Im Bereich der Heiz- und Kühltechnik haben sich Wärmepumpen als hocheffiziente und umweltfreundliche Lösung etabliert. Sie werden häufig in Wohn-, Gewerbe- und Industriegebäuden eingesetzt, um sowohl Heiz- als auch Kühlfunktionen zu erfüllen. Um den Nutzen und die Funktionsweise von Wärmepumpen wirklich zu verstehen, ist es wichtig, sich mit ihren Funktionsprinzipien und dem Konzept der Leistungszahl (COP) zu befassen.
Die Funktionsprinzipien von Wärmepumpen
Grundkonzept
Eine Wärmepumpe ist im Wesentlichen ein Gerät, das Wärme von einem Ort zum anderen überträgt. Im Gegensatz zu herkömmlichen Heizsystemen, die Wärme durch Verbrennung oder elektrischen Widerstand erzeugen, transportieren Wärmepumpen vorhandene Wärme von einem kühleren in einen wärmeren Bereich. Dieser Vorgang ähnelt der Funktionsweise eines Kühlschranks, nur umgekehrt. Ein Kühlschrank entzieht seinem Inneren Wärme und gibt sie an die Umgebung ab, während eine Wärmepumpe Wärme aus der Außenumgebung entzieht und in Innenräumen abgibt.
Der Kältekreislauf
Der Betrieb einer Wärmepumpe basiert auf dem Kältekreislauf, der aus vier Hauptkomponenten besteht: dem Verdampfer, dem Kompressor, dem Kondensator und dem Expansionsventil. Hier ist eine Schritt-für-Schritt-Erklärung, wie diese Komponenten zusammenarbeiten:
- Verdampfer: Der Prozess beginnt im Verdampfer, der sich in der kühleren Umgebung (z. B. außerhalb des Hauses) befindet. Das Kältemittel, eine Substanz mit niedrigem Siedepunkt, nimmt Wärme aus der Umgebungsluft oder dem Boden auf. Durch die Wärmeaufnahme verwandelt sich das Kältemittel vom flüssigen in den gasförmigen Zustand. Dieser Phasenwechsel ist entscheidend, da das Kältemittel dadurch eine erhebliche Wärmemenge transportieren kann.
- Kompressor: Das gasförmige Kältemittel gelangt anschließend zum Kompressor. Der Kompressor erhöht Druck und Temperatur des Kältemittels durch Komprimierung. Dieser Schritt ist wichtig, da er die Temperatur des Kältemittels auf ein Niveau anhebt, das über der gewünschten Innentemperatur liegt. Das unter hohem Druck und hoher Temperatur stehende Kältemittel ist nun bereit, seine Wärme abzugeben.
- Kondensator: Der nächste Schritt betrifft den Kondensator, der sich in der wärmeren Umgebung (z. B. im Haus) befindet. Hier gibt das heiße, unter hohem Druck stehende Kältemittel seine Wärme an die umgebende Luft oder das Wasser ab. Während das Kältemittel Wärme abgibt, kühlt es ab und verwandelt sich wieder vom gasförmigen in den flüssigen Zustand. Dieser Phasenwechsel setzt eine große Wärmemenge frei, die zum Heizen des Innenraums genutzt wird.
- Expansionsventil: Schließlich passiert das flüssige Kältemittel das Expansionsventil, wodurch Druck und Temperatur sinken. Dieser Schritt bereitet das Kältemittel darauf vor, im Verdampfer erneut Wärme aufzunehmen, und der Zyklus wiederholt sich.
Der Leistungskoeffizient (COP)
Definition
Der Leistungskoeffizient (COP) ist ein Maß für die Effizienz einer Wärmepumpe. Er wird definiert als das Verhältnis der abgegebenen (oder abgeführten) Wärmemenge zur verbrauchten elektrischen Energiemenge. Einfacher ausgedrückt: Er gibt an, wie viel Wärme eine Wärmepumpe pro verbrauchter Stromeinheit erzeugen kann.
Mathematisch wird der COP wie folgt ausgedrückt:
COP=Verbrauchte elektrische Energie (W)Abgegebene Wärme (Q)
Mit einem COP (Coefficient of Performance) von 5,0 kann eine Wärmepumpe die Stromkosten im Vergleich zu herkömmlichen Elektroheizungen deutlich senken. Hier ist eine detaillierte Analyse und Berechnung:
Energieeffizienzvergleich
Herkömmliche Elektroheizungen haben einen COP von 1,0. Das bedeutet, dass sie pro verbrauchter kWh Strom 1 Wärmeeinheit erzeugen. Eine Wärmepumpe mit einem COP von 5,0 erzeugt dagegen 5 Wärmeeinheiten pro verbrauchter kWh Strom und ist damit deutlich effizienter als herkömmliche Elektroheizungen.
Berechnung der Stromkosteneinsparungen
Angenommen, es müssen 100 Wärmeeinheiten erzeugt werden:
- Traditionelle Elektroheizung: Benötigt 100 kWh Strom.
- Wärmepumpe mit COP von 5,0: Benötigt nur 20 kWh Strom (100 Wärmeeinheiten ÷ 5,0).
Wenn der Strompreis 0,5 € pro kWh beträgt:
- Traditionelle Elektroheizung: Die Stromkosten betragen 50 € (100 kWh × 0,5 €/kWh).
- Wärmepumpe mit COP von 5,0: Die Stromkosten betragen 10 € (20 kWh × 0,5 €/kWh).
Sparquote
Mit der Wärmepumpe können Sie im Vergleich zur herkömmlichen Elektroheizung 80 % der Stromkosten einsparen ((50 - 10) ÷ 50 = 80 %).
Praktisches Beispiel
In praktischen Anwendungen, wie beispielsweise der Warmwasserversorgung, gehen wir davon aus, dass täglich 200 Liter Wasser von 15 °C auf 55 °C erwärmt werden müssen:
- Traditionelle Elektroheizung: Verbraucht ungefähr 38,77 kWh Strom (bei einem angenommenen thermischen Wirkungsgrad von 90 %).
- Wärmepumpe mit COP von 5,0: Verbraucht ungefähr 7,75 kWh Strom (38,77 kWh ÷ 5,0).
Bei einem Strompreis von 0,5 € pro kWh:
- Traditionelle Elektroheizung: Die täglichen Stromkosten betragen etwa 19,39 € (38,77 kWh × 0,5 €/kWh).
- Wärmepumpe mit COP von 5,0: Die täglichen Stromkosten betragen etwa 3,88 € (7,75 kWh × 0,5 €/kWh).
Geschätzte Einsparungen für durchschnittliche Haushalte: Wärmepumpen vs. Erdgasheizung
Basierend auf branchenweiten Schätzungen und europäischen Energiepreistrends:
| Artikel | Erdgasheizung | Wärmepumpenheizung | Geschätzte jährliche Differenz |
| Durchschnittliche jährliche Energiekosten | 1.200–1.500 € | 600–900 € | Ersparnis von ca. 300–900 € |
| CO₂-Emissionen (Tonnen/Jahr) | 3–5 Tonnen | 1–2 Tonnen | Reduzierung um ca. 2–3 Tonnen |
Notiz:Die tatsächlichen Einsparungen variieren je nach den nationalen Strom- und Gaspreisen, der Qualität der Gebäudedämmung und der Effizienz der Wärmepumpe. Länder wie Deutschland, Frankreich und Italien weisen tendenziell höhere Einsparungen auf, insbesondere wenn staatliche Subventionen verfügbar sind.
Hien R290 EocForce Serie 6-16 kW Wärmepumpe: Monoblock-Luft-Wasser-Wärmepumpe
Hauptmerkmale:
All-in-One-Funktionalität: Heiz-, Kühl- und Warmwasserfunktionen
Flexible Spannungsoptionen: 220–240 V oder 380–420 V
Kompaktes Design: 6–16 kW Kompaktgeräte
Umweltfreundliches Kältemittel: Grünes Kältemittel R290
Flüsterleiser Betrieb: 40,5 dB(A) bei 1 m
Energieeffizienz: SCOP bis zu 5,19
Leistung bei extremen Temperaturen: Stabiler Betrieb bei –20 °C
Überlegene Energieeffizienz: A+++
Smart Control und PV-fähig
Anti-Legionellen-Funktion: Max. Auslasswassertemperatur 75ºC
Veröffentlichungszeit: 10. September 2025