jahr aus.*

Kurz erklärt: Der Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe liegt zwischen –2 °C und –8 °C. An 90 % der Tage im Jahr liegt die Außentemperatur über dem Bivalenzpunkt und die Wärmepumpe heizt ohne zusätzliche Unterstützung.

Die Alternative zum Heizstab wäre eine größere Dimensionierung der Wärmepumpe. Dadurch wäre die Wärmepumpe jedoch die meiste Zeit zu groß ausgelegt. Das führt zum Takten, was den Energieverbrauch deutlich erhöht und zu einem größeren Verschleiß führt.

• Abtaufunktion

Liegen die Außentemperaturen unter dem Gefrierpunkt, kann die Wärmepumpe vereisen. Das ist kein Grund zur Sorge. Sensoren prüfen, ob eine Vereisung vorliegt und aktivieren automatisch die Abtaufunktion.

Bei der elektrischen Abtaufunktion befindet sich ein Heizstab in der Außeneinheit. Der bringt das Eis zum Schmelzen, das über das Entwässerungssystem abfließt.

Bei der Prozessumkehr wird der Kältemittelkreislauf kurzzeitig umgekehrt und die Wärmepumpe entzieht dem Pufferspeicher Wärme. Dadurch wird das Kältemittel erwärmt und die gefrorenen Komponenten tauen auf. Danach wird der Kältemittelkreislauf wieder auf Normalbetrieb umgestellt.

Funktioniert eine Wärmepumpe auch bei Minusgraden zuverlässig?

Ja, Wärmepumpen fallen nicht aus oder heizen weniger gut, wenn es draußen sehr kalt ist. Selbst bei sehr niedrigen Außentemperaturen wird das Haus zuverlässig mit Wärme versorgt. Dass auch bei strengen Frost ausreichend Wärme zur Verfügung steht, stellt ein elektrischer Heizstab sicher.

Wärmepumpen verbrauchen lediglich mehr Strom und werden dadurch etwas weniger effizient. In der Regel liefern Erdreich, Grundwasser oder Außenluft aber genug Wärmeenergie, sodass Wärmepumpen auch im Winter größtenteils ohne Heizstab arbeiten.

Gut zu wissen: Im Jahresdurchschnitt werden nur rund ein Viertel elektrische Energie, also Strom, für den Betrieb der Wärmepumpe benötigt. Die übrigen 75 % stammen aus kostenloser Umweltenergie, weshalb der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe zwischen ca. 300 und 500 % liegt. Dadurch heizen Wärmepumpen im Durchschnitt rund viermal effizienter als Gasheizungen.

Kann eine Wärmepumpe bei Minusgraden vereisen?

Eine vereiste Wärmepumpe ist im Winter bei Minusgraden normal. Je niedriger die Außentemperatur und je höher die Luftfeuchtigkeit, desto häufiger kann eine Wärmepumpe vereisen. Im regulären Betrieb verfügen Wärmepumpen über eine automatische Abtaufunktion.

Dabei überwachen Sensoren die Differenz zwischen Außentemperatur und Kältemittel. Liegt eine Vereisung vor, kann nicht genügend Luft angesaugt und damit das Kältemittel nicht richtig erwärmt werden.

Wie effizient ist eine Wärmepumpe bei Minusgraden?

• 0 °C: Bei einer Außentemperatur von 0 °C erzielen moderne Wärmepumpen weiterhin sehr gute Effizienz-Werte. Sie können problemlos ausreichend Wärme aus der Umgebungsluft, dem Grundwasser oder dem Erdreich gewinnen, um Gebäude effizient und sparsam zu beheizen.
• –10 °C: Außentemperaturen von –10 °C verlangen Wärmepumpen etwas mehr Leistung ab. Moderne Anlagen können nach wie vor effizient arbeiten, ohne den Stromverbrauch in die Höhe schnellen zu lassen. In manchen Fällen ist bereits der Einsatz des Heizstabs notwendig. Durch die höhere Leistung, die benötigt wird, steigt dementsprechend der Energieverbrauch leicht an.
• –15 °C: Diese Temperaturen stellen für einige Wärmepumpen eine größere Herausforderung dar. Dies bedeutet jedoch nicht, dass ein Ausfallen der Anlage befürchtet werden muss. Bei solchen Temperaturen kommt der elektrische Heizstab häufiger zum Einsatz, was den Stromverbrauch für diesen Zeitraum erhöht.

Wichtig: Der Stromverbrauch einer Wärmepumpe bei zweistelligen Minusgraden ist nur begrenzt aussagefähig. Für eine korrekte Effizienzermittlung ist vielmehr der durchschnittliche Jahresverbrauch ausschlaggebend.

Sind Wärmepumpen bei Minusgraden Stromfresser?

Nein, Wärmepumpen sind bei fachgerechter Dimensionierung und Installation auch bei Minusgraden keine Stromfresser. Wie bei jedem Heizsystem steigt der Energiebedarf an kalten Wintertagen an. Denn je niedriger die Außentemperatur, desto mehr muss geheizt werden, um die gewünschte Raumtemperatur zu erhalten.

Kurz erklärt: In fast allen Wärmepumpen ist für extrem kalte Tage ein Elektroheizstab verbaut, der bei Minusgraden zum Einsatz kommt. Dieser wandelt Strom eins zu eins in Wärme um und ist daher deutlich ineffizienter als die Wärmepumpe. Aber auch das macht die Wärmepumpe nicht gleich zum Stromfresser. Im Jahresverbrauch macht der Anteil des Heizstabs durchschnittlich lediglich 1,9 % aus.

Der Stromverbrauch einer Wärmepumpe beträgt pro Tag im Winter in einem Einfamilienhaus mit 150 m² Wohnfläche durchschnittlich 20–35 kWh.

Dass Sie an kalten Wintertagen einen höheren Stromverbrauch haben, als in einer lauen Herbstnacht, ist normal und kein Grund zur Sorge. Ausschlaggebend ist vor allem die Jahresarbeitszahl (JAZ), die als wichtigste Effizienzkennzahl die Effizienz der Wärmepumpe über das ganze Jahr hinweg anzeigt.

Tipps: Wie Sie bei Minusgraden mit Ihrer Wärmepumpe Strom sparen können

Bei Minusgraden benötigen Wärmepumpen mehr Strom, um die jeweilige Energiequelle auf die notwendige Temperatur zu bringen. So können Sie trotz starker Minusgrade mit Ihrer Wärmepumpe Strom sparen:

1. Den energetischen Zustand des Hauses prüfen lassen

Der energetische Zustand des Hauses ist von großer Bedeutung, wenn es um die Effizienz der Wärmepumpe geht. Ein gut gedämmtes Haus sowie die Verwendung passender Heizkörper sparen Strom und damit auch Betriebskosten. Ist Ihr Wärmebedarf sehr hoch und liegt bei über 200 kWh/m² im Jahr, sollten Sie unabhängig vom Heizsystem Ihr Gebäude sanieren.

Das bestätigt auch Dr. Marek Miara, Koordinator Wärmepumpen beim Fraunhofer-Institut, im thermondo-talk zur Wärmepumpe im Bestand:

2. Wärmepumpe mit Photovoltaik & Energiemanagement kombinieren

Eine weitere Möglichkeit ist es, den Strom für die Wärmepumpe selbst herzustellen. Die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik macht das möglich. Mit dieser Kombination können Sie nicht nur sehr viel Betriebskosten einsparen, sondern sich auch unabhängig ggü. steigender Strompreise machen.

Gut zu wissen: Wenn Sie zusätzlich einen Stromspeicher verwenden, der den produzierten und nicht benötigten Strom zwischenspeichert, können Sie Ihren Autarkiegrad noch weiter erhöhen. Wird der Wärmepumpenbetrieb von einem intelligenten Energiemanager optimiert, kann der Autarkiegrad Ihres Hauses sogar bis zu 70 % betragen.

Fazit: Wärmepumpen funktionieren auch bei Minusgraden noch sehr gut

Wärmepumpen haben auch bei zweistelligen Minusgraden kein Problem damit, Ihr Haus ordentlich aufzuheizen. Ein Ausfall ist auch bei sehr niedrigen Temperaturen ausgeschlossen.

Lediglich der Stromverbrauch kann bei extremer Kälte steigen. Doch auch in diesem Fall können Sie mit passenden Heizkörpern und einer guten Dämmung gegensteuern. So gibt es auch nach besonders kalten Winterperioden keine böse Überraschung.

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