Große Effizienzunterschiede bei Wärmepumpen durch Auslegung und Regelung

Aus einer neuen Studie, die in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift Energy and Buildings veröffentlicht wurde, geht hervor, dass es eine auffallend große Kluft zwischen gut und schlecht funktionierenden Wärmepumpensystemen gibt – mit erheblichen Folgen für Energiekosten, CO₂-Emissionen und das Vertrauen der Verbraucher. Die Effizienz von Wärmepumpen hängt stark von der Auslegung, Dimensionierung und Regelung der Systeme ab.

Die Studie vergleicht zwei große Datensätze mit Praxisdaten von Wärmepumpen im Vereinigten Königreich. Zum einen handelt es sich um HeatpumpMonitor.org, eine Open-Source-Plattform, auf der engagierte Haushalte ihre Wärmepumpen detailliert überwachen und Daten teilen. Zum anderen wird die staatlich unterstützte Electrification of Heat (EoH) Trial herangezogen – ein groß angelegtes Demonstrationsprojekt mit Hunderten von Installationen in typischen Wohngebäuden.

Als zentrale Kennzahl verwenden die Forschenden den Seasonal Performance Factor (SPF). Dieser gibt an, wie viel Wärme eine Wärmepumpe im Jahresdurchschnitt pro eingesetzter Einheit elektrischer Energie liefert. Als Faustregel gilt: Je höher der SPF, desto effizienter das System.

Die Unterschiede zwischen beiden Datensätzen sind bemerkenswert. Wärmepumpen aus der HeatpumpMonitor-Datenbasis erreichen im Durchschnitt einen SPF von etwa 3,9. Das bedeutet, dass sie nahezu viermal so viel Wärme liefern, wie sie an elektrischer Energie verbrauchen. In der EoH-Studie liegt der Durchschnitt hingegen bei nur 2,8. Dieser Unterschied mag auf den ersten Blick gering erscheinen, hat jedoch große Auswirkungen: Bei einem niedrigen SPF können die Heizkosten – insbesondere bei den aktuellen Strompreisen – sogar höher ausfallen als bei einer modernen Gasheizung.

Das Problem liegt nicht in der Technologie

Nach Einschätzung der Forschenden ist diese Leistungskluft nicht auf die Wärmepumpe als Technologie zurückzuführen, sondern auf die Art und Weise, wie die Systeme geplant, eingestellt und betrieben werden. Die leistungsstärksten Anlagen sind keine Prototypen oder Sonderlösungen, sondern ganz normale Wärmepumpen, die durchdacht ausgelegt und korrekt eingestellt wurden.

Ein entscheidender Faktor ist die Vorlauftemperatur des Heizsystems. In der Praxis arbeiten viele Wärmepumpen mit relativ hohen Temperaturen von 45 bis 50 Grad Celsius, was die Effizienz deutlich mindert. Bei den bestperformenden Anlagen liegt die Vorlauftemperatur häufig unter 40 Grad Celsius – ein Wert, der nachweislich zu höheren Wirkungsgraden führt.

Zudem arbeiten Wärmepumpen am effizientesten, wenn sie kontinuierlich modulieren und ihre Leistung an den aktuellen Wärmebedarf anpassen können. In vielen Haushalten ist jedoch das Gegenteil der Fall: Die Systeme schalten häufig ein und aus oder sind mit ungeeigneten witterungsgeführten Heizkurven eingestellt. Dies führt zu unnötigen Energieverlusten und erhöhtem Verschleiß.

In der EoH-Studie waren Wärmepumpen zudem häufig überdimensioniert, hydraulisch falsch abgeglichen oder nicht ausreichend auf das Wärmeabgabesystem des Gebäudes abgestimmt. Heizkörper sind beispielsweise nicht immer für niedrige Vorlauftemperaturen ausgelegt, sodass die Wärmepumpe stärker arbeiten muss als erforderlich.

Die Wärmepumpen in der HeatpumpMonitor-Datenbasis wurden dagegen häufig von spezialisierten Fachbetrieben installiert oder von den Bewohnern selbst aktiv optimiert. Dies erklärt teilweise, warum diese Systeme dauerhaft bessere Leistungen erzielen. Die Studie zeigt, dass gute Ergebnisse reproduzierbar sind – sie entstehen jedoch nicht automatisch.

Folgen für Kosten und Akzeptanz

Die Effizienzkluft hat direkte wirtschaftliche Auswirkungen. Bei einem SPF von etwa 2,8 kann elektrisches Heizen teurer sein als Heizen mit Gas, was die Akzeptanz von Wärmepumpen untergräbt. Bei einem SPF von 3,8 bis 4,0 kehrt sich dieses Bild vollständig um: Dann sind Wärmepumpen nicht nur klimafreundlich, sondern auch wirtschaftlich attraktiv. Der Unterschied zwischen einem gut und einem schlecht ausgelegten System kann mehrere Hundert Pfund pro Jahr betragen – rund 26 Prozent für einen durchschnittlichen Haushalt.

Ein bemerkenswerter Aspekt der Studie ist der Einsatz von Open-Source-Daten. Durch die Offenlegung realer Betriebsdaten wird sichtbar, was funktioniert – und was nicht. Die Forschenden plädieren daher für eine breitere und stärker standardisierte Überwachung von Wärmepumpen. Dies könnte Installateuren, politischen Entscheidungsträgern und Verbrauchern helfen, realistische Erwartungen zu entwickeln und bei Bedarf schneller gegenzusteuern.

Die Studie spricht mehrere Empfehlungen aus, um die Effizienzkluft zu schließen. Dazu zählen eine stärkere Fokussierung auf Niedertemperatur-Auslegung, bessere Aus- und Weiterbildung sowie Zertifizierung von Installateuren und klare Leitlinien für Inbetriebnahme und Nachbetreuung. Auch politische Maßnahmen können beitragen – etwa durch die Förderung von Leistungsmonitoring statt der reinen Zählung installierter Wärmepumpen. Technisch gesehen ist ein SPF von 4,0 oder sogar höher erreichbar, selbst bei Vorlauftemperaturen unter 42 Grad Celsius.

Die zentrale Botschaft der Forschenden lautet, dass Wärmepumpen durchaus hervorragende Leistungen erbringen können – bislang geschieht dies jedoch zu oft zufällig. Solange der Fokus auf einer schnellen Markteinführung liegt, ohne ausreichend auf Qualität und Fachwissen zu achten, werden die Ergebnisse uneinheitlich bleiben. „Die Wärmepumpe ist kein Wundermittel, das automatisch gut funktioniert. Erst wenn Planung, Installation und Betrieb aufeinander abgestimmt sind, wird das versprochene Potenzial tatsächlich erreicht“, so das Fazit der Forschenden.

Dieser Artikel ist eine Übersetzung eines Beitrags, der zuvor auf Warmte365 erschienen ist.