Veröffentlicht am März 8, 2023
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Compress 7400i AW Inverter Wärmepumpe, Bild: Bosch Thermotechnik GmbH
Eine Inverter Wärmepumpe passt ihre Leistung stufenlos dem aktuellen Wärmebedarf einer Immobilie an und arbeitet so deutlich effizienter. Das ist deshalb erwähnenswert, da herkömmliche Wärmepumpen nur zwei Zustände kennen: eine Wärmepumpe ist eingeschaltet, oder sie ist ausgeschaltet. Wenn sie eingeschaltet ist, arbeitet sie mit voller Kraft und liefert alle Wärmeenergie, die sie heben kann - ob diese Menge gerade benötigt wird oder nicht, ist dabei nicht relevant.
Dieser On-Off-Betrieb führt jedoch dazu, dass eine Wärmepumpe sehr oft anspringt, mit voller Leistung heizt und dann recht schnell wieder ausschaltet - die Wärmepumpe "taktet" häufig. Das erwärmt das Haus zwar, führt aber zu Problemen:
Häufiges Takten erhöht den Verschleiß der Wärmepumpe - mechanische Bauteile wie der Verdichter, Sanftanlasser oder die Umschaltventile leiden unter der häufigen Belastung. Die Lebensdauer der Wärmepumpe sinkt.
Ein längerer Betrieb im Teillastbereich ist deutlich effizienter als kurze Schübe unter Volllast. Die Höchstleistung einer Wärmepumpe wird allerdings auf ihre höchste Belastung in den Wintermonaten hin ausgelegt. Das heißt, ihre Leistung ist dazu gedacht, eine Immobilie bei eisigen Wintertemperaturen zu beheizen. Dieser Fall macht allerdings den kleinsten Zeitraum in der Laufzeit einer Heizung aus. Überspitzt könnte man sagen, dass eine herkömmliche Wärmepumpe abgesehen vom Winter entweder zu viel oder zu wenig Wärme bereitstellt: auch wenn ein Haus beispielsweise im Frühling gerade einen Heizbedarf von 3 Kilowatt (kW) hat, feuert eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 12 kW auch ihre ganzen 12 kW in den Heizkreislauf.
Um Abhilfe zu schaffen, streckte man die Betriebszeiten einer Wärmepumpe mit einem Pufferspeicher. Ein Pufferspeicher hält Wärmeenergie vor. Um diesen zu füllen, muss die Wärmepumpe länger arbeiten und kann im Anschluss länger abgeschaltet bleiben - sie taktet deutlich seltener.
Außerdem ist er gut geeignet, um Sperrzeiten zu überbrücken; die sogenannte "EVU-Sperre". Bezieht man zum Betrieb einer Wärmepumpe einen vergünstigten Stromtarif, so kann der Energieversorger die Wärmepumpe bis zu dreimal am Tag für bis zu zwei Stunden vom Netz nehmen. Um in dieser Zeit Heizwärme vorrätig zu haben, ist ein Pufferspeicher nötig, der diese Zeit wärmend einspringt.
Die invertergeregelte Wärmepumpe vermeidet einen Großteil dieser Problematiken, indem sie hauptsächlich im Teillastbereich arbeitet - sie ist eine modulierende Wärmepumpe.
Eine modulierende Wärmepumpe passt ihre Leistung dem aktuellen Wärmebedarf eines Objektes stufen los an. So läuft sie mit niedrigerer Drehzahl effizienter und erreicht gleichzeitig längere Laufzeiten. Eine Inverter Wärmepumpe erreicht, korrekt ausgelegt und geregelt, eine deutlich bessere Jahresarbeitszahl als eine ungeregelte Wärmepumpe und ist in weiten Teilen auch leiser als ihre ungeregelten Kollegen.
Eine Inverter Wärmepumpe kann gegenüber anderen Wärmepumpen durchaus Effizienzsteigerungen von 10 - 20 Prozent erbringen (siehe hierzu auch "Feldmessungen an leistungsgeregelten Wärmepumpengeregelten Wärmepumpen und Warmwasser-Wärmepumpen" des Schweizer Bundesamtes für Energie).
Wärmepumpen ohne Inverter laufen mit einem Motor, der mit Wechselstrom bei 230V mit 50Hz und einer festen Drehzahl arbeitet. Ändert man die Frequenz, ändert sich auch die Drehzahl. Der Inverter wandelt im Vorfeld den Wechselstrom zu Gleichstrom. Ein Umformer wandelt die Frequenz auf einen neuen Wert - stufenlos zwischen 30 bis 90 Hz. Der Motor des Kompressors arbeitet dann je nach vorliegender Frequenz langsamer oder schneller - die Leistung der Wärmepumpe sinkt oder steigt mit der Drehzahl. Das Drehmoment bleibt unverändert.
Inverter Wärmepumpen eignen sich vor allem für Luft-Wasser-Wärmepumpen. Diese sind besonders in den heizintensiven Wintermonaten darauf angewiesen, mit einer anderen Wärmequelle wie einem Gaskessel oder einem integrierten Heizstab zusätzliche Leistung anzufordern (sogenannter bivalenter Betrieb) - die Jahresarbeitszahl sinkt. Mit einem Inverter kann die Wärmepumpe auch alleine gut arbeiten (monovalenter Betrieb). Ein Heizstab ist zur Notfallversorgung meist trotzdem noch vorhanden.
Ein Pufferspeicher kann aber auch bei einer Inverter Wärmepumpe Sinn stiften, wenngleich es hier nicht notwendig ist, übermäßig bereitgestellte Wärme durch einen Volllastbetrieb zu puffern - zum einen hilft der Speicher auch hier, EVU-Sperrzeiten aufzufangen. Zum anderen kann die Wärme aus dem Pufferspeicher an besonders kalten Tagen dazu genutzt werden, um den Wärmetauscher einer Luftwärmepumpe zu enteisen. Hierfür käme ansonsten eine deutlich teurere elektrische Lösung zum Einsatz.
Als Nachteile einer Inverter Wärmepumpe wurde bislang betrachtet, dass sie zwar den normalen Wärmepumpen im Teillastbetrieb überlegen sind, aber unter Volllast das Nachsehen haben - die Invertertechnik erzeugt bei der Umwandlung des Betriebsstroms einen gewissen Prozentsatz an Verlusten.
Wie jedoch der Jahresbericht "Feldmessungen von Wärmepumpen-Anlagen Heizsaison 2020/21" des Schweizer Bundesamtes für Energie (BFW), durchgeführt vom Institut für Energiesysteme (IES) der Ostschweizer Fachhochschule, zeigt, ist in dieser Hinsicht noch Optimierungspotential zu heben: so konnten leistungsgeregelte Luft-Wasser-Wärmepumpen bei der Warmwasserbereitung mit einer verbesserten Ladestrategie Effizienzgewinne von bis zu 40 Prozent im Vergleich zu herkömmlichen Wärmepumpen verbuchen.
Trotzdem ist festzuhalten, dass eine Inverter Wärmepumpe vor allem im Teillastbereich glänzt. Muss sie permanent unter Volllast arbeiten, spielt sie ihre Stärken nicht aus.
Die Preise einer Inverter Wärmepumpe liegen ein wenig höher als für herkömmliche Wärmepumpen. Meist bewegen sich diese in einem niedrigen vierstelligen Rahmen. Dafür sind allerdings die laufenden Kosten einer Inverter Wärmepumpe meist entsprechend niedriger.
Insgesamt können Sie bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe mit Inverter von Gesamtkosten von 8.000 bis 16.000 Euro ausgehen. Mehr Informationen finden Sie in unserem Bericht zu den Kosten einer Wärmepumpe. Diese Kosten müssen Sie jedoch nicht alleine tragen - über das Programm BEG EM können Sie Förderung einer Wärmepumpe beantragen.
Inverter Wärmepumpen arbeiten noch besser mit Photovoltaikanlagen zusammen als Wärmepumpen ohne Inverter. Eingangs hatten wir es schon erwähnt: Wärmepumpen ohne Inverter arbeiten schubweise und mit maximaler Kraft. Sie beziehen kurzzeitig also große Energiemengen aus der PV-Anlage - allerdings bei voller Leistung deutlich mehr, als die meisten Solaranlagen liefern können. Die Wärmepumpe bezieht dann zusätzlich Energie aus dem Stromnetz bezogen. Im Nachgang schalten die Wärmepumpen dann schnell wieder ab, sobald der Wärmebedarf für eine Weile gedeckt ist. Dann speist die PV-Anlage wiederum unnötig viel Solarstrom ins Stromnetz ein, anstatt ihn einer häuslichen Nutzung zuzuführen, da der Verbraucher Wärmepumpe schnell wieder entfällt. Die PV-Anlage ersteht den Strom jedoch vergleichsweise gleichmäßig - der Solarstrom wird ins Stromnetz eingespeist, falls kein anderer Abnehmer in der Immobilie Strom bezieht.
Eine Photovoltaikanlage erwirtschaftet ihre Rendite jedoch hauptsächlich über den Eigenverbrauch, nicht über die Einspeisevergütung - denn während man pro Kilowattstunde eingespeistem Solarstrom derzeit 8,6 Cent erhält, spart man durch eine selbst genutzte Kilowattstunde Solarstrom durchaus bis zu 33 Cent. Mit Inverter arbeitet die Wärmepumpe konstanter und auf einem niedrigerem Leistungsniveau, das die Solaranlage gut bedienen kann - so bezieht sie länger Strom von der Solaranlage und Eigenverbrauch und Autarkiegrad steigen.
Bei der Kombination von Inverter Wärmepumpe und Photovoltaik ist zusätzlich ein großzügig dimensionierter Stromspeicher anzuraten - Der Solarstrom fällt oft zu den Zeiten an, an denen der Heizwärmebedarf am geringsten ausfällt. In den Morgen- und vor allem Abendstunden versorgt dann der Speicher die Inverter Wärmepumpe mit dem Strom aus der PV-Anlage.
Grundsätzlich ist eine Wärmepumpe mit Inverter zu empfehlen. Sie arbeitet vor allem im Teillastbereich, der den Hauptanteil der Heizarbeit ausmacht, deutlich effizienter als eine herkömmliche Wärmepumpe; besonders in Altbauten ist der Heizwärmebedarf saisonbedingt sehr variabel (lesen Sie hier mehr zu Wärmepumpen in Altbauten). Auch in Kombination mit Photovoltaik und einem Stromspeicher kann die Wärmepumpe dann mit einem erhöhten Eigenverbrauch punkten.
Die Inverter Wärmepumpe ist inzwischen in der Breite verfügbar. Namhafte Hersteller sind: