Effizient Heizen bei Minusgraden
Wie kommen Wärmepumpen mit eiskalten Wintertemperaturen klar?
Eine Wärmepumpe nutzt als Energiequelle die Wärme der Umwelt – also der Außenluft, des Bodens oder des Grundwassers. Dass dieses Prinzip auch bei eisigen Minusgraden funktioniert, mag schwer vorstellbar sein. Doch ein Blick nach Skandinavien zeigt: Auch dort, wo die Winter deutlich kälter sind als in Deutschland, kann man effizient und günstig mit der Wärmepumpentechnologie heizen. Wie ist das möglich?
Wie gewinnt eine Wärmepumpe Heizenergie?
Alle Arten von Wärmepumpen arbeiten nach dem gleichen Grundprinzip – und das selbst bei sehr niedrigen Außentemperaturen: Wärmeenergie wird der Umwelt durch ein Kältemittel entzogen und in einem vierstufigen Prozess auf ein höheres Temperaturniveau verdichtet.
Stufe 1 – Verdampfen: Umgebungswärme aus der Luft, dem Boden oder dem Grundwasser wird von einem Wärmeüberträger aufgenommen. Durch diesen fließt ein Kältemittel, das bereits bei sehr niedrigen Temperaturen vollständig verdampft.
Stufe 2 – Verdichten: In einem Kompressor wird das gasförmige Kältemittel verdichtet, wodurch sich seine Temperatur stark erhöht.
Stufe 3 – Verflüssigen: In einem Wärmetauscher überträgt der erhitzte Kältemitteldampf seine Energie an den Heizungskreislauf. Dadurch geht das Kältemittel wieder in den flüssigen Zustand über.
Stufe 4 – Entspannen: Das Kältemittel passiert jetzt ein sogenanntes Entspannungsventil. Dabei entspannt es sich druckseitig und kühlt auf seine Ausgangstemperatur ab – sodass es erneut Umweltwärme aufnehmen kann.
Warum funktionieren Luft-Wasser-Wärmepumpen sogar bei zweistelligen Minusgraden?
Die in Wärmepumpen eingesetzten Kältemittel verdampfen bereits bei extrem niedrigen Temperaturen. Der Siedepunkt des häufig verwendeten Kältemittels R-290 (Propan) liegt zum Beispiel bei rund -42,1 °C unter normalem Druck. Rein physikalisch betrachtet könnte es also bis zu dieser Temperatur seine Funktion als Kältemittel in einer Wärmepumpe erfüllen.
In der Praxis wird der Betrieb einer Luft-Wasser-Wärmepumpe jedoch durch weitere Faktoren begrenzt – etwa durch die Leistungsfähigkeit des Verdichters, die mögliche Vereisung des Verdampfers sowie durch Effizienzverluste des Gesamtsystems. Um Einschränkungen durch Eisbildung am Verdampfer zu verhindern, führen moderne Außengeräte bei Minusgraden regelmäßige Enteisungszyklen durch. Das komplette System der Luft-Wasser-Wärmepumpe funktioniert deshalb bis zu Außentemperaturen im Bereich von -20 bis -25 °C.
Das bedeutet: In den allermeisten bewohnten Gebieten Deutschlands ist der Betrieb auch an den kältesten Wintertagen möglich, denn Temperaturen unterhalb von -25 °C wurden in den letzten 20 Jahren nur in einigen Alpenrand- und Mittelgebirgsregionen gemessen. Allerdings sinkt bei allen Wärmepumpen mit fallenden Temperaturen auch der COP-Wert, also der Wirkungsgrad, und damit die energetische Effizienz. Wenn eine gute Gebäudedämmung und eine Flächenheizung mit niedriger Vorlauftemperatur vorhanden sind, ist die Heizleistung dann zwar noch ausreichend, der Bedarf an Strom (kWh) steigt jedoch deutlich an.
Lohnt sich eine Luft-Wasser-Wärmepumpe auch an sehr kalten Orten?
Das kommt darauf an. Vor der Wahl einer passenden Heizlösung sollte man sich in jedem Fall von einem Fachbetrieb beraten lassen und dabei alle beeinflussenden Faktoren sorgfältig betrachten, zum Beispiel:
- Lokale Temperaturverhältnisse: An wie vielen Wintertagen werden am Wohnort tatsächlich zweistellige Minustemperaturen gemessen?
- Gebäudedämmung: Wie gut ist der energetische Zustand der zu beheizenden Wohnräume? Handelt es sich bei dem Gebäude um einen Neubau nach Effizienzhausstandards oder um einen nicht optimal gedämmten Altbau?
- Heiztechnik: Sind die Wohnräume mit Flächenheizungen ausgestattet?
Sofern der Gebäudezustand und die Heiztechnik den heutigen energetischen Standards entsprechen, kann eine moderne Luft-Wasser-Wärmepumpe auch in Regionen mit sehr kalten Wintern wirtschaftlich attraktiv sein. Falls vereinzelt extreme Kältetemperaturen am Wohnort gemessen wurden, ist es eventuell sinnvoll, einen elektrischen Heizstab als Zusatzheizung in den Pufferspeicher des Heizsystems zu integrieren. Dieser wird ausschließlich zur Abdeckung seltener Lastspitzen eingesetzt und hat daher keinen relevanten Einfluss auf die Jahresarbeitszahl (JAZ) der Wärmepumpe.
Was ist, wenn es an meinem Wohnort kälter als -25 °C wird?
In Deutschland gibt es nur sehr wenige bewohnte Orte, an denen Temperaturen unter -25°C gemessen werden – aber es gibt sie: Das sächsische Kühnhaide beispielsweise stellt aufgrund seiner besonderen topografischen Lage regelmäßig Kälterekorde auf. Bis zu -31 Grad Celsius wurden in dem ca. 734 m hoch gelegenen Ort im Erzgebirge bereits gemessen (Januar 2016). Doch selbst wer dort oder in meteorologisch vergleichbaren Lagen wohnt, muss nicht auf die Wärmepumpentechnologie verzichten. Denn wo Luft-Wasser-Wärmepumpen möglicherweise an ihre technischen Grenzen stoßen, können Erdwärme- oder Grundwasserwärmepumpen noch sehr effizient arbeiten. Der Grund: In tieferen Erdschichten und im Grundwasser herrschen ganzjährig relativ konstante Temperaturen von etwa +8 bis +12 °C – unabhängig davon, wie kalt es an der Oberfläche ist. Dadurch steht diesen Wärmepumpen selbst bei strengem Frost eine stabile, mit moderatem Stromverbrauch anzapfbare Wärmequelle zur Verfügung – was einen effizienten Einsatz sogar in Polarregionen wie Nordskandinavien oder Alaska ermöglicht.
Wie viele Haushalte heizen in nordischen Ländern mit Wärmepumpen?
In Schweden, Norwegen und Finnland sind die Winter deutlich kälter als in Deutschland. Trotzdem sind alle drei Länder Vorreiter beim Einsatz der Wärmepumpentechnologie. In Norwegen heizen mehr als 63 % aller Haushalte mit Wärmepumpen, in Finnland sind es mehr als 52 % (Stand: 2024, Quelle: ehpa.org), für Schweden liegen keine aktuellen Zahlen vor, doch der Anteil dürfte nahe bei 50 % liegen. Beachtlich ist, dass auch in diesen Ländern größtenteils Luft-Wasser-Wärmepumpen installiert sind. Die Technologie hat sich bei unseren nordischen Nachbarn also bereits millionenfach im „Kälte-Praxistest“ bewährt.
Wie sichere ich den zuverlässigen Betrieb meiner Wärmepumpe an kalten Tagen?
Um Schäden durch Frost, Schnee oder Eis zu vermeiden und die Betriebssicherheit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe zu erhöhen, sind folgende Maßnahmen ratsam:
- Regelmäßige Wartung durch einen Fachbetrieb, idealerweise einmal jährlich – mit Prüfung von Kältemittelstand, Filtern, Lüftern, elektrischen Komponenten und dem Enteisungssystem
- Freihalten der Außeneinheit von Schnee und Eis, damit die Luftzufuhr nicht behindert wird
- Fachgerechte Isolierung aller außenliegenden Leitungen und Anschlüsse, um Wärmeverluste und Frostschäden zu vermeiden
Gegebenenfalls Installation einer Abdeckung oder Überdachung zum Schutz vor Schnee und Eis - Gegebenenfalls Einsatz eines elektrischen Heizstabs im Pufferspeicher als Zusatzheizung zur Abdeckung seltener Lastspitzen bei extremer Kälte
Fazit
Moderne Luft-Wasser-Wärmepumpen funktionieren bei Außentemperaturen bis zu -25 °C und können daher in den meisten Regionen Deutschlands problemlos eingesetzt werden. Dort, wo es noch kälter werden kann – zum Beispiel in Gebirgsregionen – sind Erdwärmepumpen und Grundwasserwärmepumpen eine gute Alternative. Entscheidend für den effizienten und sicheren Winterbetrieb einer Wärmepumpe sind eine gute Gebäudedämmung, möglichst große Heizflächen, eine fachgerechte Planung, die passende Systemwahl sowie regelmäßige Wartungen.
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