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

Die häufigste 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 Wärmequelle (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 Wärme. 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 Kälte noch effizient arbeiten.

Die EVI-Technologie (Enhanced Vapor Injection) spritzt zusätzlichen 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 höhere 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 Aussengeräts. Die Wärmepumpe muss dann regelmässig den Verdampfer abtauen. Beim Abtauvorgang wird der Kältekreislauf 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.

Während 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 berücksichtigt.

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 höheren 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 Aussengeräts 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 verfügbar.

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 Wärmebedarf 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.

Leistungsverhalten bei extremen Temperaturen im Schweizer Mittelland

Im Schweizer Mittelland, wo die Temperaturen im Winter regelmässig auf minus 5 bis minus 12 Grad fallen, stellt sich die Frage nach der Zuverlässigkeit von Luft-Wasser-Wärmepumpen besonders dringlich. Messungen des Bundesamts für Energie (BFE) aus Pilotprojekten in Regionen wie dem Emmental, dem Seeland und dem Zuercher Oberland zeigen, dass moderne Geräte mit Invertertechnologie auch bei diesen Temperaturen zuverlässig arbeiten. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) sinkt im Mittelland typischerweise auf 2,8 bis 3,2 – im Vergleich zu 3,5 bis 4,2 in milderen Lagen am Genfersee oder im Tessin. Bei Temperaturen unter minus 15 Grad, wie sie in Höhenlagen über 800 Metern vorkommen, schaltet bei vielen Geräten der elektrische Heizstab zu, was die Effizienz temporär auf einen COP von 1,0 reduziert. Präqualifizierte Geräte auf der Wärmepumpen-Testliste des BFE garantieren einen Betrieb bis mindestens minus 20 Grad Celsius.

Abtaustrategien und deren Einfluss auf die Heizleistung

Die Vereisung des Verdampfers ist eine zentrale Herausforderung für Luft-Wasser-Wärmepumpen im Schweizer Winter. Bei Temperaturen zwischen minus 5 und plus 5 Grad und hoher Luftfeuchtigkeit bildet sich Reif auf dem Wärmetauscher, der die Leistung mindert. Moderne Abtaustrategien nutzen bedarfsgesteuerte Algorithmen statt fester Zeitintervalle: Sensoren erkennen die Vereisung und aktivieren den Abtauzyklus nur bei Bedarf. Während des Abtauens wird der Kältekreislauf kurzzeitig umgekehrt, was den Heizkomfort für zwei bis fünf Minuten unterbricht. Pro Abtauvorgang werden etwa 0,5 bis 1,5 kWh Energie benötigt. An besonders kalten und feuchten Tagen in Regionen wie dem Jura oder dem Appenzell können bis zu sechs Abtauzyklen pro Tag nötig sein, was den Tagesverbrauch um 3 bis 9 kWh erhöht. Premium-Modelle von Herstellern wie CTA, Stiebel Eltron oder Hoval verfügen über optimierte Verdampfer mit spezieller Oberflächenbeschichtung, die die Eisbildung verzögert und die Abtauhäufigkeit um bis zu 40 Prozent reduziert.