Was die Wärmepumpe bei Frost macht

Eine richtig ausgelegte Wärmepumpe heizt auch im Winter bei Frost zuverlässig. Ihre Effizienz sinkt, je kälter die Außenluft ist, und an sehr kalten Tagen hilft ein elektrischer Heizstab mit. Über das Jahr fällt das kaum ins Gewicht: Im Feldtest des Fraunhofer ISE entfielen bei Luft-Wasser-Wärmepumpen nur 1,3 Prozent des Stroms auf den Heizstab.

Warum die Effizienz bei Kälte sinkt

Eine Wärmepumpe hebt Wärme von einem niedrigen auf ein höheres Temperaturniveau. Je größer der Abstand zwischen Wärmequelle und benötigter Vorlauftemperatur, desto mehr Strom braucht der Verdichter dafür. Der Bundesverband Wärmepumpe (BWP) beschreibt es so: Die Effizienz einer Luft-Wasser-Wärmepumpe sinkt mit fallender Außentemperatur. Gleichzeitig steigt an kalten Tagen der Wärmebedarf des Hauses, und die Heizung braucht eine höhere Vorlauftemperatur. Beides trifft also zusammen.

Das ist kein Konstruktionsfehler, sondern Physik, und es ist in der Jahresarbeitszahl bereits enthalten. Diese Kennzahl rechnet alle Tage des Jahres zusammen, die milden wie die frostigen, samt Abtauen und Heizstab. Im Fraunhofer-Feldtest mit 77 Anlagen in Bestandsgebäuden kamen Luft-Wasser-Wärmepumpen im Mittel auf 3,4, Erdwärmepumpen auf 4,3.

Ein Rechenbeispiel mit offengelegten Annahmen: Ihr Haus braucht 20.000 kWh Wärme im Jahr, die Luft-Wasser-Wärmepumpe erreicht die mittlere Jahresarbeitszahl von 3,4. Dann verbraucht sie rund 5.900 kWh Strom im Jahr. Entfallen davon wie im Feldtest 1,3 Prozent auf den Heizstab, sind das knapp 80 kWh. Der größte Teil des Winterstroms geht also in die Wärmepumpe selbst, nicht in den Heizstab.

Was bei minus 10 Grad passiert

Bei minus 10 Grad läuft eine Luft-Wasser-Wärmepumpe weiter. Der BWP gibt an, dass der Einsatzbereich von Luft-Wasser-Wärmepumpen bis minus 28 Grad reicht, je nach Modell. Was sich ändert:

• Die Wärmepumpe läuft länger und mit höherer Leistung, um den gestiegenen Bedarf zu decken.
• Pro Kilowattstunde Strom kommt weniger Wärme heraus als im Herbst. Eine Studie im Fachjournal Joule, auf die sich der BWP bezieht, nennt selbst für extrem kalte Klimazonen noch Leistungszahlen zwischen 1,5 und 2. Ein reiner Elektroheizstab liefert dagegen genau eine Kilowattstunde Wärme pro Kilowattstunde Strom.
• Das Außengerät taut in Abständen ab (dazu gleich mehr).
• Liegt die Außentemperatur unter dem sogenannten Bivalenzpunkt, schaltet sich der Heizstab stufenweise dazu.

Ihr Stromverbrauch ist in einer kalten Januarwoche deshalb deutlich höher als im Oktober. Das ist normal und sagt nichts über die Qualität der Anlage. Aussagekräftig ist erst die Bilanz über ein ganzes Jahr.

Abtauen gehört zum Normalbetrieb

Laut BWP beginnt sich das in der Luft enthaltene Wasser als dünne Eisschicht am Verdampfer abzusetzen, sobald die Außentemperatur unter 5 Grad sinkt. Eis behindert den Wärmeübergang, deshalb taut die Wärmepumpe den Verdampfer zyklisch und bedarfsgerecht ab. Dafür nutzt sie für kurze Zeit Wärme aus dem Heizkreis. Sie sehen dann manchmal eine Dampfwolke am Außengerät. Das ist kein Defekt.

Wichtig ist, dass das Tauwasser ungehindert abfließen kann und das Gerät nicht zuschneit. Beim Aufstellen achtet der Monteur auf einen frostsicheren Ablauf und ausreichenden Abstand zum Boden. Sie selbst sollten im Winter nur darauf achten, dass Laub und Schnee die Luftwege nicht verstopfen. Einfrieren kann das Gerät laut BWP nicht, und auch ein Stromausfall von einigen Stunden ist für die Anlage keine Gefahr.

Der Bivalenzpunkt entscheidet über den Heizstab

Der Bivalenzpunkt ist die Außentemperatur, bis zu der die Wärmepumpe den Bedarf allein deckt. Ist es kälter, hilft der Heizstab. Wo dieser Punkt liegt, ist eine Planungsentscheidung. Der BWP rät bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ausdrücklich davon ab, die Wärmepumpe so groß zu wählen, dass sie auch am kältesten Tag ganz allein heizt (monovalenter Betrieb). Ein kleiner Anteil über den Heizstab erlaubt ein kleineres Gerät, das den Rest des Jahres gleichmäßiger läuft und seltener taktet.

Wie groß die Unterschiede sind, zeigt ein Rechenbeispiel im BWP-Leitfaden zur Dimensionierung:

Auslegung	Bivalenzpunkt	Anteil Heizstab an der Jahresheizarbeit
zu klein	0,5 °C	7,5 %
gut dimensioniert	minus 5 °C	1,2 %
zu groß	minus 10 °C	1,0 %

Die zu große Anlage spart kaum Heizstab-Strom, taktet aber häufiger, kostet mehr und hält nach Einschätzung des BWP kürzer. Die zu kleine Anlage lässt den Heizstab zu oft arbeiten. Der Leitfaden empfiehlt, dass die Wärmepumpe bei Normaußentemperatur 50 bis 80 Prozent der Norm-Heizlast schafft. Die Normaußentemperatur ist der rechnerisch kälteste Auslegungstag für Ihren Standort, sie wird nach DIN/TS 12831-1 postleitzahlgenau festgelegt. Ohne eine saubere Heizlastberechnung lässt sich all das nicht seriös einstellen.

Erdwärme im Winter

Bei einer Sole-Wasser-Wärmepumpe sieht der Winter anders aus. Das Erdreich bleibt in der Tiefe deutlich wärmer als die Frostluft, die Quelltemperatur schwankt viel weniger. Im Fraunhofer-Feldtest lag der Heizstab-Anteil bei den Erdwärmepumpen nahe null Prozent. Dafür sind Bohrung oder Kollektor aufwendiger, den Vergleich finden Sie im Beitrag zu den Wärmepumpen-Arten.

Ein ehrlicher Vorbehalt

Die Fraunhofer-Forscher weisen selbst darauf hin, dass der niedrige Heizstab-Anteil auch mit den vergleichsweise milden Wintern im Messzeitraum zusammenhängt. In einem harten Winter mit mehreren Wochen Dauerfrost wird der Heizstab häufiger laufen. Wer ein schlecht gedämmtes Haus mit hoher Vorlauftemperatur hat, spürt das stärker als jemand mit großen Heizkörpern oder Fußbodenheizung. Deshalb lohnt der Blick auf die Heizflächen: Häufig reicht es, einzelne Heizkörper zu vergrößern, siehe Heizkörper tauschen bei Wärmepumpe.

Was Sie im Winter selbst tun können

• Heizkurve nicht hochdrehen, wenn ein Raum kühl ist. Besser prüfen lassen, ob einzelne Heizkörper zu klein sind oder der hydraulische Abgleich nicht passt. Jedes Grad mehr Vorlauf kostet Effizienz in allen Räumen.
• Außengerät freihalten. Schnee, Laub und abgestellte Gegenstände behindern die Luftzufuhr.
• Werte ablesen. Die Verbraucherzentrale empfiehlt einen eigenen Wärmemengenzähler. Zusammen mit dem Stromzähler sehen Sie, wie viel Wärme pro Kilowattstunde Strom tatsächlich herauskommt, und ob der Heizstab auffällig oft läuft.
• Stromtarif prüfen. Ein Wärmepumpentarif senkt die Kosten gerade in den verbrauchsstarken Monaten, mehr im Ratgeber Stromtarif für die Wärmepumpe.

Für die Frage, ob eine Wärmepumpe in Ihrem älteren Haus auch im Januar reicht, ist der Ratgeber Wärmepumpe im Altbau der passende nächste Schritt.