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

Heizungstechnik für Kölner Häuser

So funktioniert eine Wärmepumpe: Kältekreis und Stromrechnung

Eine Wärmepumpe im Kölner Haus bringt Wärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser mit Strom auf Heiztemperatur. Bei Jahresarbeitszahl 3,4 werden aus 5.300 kWh Strom rund 18.000 kWh Wärme.

Anfrage senden

oder per E-Mail: kontakt@waermepumpe-in-koeln.de

Luft-Wasser›Einfamilienhaus›Altbau›Erdwärme›Heizungstausch›Reihenhaus›Alle 10 Leistungen ↓

In einer Wärmepumpe wird Wärme aus der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser in vier Schritten und mit Hilfe von Strom auf die Temperatur gebracht, die Ihre Heizung braucht. Im Feldtest des Fraunhofer ISE kamen Außenluftgeräte im Jahresmittel auf 3,4 Kilowattstunden Wärme je Kilowattstunde Strom (49 Anlagen im Bestand, Auswertung 2024, milder Winter).

Der Strom treibt dabei vor allem einen Verdichter an, der größere Teil der Wärme stammt aus der Umgebung. Deshalb kommt mehr Wärme heraus, als Strom hineinfließt, und wie viel mehr, hängt davon ab, wie warm das Heizungswasser werden muss.

Welche vier Bauteile bilden den Kältekreis?

Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil sind durch Rohre zu einem geschlossenen Kreis verbunden, in dem ein Kältemittel läuft. Dieses Kältemittel wird abwechselnd gasförmig und flüssig, und bei jedem Wechsel wird Wärme aufgenommen oder abgegeben.

Schema des Kältekreises mit Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil

Schritt	Bauteil	Was dort geschieht	Zustand des Kältemittels danach
1	Verdampfer	Wärme aus Luft, Sole oder Grundwasser geht auf das kältere Kältemittel über, es siedet.	gasförmig, niedriger Druck, kalt
2	Verdichter	Das Gas wird mit elektrischer Energie zusammengepresst, Druck und Temperatur steigen.	gasförmig, hoher Druck, heiß
3	Verflüssiger	Das heiße Gas gibt seine Wärme an das Heizungswasser ab und wird dabei flüssig.	flüssig, hoher Druck, warm
4	Expansionsventil	Der Druck fällt, und die Flüssigkeit kühlt dabei stark ab.	überwiegend flüssig, niedriger Druck, sehr kalt

Danach beginnt der Kreis wieder am Verdampfer, solange im Haus Wärme gebraucht wird. Im Kühlschrank läuft derselbe Vorgang, nur nutzt man dort die kalte Seite im Innenraum, und die Wärme geht an der Rückseite in die Küche.

Warum steckt in kalter Luft noch nutzbare Wärme?

Auch Luft mit −7 °C gibt noch Wärme ab, weil das Kältemittel im Verdampfer kälter ist als die Luft. Wärme geht immer von der wärmeren zur kälteren Seite über, und dafür reicht dieser Unterschied aus.

Für Köln liegt die Norm-Außentemperatur, mit der die Heizlast gerechnet wird, je nach Postleitzahl bei −7,0 bis −8,7 °C (Klimakarte des Bundesverbands Wärmepumpe). An der Station Köln/Bonn lagen die tiefsten Werte einzelner Jahre darunter, 2022 bei −13,8 °C und 2024 bei −10,6 °C (DWD). Das Jahresmittel 1991 bis 2020 beträgt 10,7 °C.

Für sehr kalte Stunden haben die meisten Anlagen eine Reserve. Im Feldtest hatten 84 % einen Heizstab, und bei Außenluft gingen im Mittel rund 1,3 % der elektrischen Arbeit dorthin. Temperaturen unter −5 °C waren im Auswertungsjahr selten, in einem harten Winter dürfte dieser Anteil also höher ausfallen.

Außengerät an einer Klinkerwand im Winter, Raureif auf dem Rasen, etwas Schnee auf dem Gerät, aufsteigender Dampf

Warum braucht die Anlage bei heißem Heizwasser mehr Strom?

Je weiter die Temperatur im Verdichter angehoben werden muss, desto mehr Strom kostet dieselbe Wärmemenge. Bei der Heizung geht es dabei um den Vorlauf, also die Temperatur, mit der das Heizungswasser zu den Heizkörpern läuft.

An einem 9-kW-Gerät aus einem Herstellerdatenblatt lässt sich der Effekt ablesen, das Gerät steht hier nur als Beispiel. COP heißt das Verhältnis von Wärme zu Strom in genau einem Betriebspunkt.

Außenluft	COP bei 35 °C Vorlauf	COP bei 55 °C Vorlauf
7 °C	4,48	2,78
−7 °C	2,63	1,80

Bei gleicher Außenluft macht der Vorlauf also fast so viel aus wie der Sprung von mildem Wetter zu Frost. Die Verbraucherzentrale nennt als Ziel höchstens 55 °C, günstiger sind 30 bis 50 °C, und je Grad weniger sinkt der Strombedarf um 2 bis 4 %.

Einen Zusammenhang mit dem Baualter fand das Fraunhofer ISE im Feldtest nicht, den Ausschlag gab die Temperatur im Heizkreis. Wie Sie diese Temperatur an Ihren eigenen Heizkörpern testen, steht bei der Vorlauftemperatur. Wie aus vielen Betriebspunkten ein Jahreswert wird, erklären wir bei der Jahresarbeitszahl.

Wie viel Strom braucht es für 18.000 kWh Wärme?

Bei einer Jahresarbeitszahl von 3,4 sind es rund 5.300 kWh Strom, die übrige Wärme stammt aus der Außenluft. Diese Kennzahl gibt an, wie viele Kilowattstunden Wärme im Schnitt eines ganzen Jahres aus einer Kilowattstunde Strom werden.

Beispiel. Angenommen, Ihr Haus verbraucht heute 20.000 kWh Gas im Jahr, und der Kessel nutzt davon 90 % (unsere Annahme). Dann braucht das Haus 18.000 kWh Wärme, und der Strombedarf ergibt sich aus Wärme geteilt durch Jahresarbeitszahl.

Jahresarbeitszahl	Woher der Wert stammt	Wärme im Jahr	Strom im Jahr
2,6	untere Grenze im Feldtest, Außenluft	18.000 kWh	6.900 kWh
3,0	Mindestwert der KfW-Förderung	18.000 kWh	6.000 kWh
3,4	Mittelwert im Feldtest, Außenluft	18.000 kWh	5.300 kWh

In Euro kostet das Gas im Beispiel 2.770 € bei 13,83 Cent je Kilowattstunde (BDEW, 01.10.2026, ohne Wartung). Bei 3,4 und Heizstrom für 29,0 Cent kostet der Strom 1.540 €, also rund 1.230 € weniger. Läuft die Anlage nur mit 2,6 und normalem Strom für 38,9 Cent, sind es 2.690 €, und der Abstand zum Gas schrumpft auf rund 80 €.

Deshalb rechnen wir bei der Planung beide Fälle durch. Die vollständige Rechnung mit Öl und Tarifen finden Sie unter Betriebskosten.

Was ändert sich bei Erdwärme und Grundwasser?

Der Kältekreis bleibt gleich, nur kommt die Wärme auf anderem Weg zum Verdampfer. Bei der Erdwärmepumpe läuft eine frostsichere Flüssigkeit, die Sole, durch Sonden oder Kollektoren im Boden und nimmt dort Wärme mit ins Gerät.

Beim Grundwasser wird Wasser aus einem Brunnen durch einen Wärmetauscher gepumpt und danach in einen zweiten Brunnen zurückgegeben. Der Bericht zum Kölner Wärmeplan rechnet dabei mit höchstens 6 K Abkühlung, K steht für Kelvin und entspricht hier einem Grad.

Weil der Boden im Winter wärmer bleibt als die Luft, muss die Temperatur im Verdichter weniger weit angehoben werden. Erdsonden kamen im Feldtest im Mittel auf 4,3 (3,6 bis 5,4), wobei das nur 13 Anlagen sind. Preise und Kölner Auflagen je Wärmequelle stehen im Vergleich der Bauarten. Ob der Kältekreis ganz im Außengerät liegt oder auf zwei Geräte verteilt ist, klären wir bei Monoblock und Split.

Haus aus dunkelrotem Backstein mit Tonziegeldach, an der Giebelwand ein Außengerät auf einem Betonsockel

Welches Kältemittel läuft im Kreis?

In den Datenblättern, die wir verglichen haben, stehen R290 und R32. R290 ist Propan mit einem GWP von 3, R32 hat einen GWP von 675, und GWP bezeichnet die Treibhauswirkung im Vergleich zu CO₂.

Neue Monoblock-Geräte bis 50 kW und Split-Geräte bis 12 kW dürfen ab 2027 kein Kältemittel mit GWP über 150 mehr enthalten, vorhandene Anlagen bleiben davon unberührt (Bundesverband Wärmepumpe). Im Betrieb verbraucht sich das Kältemittel nicht, weil der Kreis geschlossen ist. Sinkt die Füllung, gibt es eine undichte Stelle, und die gehört zu den Dingen, die bei der Wartung auffallen sollen.

Warum tropft das Außengerät im Winter?

Feuchte aus der Luft schlägt sich am kalten Verdampfer nieder und gefriert, deshalb läuft das Gerät zwischendurch im Abtaubetrieb. Dabei entstehen Tauwasser und manchmal eine sichtbare Dampffahne, beides gehört zum normalen Betrieb.

Für die Aufstellung hat das zwei Folgen. Das Kondensat muss frostfrei abfließen, bei Bodenaufstellung führen wir es in ein Kiesbett im frostfreien Bereich. In der Anleitung eines Beispielgeräts stehen außerdem mindestens 3 m Abstand zwischen Luftaustritt und Gehwegen, gepflasterten Flächen oder Fallrohren, weil sich dort sonst Eis bildet. Weitere Maße stehen beim Platzbedarf.

Was gehört außer dem Kältekreis noch zur Anlage?

Zur Anlage gehören auch der Heizkreis, ein Warmwasserspeicher und die Regelung, oft dazu ein Pufferspeicher. Auch sie wirken sich auf den Stromverbrauch aus, darum sehen wir sie uns im Haus genauso an wie das Gerät.

Teil	Wofür es da ist	Was wir dabei prüfen
Heizkreis mit Heizkörpern	verteilt die Wärme im Haus	Vorlauftemperatur, hydraulischer Abgleich nach Verfahren B
Warmwasserspeicher	hält warmes Trinkwasser bereit, 19 % der Wärme im Feldtest	Größe, 200 bis 300 l bei 4 Personen
Pufferspeicher	überbrückt Betriebspausen, vor allem bei wenig modulierenden Geräten	ob er nötig ist, Faustwert 20 bis 35 l je kW
Heizstab	Reserve für sehr kalte Stunden	wie oft er in der ersten Heizperiode gelaufen ist
Regelung und Zähler	steuert die Heizkurve, erfasst Wärme und Strom	Anzeige von Verbrauch und Effizienz, die Förderung verlangt sie

Den Speicher brauchen nicht alle Anlagen in gleicher Größe, das klären wir beim Pufferspeicher. Bei einer Luftanlage kommt das Außengerät mit Aufstellort und Schall als weiterer Punkt dazu.

Wie läuft der Kreis in Ihrem Haus?

Das hängt vor allem an der Vorlauftemperatur, und die lässt sich an einem kalten Tag selbst testen. Stellen Sie dafür den Vorlauf Ihres Kessels auf 55 °C und die Thermostate auf Stufe 3, dann notieren Sie, welche Räume kühl bleiben.

Mit dieser Notiz und der letzten Gasabrechnung können wir im ersten Termin, der nichts kostet, gleich über Ihr Haus sprechen. Schreiben Sie uns über das Formular oder an kontakt@waermepumpe-in-koeln.de, Sie bekommen innerhalb eines Werktags Antwort.

Häufige Fragen

Wie viel Wärme entsteht aus einer Kilowattstunde Strom?

3,4 Kilowattstunden Wärme waren es im Jahresmittel bei Außenluftgeräten im Feldtest des Fraunhofer ISE, die Spanne reichte von 2,6 bis 4,9 (49 Anlagen im Bestand, Auswertung 2024). Der Winter der Auswertung war mild, und unsanierte Häuser bilden dort keine eigene Gruppe.

Läuft eine Wärmepumpe auch bei Minusgraden?

Ja, denn auch Luft mit −7 °C gibt noch Wärme an das kältere Kältemittel ab. Ein 9-kW-Beispielgerät kommt dort laut Datenblatt bei 35 °C Vorlauf auf einen COP von 2,63, bei 55 °C auf 1,80.

Aus wie vielen Bauteilen besteht der Kältekreis?

4 Hauptbauteile gehören dazu, nämlich Verdampfer, Verdichter, Verflüssiger und Expansionsventil. Sie sind durch Rohre zu einem geschlossenen Kreis verbunden, in dem das Kältemittel läuft.

Ist eine Wärmepumpe dasselbe wie ein Elektroheizstab?

Nein. Im Heizstab wird der Strom direkt zu Wärme, und mehr Wärme als Strom kann dort nicht entstehen. In der Wärmepumpe treibt der Strom den Verdichter an, der größere Teil der Wärme stammt aus der Umgebung.

Läuft in der Wärmepumpe derselbe Kreis wie im Kühlschrank?

Ja, der Kreis ist derselbe. Beim Kühlschrank nutzt man die kalte Seite im Innenraum, bei der Heizung die warme Seite am Verflüssiger.

Verbraucht sich das Kältemittel im Betrieb?

Nein. Der Kältekreis ist geschlossen, das Kältemittel wechselt nur zwischen flüssig und gasförmig. Fehlt Kältemittel, ist der Kreis irgendwo undicht, und diese Stelle muss ein Fachbetrieb suchen.

Wie heiß sollte das Heizungswasser höchstens werden?

55 °C nennt die Verbraucherzentrale als Ziel für den Vorlauf, günstiger sind 30 bis 50 °C. Je Grad weniger sinkt der Strombedarf um 2 bis 4 %.

Ist Dampf am Außengerät ein Defekt?

Nein. Im Winter schlägt sich Feuchte am Verdampfer nieder und gefriert, beim Abtauen entstehen dann Tauwasser und manchmal eine Dampffahne. Das Tauwasser muss frostfrei abfließen können.

Läuft eine Wärmepumpe bei Stromausfall weiter?

Nein. Ohne Strom stehen Verdichter, Pumpen und Regelung still, und es entsteht keine neue Wärme, bis das Netz wieder da ist.

Ist der Kältekreis bei Erdwärme anders als bei Luft?

Nein, die vier Bauteile sind dieselben. Anders ist nur der Weg der Wärme zum Verdampfer, bei der Erdwärme läuft dafür Sole durch Sonden oder Kollektoren im Boden.

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

Unverbindlich, Antwort innerhalb eines Werktags

Wärmepumpe für Ihr Haus in Köln

Schreiben Sie kurz, um welches Haus es geht und was heute heizt. Wir sagen Ihnen, welche Wärmepumpe passt und was die KfW dazugibt. Wir antworten innerhalb eines Werktags.

Lieber schreiben?

kontakt@waermepumpe-in-koeln.de

Mit dem Absenden willigen Sie ein, dass wir Ihre Angaben zur Bearbeitung der Anfrage verwenden. Einzelheiten in der Datenschutzerklärung.