So funktioniert eine Wärmepumpe: Hände legen einen Anlegefühler an ein gedämmtes Vorlaufrohr aus Kupfer im Heizungskeller

Heizungstechnik für Frankfurt und Umgebung

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe nimmt Wärme aus Luft, Erde oder Wasser auf und hebt sie auf Heiztemperatur. Im Feldtest entstanden aus 1 kWh Strom im Mittel 3,4 kWh Wärme bei Außenluft.

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Eine Wärmepumpe nimmt Wärme aus Außenluft, Erdreich oder Grundwasser auf, hebt sie mit einem Kältemittel und einem Verdichter auf Heiztemperatur und gibt sie an das Heizwasser ab. Im Feldtest des Fraunhofer ISE (Auswertung 2024) entstanden im Jahresmittel aus 1 kWh Strom 3,4 kWh Wärme bei Außenluft (49 Anlagen) und 4,3 kWh bei Erdsonden (13 Anlagen). Der größere Teil der Wärme stammt also aus der Umgebung, bezahlt wird nur der Strom.

Ein Heizkessel verbrennt dagegen einen Brennstoff, und aus einer Kilowattstunde Gas kann nie mehr als eine Kilowattstunde Wärme werden. Bei der Wärmepumpe rechnet man deshalb mit dem Verhältnis von Wärme zu Strom, und das fällt je nach Haus sehr unterschiedlich aus.

Was passiert im Kältekreis?

Im Kältekreis läuft ein Kältemittel durch vier Stationen, und an jeder ändert sich sein Druck oder sein Zustand. Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil stecken in jedem Gerät, gleich welche Wärmequelle es nutzt.

Schema des Kältekreises mit Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil

Station	Was dort geschieht	Kältemittel danach	Was Sie davon merken
Verdampfer	Wärme aus Luft, Sole oder Wasser geht auf das kältere Kältemittel über, es verdampft	kaltes Gas, niedriger Druck	beim Luftgerät der Wärmetauscher, an dem im Winter Reif entsteht
Verdichter	ein Elektromotor presst das Gas zusammen, Druck und Temperatur steigen	heißes Gas, hoher Druck	der größte Stromverbraucher und neben dem Ventilator das, was man hört
Verflüssiger	das heiße Gas gibt seine Wärme an das Heizwasser ab und wird flüssig	warme Flüssigkeit, hoher Druck	die Vorlauftemperatur an Ihren Heizkörpern
Expansionsventil	der Druck fällt schlagartig, das Kältemittel kühlt stark ab	kalte Flüssigkeit, niedriger Druck	nichts, danach beginnt der Kreis von vorn

Das Kältemittel bleibt im geschlossenen Kreis und wird nicht verbraucht. Es verdampft schon bei sehr niedrigen Temperaturen, deshalb kann es auch aus kalter Luft Wärme aufnehmen. Dass Zusammenpressen warm macht, kennen Sie von der Fahrradpumpe, deren Schaft beim Pumpen heiß wird.

Denselben Kreislauf hat jeder Kühlschrank, nur soll dort der Innenraum kalt werden, und die Wärme geht hinten in die Küche. Bei der Wärmepumpe ist die Wärme das Ziel, und draußen bleibt etwas kältere Luft zurück.

Woher kommt die Wärme, wenn es draußen friert?

Auch Luft von −7 °C enthält noch Wärme, die das viel kältere Kältemittel aufnimmt. Der Verdichter muss dann einen größeren Temperatursprung überbrücken und braucht mehr Strom je Kilowattstunde Wärme. Ein 9-kW-Beispielgerät erreicht laut Datenblatt bei 7 °C Außenluft und 35 °C Vorlauf einen COP von 4,48 und bei −7 °C noch 2,63. COP heißt die Leistungszahl in genau einem solchen Betriebspunkt.

Für Frankfurt setzt die Klimakarte des Bundesverbands Wärmepumpe eine Norm-Außentemperatur von rund −8 bis −10 °C an, das ist der Rechenwert für die Heizlast. So kalt wird es hier nur in wenigen Nächten. Die Tabelle nennt die Werte der Station Frankfurt/Main (Flughafen), nach unserer Auswertung der DWD-Tageswerte.

Jahr	Tiefster Wert	Nächte unter −10 °C
2021	−10,6 °C	2
2022	−11,5 °C	3
2023	−6,0 °C	0
2024	−9,9 °C	0
2025	−8,1 °C	0

Einen Heizstab als Reserve hatten 84 % der Anlagen im Feldtest. Er verbrauchte im Mittel rund 1,3 % der elektrischen Arbeit bei Außenluft und fast nichts bei Erdreich. Der Testwinter war allerdings mild, und unsanierte Häuser bildeten keine eigene Gruppe.

Wie viel Strom steckt in der Wärme?

Bei einer Jahresarbeitszahl von 3,4 stecken in jeder Kilowattstunde Wärme rund 0,3 kWh Strom. Die Jahresarbeitszahl gibt an, wie viel Wärme je Kilowattstunde Strom im ganzen Jahr entsteht, einschließlich der kalten Tage. Den Unterschied zum COP und die Messwerte beschreiben wir unter Jahresarbeitszahl.

Beispiel. Ein Haus verbraucht 20.000 kWh Gas im Jahr, bei angenommen 90 % Kesselnutzung sind das 18.000 kWh Wärme, und die Wärmepumpe soll genau diese Menge liefern.

Jahresarbeitszahl	Strom im Jahr	Wärme aus der Umgebung, rechnerisch
2,6, unterster Wert im Feldtest bei Außenluft	6.900 kWh	11.100 kWh
3,4, Mittel im Feldtest bei Außenluft	5.300 kWh	12.700 kWh
4,3, Mittel im Feldtest bei Erdsonden	4.190 kWh	13.810 kWh

Zwischen der oberen und der unteren Zeile liegen rund 2.700 kWh Strom im Jahr, bei gleicher Wärmemenge. Für den KfW-Zuschuss verlangt die Richtlinie eine Jahresarbeitszahl von mindestens 3,0, die erste Zeile läge also darunter. Was die Mengen in Euro bedeuten, auch im ungünstigen Fall, rechnen wir unter Heizkosten Gas oder Wärmepumpe vor.

Warum hängt so viel an der Vorlauftemperatur?

Je wärmer das Heizwasser sein muss, desto mehr Strom braucht der Verdichter. Je Grad weniger Vorlauf spart man nach Angaben der Verbraucherzentrale 2 bis 4 % Strom. Dasselbe Beispielgerät erreicht bei 7 °C Außenluft einen COP von 4,48 mit 35 °C Vorlauf und nur 2,78 mit 55 °C.

Die Verbraucherzentrale nennt höchstens 55 °C als Ziel, am besten 30 bis 50 °C. Am Baualter lässt sich das kaum ablesen, denn im Feldtest mit Baujahren von 1826 bis 2015 gab es keinen Zusammenhang zwischen Alter und Effizienz. Von den Frankfurter Wohngebäuden stammen rechnerisch 67,8 % aus der Zeit vor 1970 (Zensus 2022), und bei ihnen entscheiden Heizkörper und Dämmstand.

Prüfen können Sie das an einem kalten Tag, indem Sie den Vorlauf auf 55 °C und die Thermostate auf Stufe 3 stellen; werden alle Räume warm, geht die Wärmepumpe. Wie Sie danach mit einzelnen zu kleinen Heizkörpern umgehen, steht unter Heizkörper für die Wärmepumpe.

Hände in Arbeitshandschuhen reinigen mit einem Pinsel die Lamellen hinter der geöffneten Klappe eines Außengeräts

Welches Kältemittel ist in einer Wärmepumpe?

Häufig sind es R290, also Propan, mit einem Treibhauspotenzial (GWP) von 3, und R32 mit einem GWP von 675. Neu in den Handel kommende Monoblöcke bis 50 kW und Split-Geräte bis 12 kW dürfen nach der F-Gase-Verordnung ab 2027 kein Kältemittel mit einem GWP über 150 mehr enthalten. Bestandsgeräte bleiben davon unberührt und müssen nicht umgerüstet werden.

In der Förderung zählen ab 01.01.2028 nur noch natürliche Kältemittel. Propan ist allerdings brennbar, deshalb geben Hersteller um das Außengerät einen Schutzbereich vor. Der darf nicht auf das Nachbargrundstück reichen, und Fenster, Türen oder Lichtschächte dürfen nicht darin liegen, was im Reihenhaus oft den Aufstellort bestimmt.

Ob der Kältekreis ganz im Außengerät sitzt oder bis ins Haus reicht, unterscheidet Monoblock und Split. Das hat Folgen für Montage und Kältemittelleitungen und steht unter Monoblock oder Split.

Warum bildet sich im Winter Eis am Außengerät?

Der Verdampfer ist kälter als die Außenluft, und um den Gefrierpunkt gefriert die Luftfeuchte daran. Das Gerät taut den Reif deshalb regelmäßig ab, meist indem es den Kreislauf kurz umkehrt, und diese Energie steckt bereits in der Jahresarbeitszahl. Bei Sole- und Wasser-Geräten entfällt das, weil ihr Verdampfer nicht an der feuchten Außenluft liegt.

Das Tauwasser muss frostfrei abfließen, sonst steht im Winter eine Eisplatte unter dem Gerät. Ein Herstellerdokument verlangt, dass der Luftaustritt mindestens 3 m von Gehwegen, gepflasterten Flächen und Fallrohren entfernt liegt. Das Fundament des Beispielgeräts reicht mit Bodenfrost 1.000 mm tief, ohne 600 mm, die Maße stehen unter Aufstellort und Fundament.

Was geschieht im Haus mit der Wärme?

Vom Verflüssiger geht die Wärme ins Heizwasser, und das läuft wie bisher durch Heizkörper oder Fußbodenheizung. Dazwischen liegen je nach Anlage ein Warmwasserspeicher und ein Puffer. Vier Personen brauchen 200 bis 300 l Warmwasserspeicher, und im Feldtest entfielen 19 % der Wärme auf Warmwasser.

Moderne Verdichter ändern ihre Drehzahl und passen die Leistung dem Bedarf an. Das klappt nur, wenn das Gerät nicht zu groß gewählt ist, und das Fraunhofer ISE und die Verbraucherzentrale Rheinland-Pfalz stellen fest, dass viele Anlagen überdimensioniert sind. Ein zu großes Gerät schaltet oft ein und aus, deshalb rechnen wir zuerst die Heizlast und entscheiden danach über die Größe des Puffers.

Wodurch sich die Bauarten unterscheiden, liegt vor dem Verdampfer. Beim Luftgerät zieht ein Ventilator Außenluft durch, bei der Sole-Anlage läuft eine Frostschutzmischung durch Sonden oder Kollektoren im Boden, bei der Grundwasser-Anlage strömt Brunnenwasser durch einen Wärmetauscher. Was das für Preis, Platz und Erlaubnis heißt, steht im Vergleich der Arten.

Altbaukeller mit weiß geschlämmtem Bruchstein, darin Inneneinheit, Warmwasserspeicher und schwarz gedämmte Rohre

Wie erkenne ich, ob das in meinem Haus funktioniert?

Einen Teil davon können Sie selbst nachsehen. Auf der Gasabrechnung steht der Verbrauch, aus dem sich die Heizlast grob ableiten lässt, und an der Therme können Sie die heutige Vorlauftemperatur ablesen.

Wärmepumpen sind in Frankfurt noch selten, rund 1 % der Wohngebäude hat eine, und bei 78 % der Wohngebäude ist Gas der Energieträger. Legen Sie für unser erstes Gespräch, das nichts kostet, Ihre letzte Abrechnung und ein Foto des Heizungsraums bereit. Schreiben Sie uns über das Formular oder an kontakt@waermepumpe-frankfurt-am-main.de, dann sehen wir uns beides an.

Häufige Fragen

Aus welchen Bauteilen besteht eine Wärmepumpe?

4 Bauteile bilden den Kältekreis, nämlich Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil. Dazu kommen je nach Bauart Ventilator, Solepumpe oder Brunnenpumpe und im Haus die Regelung und der Speicher.

Wie viel Wärme macht eine Wärmepumpe aus 1 kWh Strom?

3,4 kWh waren es im Feldtest des Fraunhofer ISE im Jahresmittel bei Außenluft, 4,3 kWh bei Erdsonden. Das Ergebnis hängt vor allem an der Temperatur des Heizkreises, und der Testwinter war mild.

Funktioniert eine Wärmepumpe auch bei Minusgraden?

Ja, auch Luft von −7 °C enthält nutzbare Wärme. Der Strombedarf je Kilowattstunde Wärme steigt dabei, ein 9-kW-Beispielgerät erreicht laut Datenblatt bei −7 °C und 35 °C Vorlauf einen COP von 2,63.

Arbeitet eine Wärmepumpe wie ein Kühlschrank?

Ja, beide nutzen denselben Kreislauf. Der Kühlschrank soll innen kalt werden und gibt die Wärme an die Küche ab, die Wärmepumpe soll das Heizwasser erwärmen und kühlt dafür die Außenluft, die Sole oder das Grundwasser ab.

Läuft eine Wärmepumpe ohne Strom?

Nein, Verdichter und Pumpen brauchen Strom. Bei einer Netzstörung steht deshalb auch die Heizung, wie bei einem Gaskessel mit elektrischer Regelung und Umwälzpumpe.

Braucht eine Wärmepumpe zwingend einen Heizstab?

Nein, aber 84 % der Anlagen im Feldtest hatten einen als Reserve. Er verbrauchte im Mittel rund 1,3 % der elektrischen Arbeit bei Außenluft und fast nichts bei Erdreich.

Ist Propan als Kältemittel in Wärmepumpen zulässig?

Ja, Propan heißt als Kältemittel R290 und hat einen GWP von 3. Es ist brennbar, deshalb gibt der Hersteller einen Schutzbereich um das Gerät vor.

Ist Eis am Außengerät im Winter normal?

Ja, Luftfeuchte gefriert am kalten Verdampfer, und das Gerät taut den Reif regelmäßig ab. Das Tauwasser muss frostfrei abfließen, und der Luftaustritt soll nach einem Herstellerdokument mindestens 3 m von Gehwegen entfernt liegen.

Braucht die Wärmepumpe mehr Strom, wenn der Vorlauf steigt?

Ja, je Grad weniger Vorlauf spart man 2 bis 4 % Strom. Deshalb sehen wir uns zuerst die Heizkörper an und erst danach das Gerät.

Hängt die Effizienz einer Wärmepumpe vom Baujahr ab?

Nein, im Feldtest des Fraunhofer ISE gab es bei Baujahren von 1826 bis 2015 keinen Zusammenhang, entscheidend war die Temperatur im Heizkreis. Unsanierte Häuser waren dort allerdings keine eigene Gruppe.

Zwei Personen am Eichentisch über einem Grundriss, nur Hände zu sehen, mit Bleistift, Zollstock und Tasse

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