Wirkungsgrad einer Wärmepumpe Warum sind Werte über 100 % möglich?

Wärmepumpen zählen zu den effizientesten Heizsystemen. Dennoch sorgt eine Aussage häufig für Verwirrung: Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe kann scheinbar über 100 % liegen. Auf den ersten Blick scheint das dem Energieerhaltungssatz zu widersprechen. Doch wie lässt sich das erklären?


Was bedeutet der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe?

Der Wirkungsgrad beschreibt allgemein das Verhältnis von nutzbarer Energie zur eingesetzten Energie. Nach dieser Definition kann ein Wirkungsgrad maximal 100 % betragen. Der Energieerhaltungssatz besagt zudem, dass Energie weder erzeugt noch vernichtet werden kann. Sie kann lediglich von einer Energieform in eine andere umgewandelt werden.


Warum erreicht eine Wärmepumpe Werte über 100 %?

Der entscheidende Unterschied liegt im Funktionsprinzip der Wärmepumpe. Sie erzeugt keine zusätzliche Energie, sondern nutzt vorhandene Umweltwärme aus Quellen wie Luft und Abwärme. Mithilfe elektrischer Energie wird diese Umweltwärme auf ein höheres Temperaturniveau angehoben und anschließend für Heizzwecke nutzbar gemacht.

Die eingesetzte elektrische Energie wird dabei hauptsächlich für den Antrieb des Kompressors und weiterer Komponenten benötigt. Die zusätzlich genutzte Umweltwärme stammt jedoch aus der Umgebung und wird nicht als zugeführte Energie betrachtet.

Dadurch kann die abgegebene Wärmeleistung deutlich höher sein als die eingesetzte elektrische Leistung.


COP statt klassischem Wirkungsgrad

Aus diesem Grund wird bei Wärmepumpen nicht der klassische Wirkungsgrad verwendet. Stattdessen kommt die sogenannte Leistungszahl, auch COP (Coefficient of Performance), zum Einsatz.
Der COP beschreibt das Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung:

COP = Abgegebene Wärmeleistung / Elektrische Leistungsaufnahme

Ein COP von 4 bedeutet beispielsweise, dass aus 1 kW elektrischer Leistung insgesamt 4 kW Wärmeleistung bereitgestellt werden.


Warum sind die Betriebsbedingungen entscheidend?

Die Leistungszahl einer Wärmepumpe hängt stark von den jeweiligen Betriebsbedingungen ab. Besonders wichtig ist die Temperatur der Wärmequelle. Je günstiger die Temperaturbedingungen sind, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Deshalb sollten COP-Werte nur verglichen werden, wenn die zugrunde liegenden Messbedingungen identisch sind.


Fazit

Wärmepumpen erreichen keine Wirkungsgrade von über 100 % im klassischen physikalischen Sinn. Sie nutzen neben der eingesetzten elektrischen Energie zusätzlich Umweltwärme und können dadurch ein Vielfaches der eingesetzten Antriebsenergie als nutzbare Wärme bereitstellen.

Für die Bewertung des Wirkungsgrads einer Wärmepumpe ist deshalb die Leistungszahl (COP) die entscheidende Kennzahl. Sie zeigt, wie effektiv eine Wärmepumpe elektrische Energie in nutzbare Wärme umwandelt und dabei Umweltenergie einbindet.