Luft-Wasser-Wärmepumpe im Schweizer Winter: Leistung bei Minusgraden

Die haeufigste Sorge von Schweizer Hausbesitzern bei Luft-Wasser-Wärmepumpen betrifft die Winterleistung. Funktioniert die Wärmepumpe noch bei -15 Grad oder -20 Grad? Wie stark sinkt die Effizienz? Reicht die Heizleistung auch an den kaeltesten Tagen? In diesem Artikel beantworten wir diese Fragen mit technischen Fakten und realen Leistungsdaten aus Schweizer Installationen.

Physik: Warum der COP im Winter sinkt

Der COP einer Luft-Wasser-Wärmepumpe haengt direkt von der Temperaturdifferenz zwischen Waermequelle (Aussenluft) und Heizungswasser (Vorlauftemperatur) ab. Je grösser diese Differenz, desto mehr Arbeit muss der Kompressor leisten und desto niedriger wird der COP. Bei +7 Grad Aussentemperatur und 35 Grad Vorlauf betraegt die Differenz nur 28 Grad und der COP liegt bei 4.0 bis 5.0. Bei -10 Grad Aussen und 35 Grad Vorlauf steigt die Differenz auf 45 Grad und der COP sinkt auf 2.2 bis 2.8. Selbst bei -20 Grad liegt der COP noch bei 1.8 bis 2.2.

Auch bei einem COP von 2.0 produziert die Wärmepumpe aus 1 kWh Strom noch 2 kWh Waerme. Das ist immer noch effizienter als eine direkte Elektroheizung (COP 1.0) und vergleichbar mit einem modernen Gasbrennwertkessel. Die Wärmepumpe ist also auch im haertesten Winter keine Stromfresserin.

Moderne Geräte: Leistung bis -25 Grad

Aktuelle Luft-Wasser-Wärmepumpen der fuehrenden Hersteller sind für den Betrieb bis -25 Grad oder sogar -28 Grad ausgelegt. Modelle wie die Vaillant aroTHERM plus, Daikin Altherma 3, Viessmann Vitocal 250-A oder CTA Optiheat arbeiten mit modernen Inverter-Verdichtern (EVI-Technologie), die auch bei extremer Kaelte noch effizient arbeiten.

Die EVI-Technologie (Enhanced Vapor Injection) spritzt zusaetzlichen Kältemitteldampf in den Verdichtungsprozess ein, was die Heizleistung bei tiefen Temperaturen deutlich erhoeht. Im Vergleich zu aelteren On/Off-Wärmepumpen erreichen moderne Inverter-Geräte bei -15 Grad eine um 30 bis 40 Prozent hoehere Heizleistung.

Abtauzyklen: Was passiert bei Frost?

Wenn die Aussentemperatur unter 0 bis +5 Grad sinkt und gleichzeitig die Luftfeuchtigkeit hoch ist, bildet sich Reif oder Eis auf dem Verdampfer des Aussengeraets. Die Wärmepumpe muss dann regelmässig den Verdampfer abtauen. Beim Abtauvorgang wird der Kaeltekreislauf kurzzeitig umgekehrt. Heisses Kältemittelgas stroemt durch den Verdampfer und schmilzt das Eis. Der Vorgang dauert 2 bis 5 Minuten und findet je nach Bedingungen alle 30 bis 90 Minuten statt.

Waehrend des Abtauvorgangs steht keine Heizleistung zur Verfuegung. Bei modernen Geräten wird dies durch den Pufferspeicher abgefedert. Der Energieverbrauch für das Abtauen betraegt typischerweise 5 bis 15 Prozent des gesamten Winterenergieverbrauchs und ist bereits in den JAZ-Angaben beruecksichtigt.

Jahresarbeitszahl (JAZ) in der Praxis

Die JAZ ist der über das gesamte Jahr gemittelte COP-Wert und damit die aussagekraeftigste Kennzahl für die Effizienz. Für Luft-Wasser-Wärmepumpen in der Schweiz werden folgende JAZ-Werte in der Praxis erreicht:

Im Schweizer Mittelland mit durchschnittlichen Wintertemperaturen von 0 bis 5 Grad und seltenen Extremwerten unter -10 Grad erreichen gut geplante Anlagen JAZ-Werte von 3.5 bis 4.2 mit Fussbodenheizung. In hoeheren Lagen (800 bis 1200 m) sinkt die JAZ um 0.3 bis 0.5 Punkte.

Schweizer Wintertemperaturen nach Region

Im Mittelland (Zuerich, Bern, Basel) liegen die durchschnittlichen Januartemperaturen bei 0 bis 2 Grad, das Minimum bei -8 bis -15 Grad, und es gibt 2 bis 5 Tage unter -10 Grad pro Winter. In den Voralpen (600 bis 1000 m) liegt der Januardurchschnitt bei -2 bis 0 Grad mit Minimum -12 bis -20 Grad. Im Alpenraum (über 1000 m) sinkt der Januardurchschnitt auf -5 bis -2 Grad mit Minimum -18 bis -25 Grad.

Tipps für optimale Winterleistung

Waehlen Sie den Aufstellort des Aussengeraets geschuetzt aber gut belueftet, nicht in einer Nische wo sich Kaltluft staut. Halten Sie den Luftweg zum Verdampfer frei und sorgen Sie dafür, dass Schnee den Zugang nicht blockiert. Nutzen Sie die Nachtabsenkung massvoll, denn ein starkes Aufheizen am Morgen erfordert hohe Leistung bei tiefen Temperaturen. Lassen Sie die Wärmepumpe auf moderate Temperatur durchlaufen. Dimensionieren Sie den Pufferspeicher gross genug (mindestens 300 Liter) um Abtauzyklen abzufedern. Nutzen Sie einen Wärmepumpen-Stromtarif falls verfuegbar.

Elektro-Zusatzheizung

Die meisten Luft-Wasser-Wärmepumpen verfuegen über einen integrierten elektrischen Heizstab (2 bis 6 kW) als Backup. Dieser springt ein, wenn die Aussentemperatur unter den Bivalenzpunkt faellt (typisch -15 bis -20 Grad), wenn der Waermebedarf die Wärmepumpenleistung kurzzeitig übersteigt, oder als Frostschutz bei Ausfall. In der Praxis wird der Heizstab im Schweizer Mittelland an weniger als 50 Stunden pro Jahr benoetigt, was weniger als 2 Prozent der Heizperiode entspricht.