Die klassische Luftwärmepumpe leistet immer dann gute Arbeit, wenn die Aussentemperatur "AT" während der Heizperiode über 5°C liegt. Ob das im Winterhalbjahr oft der Fall ist, hängt von der Region und natürlich vom Wetter ab. Sicher vorhersagen kann man das nicht. In Berlin und Brandenburg, sowie allgemein im Flachland kommt das häufiger vor als in den Bergen, weshalb die Luftwärmepumpe bei manchem Installateur auch als "Flachlandwärmepumpe" bezeichnet wird. Wegen dieser und ein paar anderen Unsicherheitsfaktoren haben wir uns (auch in Berlin) zur Luftwärmepumpe bisher mit Empfehlungen zurückgehalten, oder Luftwärmepumpen als Teil von Hybrid-Wärmepumpen mit anderen Umweltenergien effektiv kombiniert. Im Kapitel "Beste Wärmepumpen" gehen wir genauer darauf ein und erklären warum. Denn die Problematik der Effizienz einer Luftwärmepumpe im Winter kennen wir sehr genau. Es gibt aber Einzelfälle, bei denen aus bestimmten Gründen weder eine Grundwasserwärmepumpe, noch eine Tiefenbohrung genutzt werden kann oder darf. Das Umweltamt in Berlin als Beispiel lässt wegen der Grundwasserschichten im Umland von Berlin kaum Tiefenbohrungen zu. In Wasserschutzgebieten ist das ähnlich. Man hat dann nicht die Wahl zwischen den Systemen. Auf eine Wärmepumpe verzichten sollte man deshalb aber nicht. Auch bei dadurch eingeschränkteren Möglichkeiten machen wir mit Ihnen das Beste daraus!
Bisher konnte in der Realität (außerhalb der Messlabore) keine normale Luftwärmepumpe bei Temperaturen unter 5°C mit der Effizienz von Wärmepumpen der anderen Umweltenergiequellen Erdwärme und Grundwasser mithalten. Das liegt einerseits an der (niederen) Aussentemperatur selbst, die einen größeren "Temperaturhub" erfordert, und andererseits an der häufigen Vereisung der Luftwärmetauscher in der Ausseneinheit. Luft hat immer eine relative Luftfeuchtigkeit und bei geringen Temperaturen kann diese gefrieren, also Eis bilden. In der Ausseneinheit zirkuliert das Kühlmittel durch den Luftwärmetauscher mit je nach Gerät 5 - 8 Kelvin (Grad) weniger als die aktuelle Aussentemperatur "AT" (Bsp. AT 5°C / Kühlmittel 0°C bis -3° C). Wird der Luft im Wärmetauscher dann ihre Energie "entzogen" und die Luft dabei heruntergekühlt, kondensiert das in der Luft befindliche Wasser und vereist das Gerät. Je stärker Luft abgekühlt wird umso mehr Eis bildet sich. Das behindert dann die weitere Energieaufnahme aus der Aussenluft. Die Wärmepumpe kann so nicht mehr effizient arbeiten und muss enteist werden. Das geht bei Aussentemperaturen > 0°C im Stillstand, kann aber zu lange dauern. Oder man taut mittels Rückerwärmung aus dem Heizkreislauf oder durch zusätzlichen Strom ab. Beides verbraucht Energie, was in die Gesamtbilanz einzurechnen ist und die Effizienz verschlechtert. Wird die Wärmepumpe (auch teilweise) mit Strom aus dem Netz betrieben, kann das erhebliche Kosten nach sich ziehen. Je nach Klimazone und Luftfeuchtigkeit muss man diesen Effekt entsprechend berücksichtigen. In der Bundesrepublik gibt es zu jedem Standort verfügbare Klimadaten, die man vor dem Einbau einer Luftwärmepumpe beachten und auswerten sollte. Bildet sich gelegentlich Nebel, ist dies ein Zeichen für tendenziell höhere Luftfeuchtigkeit. Häufige Vereisung kann jede gut gemeinte Effizienzrechnung zunichte machen. Deshalb ist auch bei guten Labor-Messdaten einer Luftwärmepumpe immer eine gewisse Vorsicht geboten.
Wie wirkt man diesem typischen Problem der Luftwärmepumpe entgegen?
Durch Vergrößerung der Luft-Wärmetauscherfläche wird bei gleicher Leistung der Volumenstrom der Luft verringert und es kommt bezogen auf die Fläche zu etwas weniger Vereisung. Zudem steht mehr Tauscherfläche zur Verfügung, sodass die Vereisung möglicherweise (konstruktionsabhängig) langsamer und dadurch seltener eintritt. Wird der Temperaturunterschied zwischen Umgebungsluft und Kältemittel reduziert (kleiner 5 - 8 Kelvin), beginnt die Vereisung erst bei geringerer Temperatur. So kann der Temperaturbereich der Vereisung verkleinert werden, wodurch es seltener zur Vereisung kommt. Die kritischen Temperaturen werden dadurch im Tagesverlauf schneller durchschritten, was besonders bei abends absinkenden Temperaturen erkennbar Wirkung zeigt. Bei Aussentemperaturen unter 0°C nimmt die Vereisung tendenziell wieder ab, da die Luftfeuchtigkeit geringer ist und weniger am Wärmetauscher anhaftet.
Wird beim Einsatz einer Luftwärmepumpe nicht richtig gerechnet oder aus Preisgründen ein zu einfaches oder unpassendses Gerät installiert, kann das sehr schnell teuer werden. In manchen Forenbeiträgen oder in Mails von bei uns Ratsuchenden steht zu lesen, dass der Stromzähler im Winter "warmläuft". Wenn bei einem Ein- oder Zweifamilienhaus in der Kernwinterzeit 10.000 oder mehr Kilowattstunden aus dem Netz bezogen werden, hört der Spaß auf. Denn die Rechnung vom Energieversorger kommt bestimmt. Natürlich hängen die jährlichen Kosten vom Gebäudestandard und der Größe der beheizten Fläche ab. Man kann jedoch davon ausgehen, dass bei solchen Verbräuchen bei einem normalen Haus mit der Anlage etwas nicht stimmen kann. Ursachen kann es viele geben, jedoch ist eine der Folgenden dann immer dabei:
Was passiert in solchen Fällen?
Wenn die angeforderte Leistung von der Luftwärmepumpe nicht bereitgestellt wird, schaltet deren Steuerung den Heizstab ein. Statt einer "Hebelwirkung" durch den Temperaturhub der Wärmepumpe des in der Regel 4 - 6 fachen, verbrennt der Heizstab seinen Strom 1:1 abzüglich den Wirkungsgradverlusten. Wozu die Wärmepumpe bei richtiger Auslegung 1/4 bis 1/6 an Strom bräuchte, nimmt sich der Heizstab 4/4 bzw. 6/6, also das vier- bis sechsfache!
Was ist zu beachten damit es nicht dazu kommt?
Bevor man in ein Gebäude eine Wärmepumpe einbaut, muss man sich mit den Gegebenheiten genau befassen und die maßgeblichen Voraussetzungen für die Eignung der vorgesehenen Wärmepumpe prüfen. Das gilt für die Luftwärmepumpe genauso wie für andere Bauarten. Häufig wird aber mit der gutklingenden Jahresarbeitszahl "JAZ" geworben und dem Kunden mit dieser seine Energieersparnis vorgerechnet. Bei einer im Labor ermittelten Jahresarbeitszahl von z. B. 4,0 würde nur ein Viertel der Energie verbraucht, die bei herkömmlicher Heizung nötig wäre. Das klingt erstmal gut und ist in der Theorie richtig. In solchen Theoriewerten sind aber Installationsnachteile oder -fehler, Systemverluste der Heizkreise und über mehrere Tage anhaltend ungünstige Wetterlagen nicht berücksichtigt. Auch mit einem ungünstigen Aufstellort wird im Laborwert nicht kalkuliert. Die prognostizierten Jahresarbeitszahlen tragen auch nicht dem Umstand Rechnung, dass man Stromverbrauch in ineffizienten Phasen durch zu anderer Zeit höhere Effizienz nicht wieder gut machen kann. Verbrauchter Strom ist weg und kommt nicht wieder. Erst die in der Praxis nach Inbetriebnahme ermitelte eigene JAZ zeigt später den Unterschied zwischen Theorie und Praxis. Ist der zu groß, wird es teuer ...
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Wenn wir nach der Analyse und eingehender Prüfung zu dem Ergebnis kommen, dass mit einer Luftwärmepumpe geheizt werden kann, dann stellt sich natürlich die Frage, welches Gerät man nehmen soll. Dabei gilt fast immer die Regel:
"Spart man bei der Wärmepumpe an der falschen Stelle, zahlt man am Ende bei den Energiekosten drauf."
Deshalb empfehlen wir nur die Luftwärmepumpen mit den nachvollziehbar besten Effizienzwerten.
Ein Beispiel:
Für diesen Vergleich haben wir aus allen Testergebnissen die besten 7 Luftwärmepumpen mit einem COP-Wert ab 4.2 herausgesucht und abgebildet. Alle weniger effizienten Wärmepumpen bleiben unberücksichtigt. Somit vergleichen wir hier der "Créme de la Créme" unter den Luftwärmepumpen. Es handelt sich dabei um die bisher besten Geräte, die man als Luftwärmepumpe bekommen hat. Auch bei diesen Top-Geräten bleibt das Problem der Vereisung und der schlechteren COP-Werte bei Temperaturen unter 2°C. Im Durchschnitt liegen diese Spitzenreiter bei einem COP für A2-W35 von 4.30 und alle weiteren Geräte im Durchschnitt weit darunter.
Dem hier vorgestellten Vergleichsmodell der Luftwärmepumpe 08L wurde ein COP für A2-W35 mit 5,19 testiert. Das sind gut 20% mehr Leistung oder weniger Stromverbrauch gegenüber den bisher laut Testergebnis besten Geräten. Ein ganz erheblicher Unterschied!
Als weiteren technischen Effizienzvorteil ist diese Luftwärmepumpe auf einen Temperaturunterschied (sogenannte "Spreizung") im Wärmetauscher von nur 3 Kelvin kalibriert. Das bedeutet wesentlich weniger Kondensation aus der Luft und in Folge weniger Vereisung in einem wesentlich kleineren Temperaturbereich als bei 5 oder 8 Kelvin. Trotzdem kommt es natürlich zur Vereisung, aber seltener und weniger stark.
Was macht den großen Unterschied?
Sieht man sich zu diesen guten Leistungszahlen bei A2-W35 nun noch einmal die Temperaturdaten eines Musterstandortes an (hier Berlin), so kann man erkennen, dass mit den Mittleren Tages-Durchschnittstemperaturen selbst im Dezember und Januar ein COP von über 5 realistisch ist. Für Luftwärmpumpen sind das bisher nicht erreichte Spitzenwerte die bedeuten, dass man mit dieser Luftwärmepumpe zu den teureren Wärmepumpen-Systemen mit anderen Umweltenergien fast aufschließen und evtl. sogar mithalten kann. Diese technisch sehr gut gemachte Luftwärmepumpe erreicht mit den ermittelten Temperatur-Durchschnittswerten eine sehr akzeptable Effizienz und könnte je nach örtlichem Klima sogar als alleiniges Heizsystem eingesetzt werden
Zur Veranschaulichung haben wir in die Temperaturkurve den jeweiligen COP eingetragen. Dieser wurde durch rechnerische Interpolation der Messdaten ermittelt.
Sogar im Winter schafft dieses Gerät mit 1 Einheit Strom 5,1 bis 5,8 Einheiten Wärmeenergie. Das ist die Theorie. In der Praxis könnte die Temperatur natürlich über eine längere Phase absinken und weit unter der Durchschnittstemperatur bleiben. Das lässt sich weder vorhersehen noch vorhersagen. Wenn man aber aus den Temperaturaufzeichnungen der letzten Jahre ein Worst Case Szenario abbildet und damit immer noch im Bereich der anderen Top-Geräte knapp über 4 liegen würde, ist dies für eine Luftwärmepumpe ein ganz beachtliches Ergebnis.
Natürlich bleibt ein Risiko beim Winterwetter, dass sich nicht gänzlich ausschließen lässt. Zwar werden die Temperaturen in Durchschnitt immer höher, was uns der Klimawandel deutlich zeigt, aber trotzdem sind natürlich tiefere Temperaturen möglich. Um hier nicht mit der Effizienz durchzufallen - wenn auch eher kurzfristig - sollte man eine perfekt ausgearbeitete Anlage mit eigener Photovoltaik betreiben.
Sinnvoller Weise ergänzt man die Wärmepumpe mit einer sinnvollen Heizkreissteuerung im Haus und einem leistungsfähigen Schichtspeicher. Dieser kann Überschüsse in Zeiten hoher Effizienz aufnehmen und für weniger günstige Betriebszeiten bevorraten. Ein Batteriespeicher kann an sonnigen Wintertagen aufgeladen werden um bei wenig Sonnenschein und geringerer Aussentemperatur einen kurzfristig höheren Energieverbrauch zu kompensieren. Alle diese Möglichkeiten simulieren wir in unseren Berechnung um mit einer iordentlichen Wahrscheinlichkeit herauszufinden, wie weit wir mit Ihrem Haus Energieautarkie erreichen.
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