Was bewirkt der Heizstab einer Wärmepumpe?

Verringert ein Elektroheizstab beim Betrieb einer Wärmepumpe deren Effizienz? Diese Frage stellen Hausbesitzer:innen sich häufig vor dem Umstieg auf ein Wärmepumpensystem. Wir zeigen in diesem fünften Teil unserer Blogreihe, dass Heizstäbe bei richtiger Auslegung der Wärmepumpe im Bestand und einer eventuell empfehlenswerten Vorab-Sanierung keinen negativen Einfluss auf die Energieeffizienz von Wärmepumpen haben müssen.

Heizungssysteme mit Wärmepumpen sind meistens mit einem direkt-elektrischen Heizstab ausgestattet. Üblicherweise übernimmt der Elektroheizstab die Wärmebereitstellung für den Pufferspeicher ab einer definierten Außentemperatur (zum Beispiel -5 °C, auch „Bivalenzpunkt“ genannt) – entweder allein oder parallel zur Wärmepumpe. Dadurch lässt sich die erforderliche Größe (Leistung) von Außenluft-Wärmepumpen begrenzen.

Die geringere Größe verbessert zum einen die Wirtschaftlichkeit des Systems, zum anderen optimiert sie die Arbeit der Wärmepumpen bei höheren Außentemperaturen. Ein zu großer Unterschied zwischen dem Heizbedarf des Gebäudes (sogenannte Heizlast) und der Leistung der Wärmepumpe führt dazu, dass der Verdichter der Wärmepumpe häufig eingeschaltet wird, was sich negativ auf dessen Lebensdauer auswirkt. Der Verdichter ist – wie der Name sagt – dazu da, das Kältemittel der Wärmepumpe zu verdichten. Bei diesem Vorgang entsteht Wärme. Bei leistungsgeregelten Wärmepumpen, die ihre Leistung entsprechend der herrschenden Bedingungen anpassen können, schaltet der Verdichter sich deutlich seltener ein.

Im Vergleich zur Wärmepumpe hat der Heizstab eine deutlich schlechtere Effizienz. Die Grundannahme ist, dass elektrische Heizer eine Einheit elektrische Energie in eine Einheit Wärme umwandeln. Die meisten Wärmepumpen liefern dagegen zwischen 3 und 4 Einheiten Wärme pro Einheit elektrischer Energie (siehe Wärmepumpen in Bestandsgebäuden). Sie sind also drei- bis viermal effizienter als die Heizstäbe.

Kommt der Heizstab eines Wärmepumpensystems also häufig zum Einsatz, ist dies sowohl für die Betriebskosten als auch für die Ökologie ungünstig. Häufig besteht gegenüber Wärmepumpen das Vorurteil, dass der Heizstab oft genutzt werden müsse und die Heizkosten dadurch „explodieren“ würden. Felduntersuchungen widerlegen diese Annahme eindeutig.

Die unten abgebildete Grafik bildet eine Quer-Auswertung von insgesamt 266 im Feld untersuchen Wärmepumpenanlagen ab. Die 117 Luft/Wasser- und 149 Sole/Wasser-Wärmepumpen (auch als Erdwärmepumpen benannt) wurden in den letzten 15 Jahren im Rahmen von vier Forschungsprojekten getestet (jeweils zwei im Neubau und im Gebäudebestand).

Aus 100 Prozent elektrischer Energie (blaue Fläche) ließen sich 292 Prozent Wärmeenergie bei den Außenluft- bzw. 382 Prozent bei den Erdreich-Wärmepumpen (grüne Fläche) gewinnen. Das entspricht Effizienzwerten von 2,9 bzw. 3,8. Die orange Fläche bildet den Stromverbrauch der Heizstäbe ab. Bei den Luft/Wasser-Wärmepumpen betrug der Anteil der von Heizstäben benötigten elektrischen Energie lediglich 2,8 Prozent. Dabei ist zu beachten, dass bei etwa der Hälfte der Anlagen die Heizstäbe überhaupt nicht gearbeitet hatten (unabhängig davon, ob im Neubau oder Altbau).

Im letzten Monitoringprojekt in Bestandsgebäuden betrug die relative Heizstabarbeit bei Luft/Wasser-Wärmepumpen im Mittel lediglich 1,9 Prozent. Ein signifikanter Betrieb des Heizstabs wurde nur bei falscher Einstellung, bei Defekten oder infolge eines Legionellenschutzes bei der Warmwasserbereitung festgestellt.

Bei den Erdreichwärmepumpen war der Heizstabeinsatz deutlich geringer als bei den Außenluftwärmepumpen und betrug im Schnitt lediglich 1,2 Prozent. Bei ca. 75 Prozent der Anlagen brauchte der Heizstab überhaupt nicht zu arbeiten. Praktiker:innen überraschen diese Werte nicht: Bei den Erdreich-Anlagen dient der Heizstab lediglich als Absicherung für den Fall eines Defekts.

Der Heizstab kommt also in der Regel sehr selten zum Einsatz. Doch welche Kosten fallen dadurch dennoch an? Dies hängt von mehreren Faktoren ab. Für die folgenden Berechnungen wurde ein Haus mit 150 m² Heizfläche, einer Wärmepumpe mit einer Effizienz von 3,0 und ein Strompreis von 30 Cent pro kWh angenommen. Vorausgesetzt, dass der Heizstabanteil 1 Prozent beträgt, belaufen sich die jährlichen Kosten des Heizstabs bei einem nicht sanierten Altbau (Heizenergiebedarf von 150 kWh pro m² und Jahr) auf 45 Euro. Bei einem Neubau (Heizenergiebedarf von 50 kWh pro m² und Jahr) liegen sie bei 15 Euro.

(Redaktioneller Hinweis: Die ursprüngliche Berechnung (2021) ging von 25 Cent pro kWh aus. Aufgrund der aktuellen Strompreissituation haben wir diesen Wert angepasst.)

Theorie und Praxis zeigen übereinstimmend, dass die Heizstabanteile im Betrieb von korrekt geplanten und ausgelegten Wärmepumpenanlagen drei Prozent nicht übersteigen. Ein größerer Anteil deutet in den meisten Fällen auf Optimierungspotential bei der Wärmepumpenanlage hin. Damit ist klar, dass der Einsatz des Heizstabs keinen relevanten Einfluss auf die Effizienz der elektrischen Wärmepumpe hat.