Wärmepumpe im Winter: Wie gut arbeitet sie bei Minusgraden, bis -20 und -25 °C?
Die Frage kommt jeden Winter: Funktioniert die Wärmepumpe, wenn es draußen friert? Ja. Unsere Luft-Wasser-Wärmepumpen mit Propan sind dafür gebaut, bei Minusgraden zu arbeiten: Propan verdampft bis -30 °C, also arbeitet die Maschine problemlos bis -25 °C, und die zertifizierten Datenblätter der Kita XS, SP und MP enthalten Werte bis zu dieser Temperatur. Wenn es kälter ist, verbraucht sie mehr, wie jede Heizung. Hier die Zahlen: Effizienz, verbleibende Leistung, wie viele Winterstunden wirklich unter null liegen und was mit Reif und Schnee passiert.
01
Warum sie auch bei Frost heizt
Für uns sind -25 °C bitterkalt, aber Luft mit dieser Temperatur hat noch Wärme abzugeben: Der echte Nullpunkt der Physik liegt bei -273 °C. Wärme fließt immer vom Wärmeren zum Kälteren, es reicht also, dass das Kältemittel im Außenwärmetauscher kälter ist als die Luft. Propan verdampft bis -30 °C: Bei -25 °C Außenluft ist es noch 5 Grad kälter, und die Wärme geht von der Luft ins Gas. Dann verdichtet es der Verdichter, die Temperatur steigt und die Wärme geht ans Heizungswasser, wie wir im Beitrag darüber, wie eine Wärmepumpe funktioniert erklären.
02
Der Verdichter macht den Unterschied
Nicht jede Maschine, die der Luft Wärme entzieht, ist für Kälte gebaut. Verdichter von Klimageräten arbeiten meist bis -10/-15 °C Verdampfungstemperatur; Verdichter von Wärmepumpen sind robuster, am besten Scroll, und kommen bis -30/-35 °C. Bei Minusgraden muss der Verdichter einen etwa doppelt so großen Druckhub schaffen wie in einem Klimagerät, und dafür braucht es eine stärkere Mechanik. Das erklären wir im Beitrag Klimagerät oder Wärmepumpe und in dem über Verdichter.
03
Wie effizient sie bei Minusgraden ist: die Zahlen aus dem Datenblatt
Nehmen wir die Kita SP 10 und ihr Volllast-Datenblatt nach UNI EN 14511-2. Mit 35 °C Wasser, der Temperatur einer Fußbodenheizung, erreicht sie COP 5,44 bei +7 °C, COP 3,52 bei -7 °C, COP 2,86 bei -15 °C und COP 2,12 bei -25 °C. Mit 55 °C Wasser, der Temperatur von Heizkörpern, geht es von COP 3,53 bei +7 °C auf COP 1,53 bei -25 °C. Auch am kältesten Tag liefert jede kWh Strom also 1,5 bis 2 kWh Wärme; ein Heizstab liefert 1. Sie verbraucht mehr, bleibt aber günstiger als ein Heizlüfter. Was der COP bedeutet, steht im Beitrag über den COP.
04
Die Leistung sinkt: deshalb zählt die Normaußentemperatur
Bei kälterer Luft verliert die Maschine nicht nur Effizienz, sondern auch Leistung. Mit 35 °C Wasser liefert die SP 10 bei +7 °C 10,0 kW, bei -7 °C 7,36 kW und bei -25 °C 4,37 kW: 44 %. Dasselbe gilt für die MP 16, von 15,04 auf 6,68 kW, und für die XS 9, von 9,00 auf 3,70 kW. Deshalb wird die Maschine nach der Leistung bei der Normaußentemperatur des Standorts gewählt, nicht nach der Nennleistung, wie wir im Beitrag über die Nutzleistung erklären. Die Normaußentemperatur hängt vom Ort ab und steht in der nationalen Norm; in Italien liegt sie in der Ebene bei etwa -5 °C und erreicht in den Bergen -15 °C und weniger. Wie man auslegt, steht im Beitrag über die Auslegung.
05
Wie viele Winterstunden wirklich unter null liegen
Die europäischen Energielabels verwenden drei Referenzklimate, jedes mit den Stunden eines typischen Winters nach Temperatur (Verordnung (EU) 811/2013). Im Durchschnittsklima, Straßburg, hat der Winter 4.910 Heizstunden: 686 liegen unter null, 14 %; bei -7 °C oder kälter sind es 73, 1,5 %; unter -10 °C keine. Im kälteren Klima, Helsinki, sind es 6.446 Stunden: 2.426 unter null, 38 %; bei -10 °C oder kälter 370, 5,7 %; bei -20 °C oder kälter 20 im ganzen Jahr. Die Jahresrechnung entscheiden also die Stunden zwischen 0 und +10 °C, wenn der COP hoch ist. Die Stunden bei -20 °C zählen für die Leistung, nicht für die Stromrechnung.
06
Reif: Der Feind ist der Nullpunkt, nicht -20 °C
Bei Minusgraden bildet sich Reif auf dem Außenwärmetauscher, und die Maschine muss ihn ab und zu abtauen. Versuchsstudien zeigen, dass sich am meisten Reif bildet, wenn die Luft um 0 °C liegt und feucht ist: Eine Studie von 2008 findet das Maximum um 0 °C, eine von 2014, durchgeführt zwischen -18 und +6 °C bei 70-90 % Feuchte, zwischen -3 und +3 °C. Bei -15 °C ist die Luft viel trockener, und es bildet sich weniger. Deshalb zählen zwei Dinge: der Lamellenabstand des Wärmetauschers, der groß sein muss, damit der Reif ihn nicht schnell zusetzt, wie wir im Beitrag über die Lamellen erklären, und eine Abtauung, die bei Bedarf startet und nicht nach Zeit, wie im Beitrag über die Abtauung.
07
Heizstäbe laufen kaum
Viele fürchten, dass im Winter der Heizstab statt der Wärmepumpe arbeitet. Die Feldmessungen sagen etwas anderes. Das Fraunhofer ISE hat vier Jahre lang 77 Wärmepumpen in Ein- bis Dreifamilienhäusern gemessen, auch in Altbauten: Die Luft-Wasser-Wärmepumpen erreichten im Mittel eine Jahresarbeitszahl von 3,4, zwischen 2,6 und 4,9, und die Heizstäbe deckten nur 1,3 % des Stroms. Das Institut weist selbst darauf hin, dass die gemessenen Winter mild waren. Mit einer Maschine der richtigen Größe bleibt der Heizstab eine Sicherheit, und ein Kessel daneben ist nicht nötig: Das erklären wir im Beitrag über Hybridheizungen.
08
In den kältesten Ländern Europas ist die Wärmepumpe normal
Wenn Wärmepumpen bei Kälte nicht funktionieren würden, hätten die Länder im Norden sie nicht gewählt. Norwegen, Schweden und Finnland haben das kälteste Klima Europas und zugleich die meisten Wärmepumpen pro Haushalt: über 40 je 100 Haushalte in jedem der drei Länder, Norwegen kam 2020 auf 60 je 100. Viele sind Luft-Luft-Geräte, am Ergebnis ändert das nichts: Wo es wirklich kalt ist, heizt man seit Jahrzehnten mit der Wärmepumpe.
09
Schnee und Eis: so wird installiert
Bei Schnee kommt es auf die Aufstellung an. Die Maschine gehört vom Boden angehoben auf einen Sockel, damit der Schnee den Wärmetauscher nicht erreicht und das Abtauwasser ablaufen kann: Bleibt es unter der Maschine, gefriert es zu einem Eisblock. Vorne und hinten braucht es freien Raum, damit die Luft durchkommt. Die Maschine wird nicht abgedeckt, und Reif wird nicht von Hand entfernt: Er taut mit der Abtauung von selbst ab.
10
Worauf man achtet, wenn man dort wohnt, wo es kalt ist
Drei Dinge. Die Normaußentemperatur des Standorts und die Heizlastberechnung, die sagen, wie viele kW am kältesten Tag gebraucht werden. Die Leistung, die die Maschine bei dieser Temperatur liefert, abgelesen im Datenblatt, nicht die Nennleistung. Die Wassertemperatur, die die Anlage braucht: Mit Fußbodenheizung bleibt der COP auch bei Minusgraden hoch, mit Heizkörpern braucht es eine Maschine, die 70 °C erreicht, wie wir im Beitrag über den Altbau erklären. Wer in den Bergen oder in einem kalten Land wohnt und wissen will, welche Maschine er braucht und was sie verbraucht: Fragen Sie uns.
11
Häufige Fragen
Bis zu welcher Außentemperatur funktioniert eine Wärmepumpe?
Das hängt von der Maschine ab. Unsere Luft-Wasser-Wärmepumpen mit Propan arbeiten bis -25 °C: Die zertifizierten Datenblätter der Kita XS, SP und MP enthalten Leistung und COP bis zu dieser Temperatur. Propan verdampft bis -30 °C.
Funktioniert eine Wärmepumpe bei Minusgraden?
Ja. Auch bei -25 °C hat die Luft Wärme abzugeben, weil das Kältemittel im Wärmetauscher kälter ist. Die Kita SP 10 erreicht mit 35 °C Wasser COP 3,52 bei -7 °C und COP 2,12 bei -25 °C.
Wie viel verbraucht eine Wärmepumpe bei starker Kälte?
Mehr, weil der COP sinkt: Mit 55 °C Wasser geht die SP 10 von COP 3,53 bei +7 °C auf COP 1,53 bei -25 °C. Auch dann liefert jede kWh Strom 1,5 kWh Wärme, ein Heizstab nur 1.
Verliert eine Wärmepumpe bei Kälte Leistung?
Ja: Bei -25 °C liefert sie etwa 41-44 % ihrer Leistung bei +7 °C. Deshalb wird sie nach der Leistung bei der Normaußentemperatur des Standorts gewählt, nicht nach der Nennleistung.
Wie viele Stunden im Jahr liegen unter null?
Im europäischen Durchschnitts-Referenzklima 14 % der Heizstunden, im kälteren Klima von Helsinki 38 %. Bei -20 °C oder kälter, selbst in Helsinki, 20 Stunden im Jahr.
Braucht es einen Heizstab oder einen Reservekessel?
Bei der richtigen Größe nicht. In den Messungen des Fraunhofer ISE an 77 Anlagen deckten die Heizstäbe 1,3 % des Stroms. Höchstens ein kleiner Heizstab als Sicherheit.
Was passiert bei Schnee und Eis?
Die Maschine wird vom Boden angehoben, damit Schnee den Wärmetauscher nicht zusetzt und das Abtauwasser ablaufen kann. Reif taut von selbst ab: Er wird nicht von Hand entfernt, und die Maschine wird nicht abgedeckt.
Siehe auch: Wärmepumpe Lautstärke: wie viel Dezibel, welcher Abstand zum Nachbarn und warum sie im Winter lauter ist · Wärmepumpe vereist, dampft oder tropft: was normal ist und wann der Service kommen sollte · Erdwärmepumpe oder Luftwärmepumpe: Stromverbrauch, Kosten und Lebensdauer im Vergleich
Alle Technik-Tipps finden Sie auf der Seite der Rubrik.
