Wie funktioniert eine Wärmepumpe? Einfach erklärt
Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe verständlich erklärt: Kältekreislauf, Kompressor, COP und JAZ – ohne Fachchinesisch.
Inhaltsverzeichnis
- Das Grundprinzip: Wärme aus der Umgebung
- Der Kältekreislauf im Detail
- COP und JAZ: Die Effizienz-Kennzahlen
- Wie unterscheiden sich die Wärmepumpentypen?
- Typische Fehler und Missverständnisse
- Was kostet der Betrieb konkret?
Das Grundprinzip: Wärme aus der Umgebung
Stellen Sie sich Ihren Kühlschrank vor – aber umgekehrt. Der Kühlschrank entzieht dem Inneren Wärme und gibt sie an die Küche ab. Eine Wärmepumpe macht genau das Gegenteil: Sie entzieht der Umgebung (Luft, Erde oder Grundwasser) Wärme und gibt diese an das Heizsystem im Gebäude ab.
Das physikalische Kunststück: Selbst bei -10 °C Außentemperatur enthält die Luft noch verwertbare thermische Energie. Die Wärmepumpe macht diese Energie nutzbar – mit Hilfe eines Kältemittels und eines Kompressors, der elektrisch angetrieben wird.
Das Verhältnis ist eindrucksvoll: Für 1 kWh elektrischen Antriebsstrom liefert eine gut ausgelegte Wärmepumpe 2,5 bis 5 kWh Heizwärme. Der Rest kommt kostenlos aus der Umgebung.
Der Kältekreislauf im Detail
Das Herzstück jeder Wärmepumpe ist der geschlossene Kältekreislauf mit vier Stationen:
Station 1 – Verdampfer Das Kältemittel fließt durch den Verdampfer, der im Kontakt mit der Wärmequelle steht (Außenluft, Erdsole oder Grundwasser). Das Kältemittel hat einen sehr niedrigen Siedepunkt (je nach Typ -40 bis -20 °C), weshalb es selbst bei Minusgraden verdampft und dabei Wärme aus der Umgebung aufnimmt.
Station 2 – Kompressor Der elektrisch betriebene Kompressor verdichtet den gasförmigen Kältemitteldampf. Physikalisches Gesetz: Druck erhöht die Temperatur. Das Gas erreicht nun 60–100 °C.
Station 3 – Kondensator / Verflüssiger Das heiße Gas gibt seine Wärme an den Heizwasserkreis ab. Dabei kühlt es ab und wird wieder flüssig. Das Heizwasser nimmt diese Wärme auf und verteilt sie über Heizkörper oder Fußbodenheizung im Gebäude.
Station 4 – Expansionsventil Das flüssige Kältemittel wird entspannt, dabei sinkt seine Temperatur wieder stark ab – und der Kreislauf beginnt von vorn.
COP und JAZ: Die Effizienz-Kennzahlen
COP (Coefficient of Performance) ist die Momentaneffizienz unter normierten Testbedingungen (z. B. A7/W35 = 7 °C Außentemperatur, 35 °C Vorlauf). Ein COP von 4,0 bedeutet: 4 kWh Wärme für 1 kWh Strom. Gut für Herstellervergleiche, sagt aber wenig über den Alltag aus.
JAZ (Jahresarbeitszahl) ist die reale Effizienz über ein ganzes Heizjahr unter tatsächlichen Bedingungen. Sie berücksichtigt:
- Schwankende Außentemperaturen (im Winter schlechter, im Herbst/Frühling besser)
- Abtauzyklen bei Luftwärmepumpen
- Warmwasserbereitung (erfordert höhere Vorlauftemperatur)
- Betrieb von Zusatzheizstab bei Extremkälte
| Wärmepumpentyp | Typische JAZ |
|---|---|
| Luft-Wasser (gut installiert) | 3,0–4,2 |
| Sole-Wasser (Erdsonde) | 4,0–5,0 |
| Wasser-Wasser (Grundwasser) | 4,5–6,0 |
| Luft-Luft | 2,8–4,0 |
Faustregel: Jeder Grad weniger Vorlauftemperatur verbessert die JAZ um ca. 2,5 %. Eine Fußbodenheizung mit 35 °C Vorlauf erzielt deutlich bessere Werte als Heizkörper mit 55 °C.
Wie unterscheiden sich die Wärmepumpentypen?
Die Wärmequelle ist das entscheidende Merkmal:
Luft-Wasser-Wärmepumpe: Saugt Außenluft an und entzieht ihr Wärme. Günstigste Installation, aber effizienzsensibel bei Kälte. Zwei Bauformen: Monoblock (alles außen) und Split (Außen- und Inneneinheit getrennt).
Sole-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt Erdwärme über Erdsonden (vertikal, 80–150 m tief) oder Erdkollektoren (horizontal, 50–200 m² Fläche). Konstante Temperatur der Wärmequelle → hohe Jahreseffizienz. Bohrung kostet extra und braucht Genehmigungen.
Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt Grundwasser als Wärmequelle. Höchste Effizienz, aber nicht überall verfügbar und wasserrechtlich genehmigungspflichtig.
Luft-Luft-Wärmepumpe: Heizt die Raumluft direkt (kein Wasserheizkreis). Gut für gut gedämmte Häuser, gleichzeitig oft mit Klimaanlage kombinierbar. Kein Warmwasser inklusive.
Typische Fehler und Missverständnisse
„Wärmepumpen funktionieren nur in gut gedämmten Häusern": Falsch. Entscheidend ist nicht die Dämmung, sondern die mögliche Vorlauftemperatur. Auch schlecht gedämmte Gebäude können eine Wärmepumpe nutzen, wenn die Heizkörper entsprechend ausgelegt werden.
„Der Strom macht sie unrentabel": Nur bei schlechter Planung. Mit einem Wärmepumpenstromtarif (ca. 20–24 ct/kWh) und einer JAZ von 3,5 sind die Heizkosten oft niedriger als mit Gas.
„Sie hören sich laut an": Moderne Wärmepumpen liegen bei 35–55 dB(A) im Abstand von 1 Meter. In 5 Metern Entfernung entspricht das normaler Zimmerlautstärke. Rechtlicher Grenzwert im Wohngebiet: 35 dB(A) nachts.
„Die JAZ-Angabe des Herstellers gilt für mich": Nein. Herstellerangaben gelten für Normtestverhältnisse. Ihre reale JAZ hängt von Vorlauftemperatur, Klima, Gebäude und Betriebsweise ab.
Was kostet der Betrieb konkret?
Praxisbeispiel: Einfamilienhaus, 140 m², Wärmebedarf 12.000 kWh/Jahr, JAZ 3,5, Wärmepumpenstromtarif 23 ct/kWh.
- Stromverbrauch: 12.000 kWh ÷ 3,5 = 3.429 kWh Strom/Jahr
- Stromkosten: 3.429 × 0,23 € = 788 €/Jahr
- Wartungskosten: ca. 200–300 €/Jahr
- Gesamtbetriebskosten: ca. 1.000–1.100 €/Jahr
Zum Vergleich: Dieselbe Wärme mit Gas (0,09 €/kWh, Wirkungsgrad 95 %) würde ca. 1.137 €/Jahr kosten – noch ohne steigende CO₂-Bepreisung.
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Häufige Fragen
Was ist der Unterschied zwischen COP und JAZ?
Der COP (Coefficient of Performance) beschreibt die momentane Effizienz unter bestimmten Testbedingungen. Die JAZ (Jahresarbeitszahl) ist der reale Wirkungsgrad über ein ganzes Heizjahr – sie ist die relevante Kennzahl für Ihren tatsächlichen Stromverbrauch.
Warum braucht eine Wärmepumpe Strom, obwohl sie 'kostenlose' Wärme nutzt?
Der Strom treibt den Kompressor an, der das Kältemittel verdichtet und damit die Temperatur anhebt. Ohne diesen Antrieb könnte die Wärmeenergie der Umgebung nicht auf das für Heizung nötige Niveau gebracht werden.
Kann eine Wärmepumpe auch bei -15 °C funktionieren?
Ja. Moderne Wärmepumpen sind bis -20 °C oder sogar -25 °C (Kälteklasse A) betriebsfähig. Die Effizienz sinkt bei extremer Kälte, aber die Heizleistung ist weiterhin gewährleistet.
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