Wärmepumpe vereist: Ist das normal?
Luftwärmepumpen zapfen die Umgebungsluft an, um die darin enthaltene Wärme zum Heizen zu gewinnen. Bei niedrigen Außentemperaturen kann es dabei vorkommen, dass die Wärmepumpe vereist und an Leistung verliert. Warum ist das so? Was ist in solchen Momenten zu tun und wie sorgen Hersteller dafür, dass ihre Wärmepumpe bei Minusgraden noch immer zuverlässig funktioniert?
Die Themen im Überblick:
Wärmepumpe vereist: Das ist der Grund
Wärmepumpen nutzen einen immer wieder ablaufenden Prozess, um Wärme aus Umweltenergiequellen zu gewinnen. Dieser Prozess basiert auf Kältemittel, das in der Anlage verdampft und kondensiert. Ersteres passiert am sogenannten Verdampfer. Hier trifft das Kältemittel einer Luftwärmepumpe auf die Außenluft. Es nimmt Energie auf und geht vom flüssigen in den gasförmigen Aggregatzustand über. Dieser Vorgang kühlt die Außenluft, sodass diese weniger Feuchtigkeit mitführen kann. Es kommt zur Kondensation von Wasser an den Lamellen des Wärmeübertragers. Ist dieser sehr kalt, vereist die Wärmepumpe - meist bei Minusgraden, teilweise aber auch schon bei einigen Grad Celsius über Null.
Leistungsabfall der Wärmepumpenheizung ist die Folge
Ist die Wärmepumpe vereist, saugt der Ventilator weniger Luft an. Der Prozess bekommt nicht mehr ausreichend Energie und die Leistung der Heizung nimmt spürbar ab. An warmen Tagen würden Sonnenstrahlen und steigende Außentemperaturen ausreichen, um das Eis zu entfernen. So ist es zum Beispiel bei einigen Poolwärmepumpen. Die Geräte schalten ab und gehen erst einige Stunden später wieder in Betrieb. Aber wie funktioniert eine Wärmepumpe bei Minusgraden im Winter, wenn sie Wärme für die Raumheizung und die Warmwasserbereitung bereitstellen soll?
Wärmepumpe bei Minusgraden: Stromverbrauch steigt
Moderne Heizungswärmepumpen verfügen über eine integrierte Abtaufunktion, um die Vereisung in den Griff zu bekommen und den Heizbetrieb aufrecht halten zu können. Genau wie die höhere Temperaturdifferenz zwischen Außentenluft und Heizungsvorlauf sorgt das aber dafür, dass die Wärmepumpe bei Minusgraden einen höheren Stromverbrauch aufweist. Liegt der COP knapp über dem Gefrierpunkt oft noch über 3, rutscht der Wert bei dem Betrieb einer Wärmepumpe bei Minusgraden im Durchschnitt auf zwei bis drei ab. Die Anlage kann dabei nur noch zwei bis drei Kilowattstunden Wärme aus einer Kilowattstunde Strom beziehen und der Stromverbrauch steigt.
Effekt im Jahresverlauf gering: Wichtig zu wissen ist, dass der Effekt im Jahresverlauf eher gering ist. Denn nur einen geringen Teil der Heizsaison arbeitet die Wärmepumpe bei Minusgraden. Eine Auswertung meteorologischer Daten zeigt, dass die mittlere Außentemperatur in der Heizperiode üblicherweise zwischen drei und sechs Grad Celsius liegt.
Abtaufunktion für den Betrieb im Winter
Dennoch kann es vorkommen, dass die Wärmepumpe vereist. Und zwar öfter, je niedriger die Außentemperaturen sind und je feuchter die Luft in der Umgebung ist. Um dennoch einen zuverlässigen Heizbetrieb sicherzustellen, sind die Geräte mit einer automatischen Abtaufunktion ausgestattet.
Abtauvorgang hängt von diversen Temperaturen ab
Ist die Wärmepumpe vereist, kommt weniger Luft von außen zum Verdampfer. Das Kältemittel nimmt nicht mehr ausreichend Energie auf und bleibt zu kühl. Die Regelung erfasst daher die Differenz zwischen Außentemperatur und Kältemitteltemperatur am Verdampferausgang. Unterschreitet diese einen voreingestellten Wert, geht die Regelung von einer Vereisung aus und der Abtauvorgang startet automatisch.
Zeitsteuerung blockiert den Abtauvorgang im Winter
Um zu verhindern, dass die Wärmepumpe im Winter ständig im Abtauprogramm läuft, gibt es eine sogenannte Sperrzeit. Diese beginnt nach dem Abtauen und dauert je nach System und Aufstellungsort beispielsweise 30 Minuten an. In der Zwischenzeit gewinnt die Anlage Wärme aus der Umgebung, bevor die Wärmepumpe vereist und der Abtauvorgang erneut startet.
Wärmepumpe vereist: Was passiert dabei technisch?
Im Abtauprogramm schaltet die Anlage vom Heiz- in den Kühlbetrieb um. Sie nimmt dann Wärme aus dem Haus oder einem angeschlossenen Pufferspeicher, um warmes Kältemittel über den Wärmetauscher zu leiten. Nach wenigen Minuten ist das gesamte Eis geschmolzen und die Anlage arbeitet wie gewohnt im Heizbetrieb weiter.
Voraussetzung für die sogenannte Heißgas-Abtauung ist übrigens ein spezielles Umschaltventil im Aufbau der Wärmepumpe. Dieses leitet heißen Kältemitteldampf vom Verdichter zum Wärmeübertrager, um Letzteren abzutauen.
Wärmepumpen-Wirkungsgrad im Winter geringer: Durch die Abtauung und die geringeren Außentemperaturen ist der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe im Winter geringer - der COP fällt dann von 3 bis 5 auf 1,8 bis 3,0. Entscheidend sind dabei die Lage, die Effizienz des Wärmeerzeugers und die Art der Einbindung in die Hausanlage.
Vereisen der Wärmepumpe: Ein Nachteil
Dass eine Wärmepumpe vereist, ist typisch für den Betrieb mit Umgebungsluft. Denn diese ist im Winter sehr kalt. Der Abtauvorgang benötigt zusätzliche Energie und verschlechtert somit die Bilanz der Anlage. Wichtig ist es daher, den zusätzlichen Energieverbrauch durch eine optimierte Regelung auf ein Minimum zu begrenzen. Sole- und Grundwasserwärmepumpen sind hier im Vorteil. Denn diese setzen auf Umweltenergiequellen, die sich ganzjährig mit höheren Temperaturniveaus anzapfen lassen. Probleme wie das Vereisen der Wärmeübertrager treten dabei seltener auf.
Die Wärmepumpe vereist ständig? Installateur beauftragen
Verschiedene Gründe können dazu führen, dass eine Wärmepumpe ständig vereist und mehr Strom verbraucht als üblich. Ist das der Fall, sollten Sie einen Installateur zurate ziehen. Der Experte nimmt die Anlage genau unter die Lupe und prüft, ob ein technischer Fehler vorliegt. Ist ausreichend Kältemittel im System? Passt die Auslegung zum Gebäude und finden sich auch in der Aufstellung keine Fehlerquellen, können klimatisch ungünstige Bedingungen zum starken Vereisen führen. Hier hilft es unter Umständen, die Sperrzeiten zu reduzieren oder einen Spitzenlastkessel zu installieren. Letzterer startet nur bei sehr ungünstigen Bedingungen und sorgt dafür, dass die Stromkosten der Wärmepumpe gering bleiben.
FAQ: Häufig gestellte Fragen und Antworten zum Thema
Ist es normal, dass eine Wärmepumpe vereist?
Ja. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen bildet sich im Winter durch den Kontakt kalter, oft feuchter Außenluft auf der Oberfläche des Verdampfers regelmäßig Frost oder Eis. Das ist ein physikalischer Prozess, bei dem Wasserdampf kondensiert und bei Temperaturen um oder unter dem Gefrierpunkt gefriert. Moderne Geräte haben daher eine automatische Abtaufunktion, die diesen Frost in regelmäßigen Abständen schmilzt und die Anlage wieder effizient arbeiten lässt.
Warum vereist eine Wärmepumpe überhaupt?
Beim Heizbetrieb entzieht die Wärmepumpe der Außenluft Wärme. Dabei kühlt sich der Verdampfer so stark ab, dass Feuchtigkeit aus der Luft kondensiert und zu Eis wird. Besonders bei Temperaturen um den Gefrierpunkt und hoher Luftfeuchte passiert das häufiger, weil die Bedingungen für Frostbildung ideal sind.
Wie funktioniert der Abtauvorgang bei einer vereisten Wärmepumpe?
Wärmepumpen verfügen über einen automatischen Abtauzyklus. Sobald sich ausreichend Eis gebildet hat, wird vorübergehend warmes Kältemittel oder elektrische Energie genutzt, um den Verdampfer zu erwärmen und das Eis zu schmelzen. Dieser Vorgang dauert normalerweise nur wenige Minuten und ist Bestandteil des normalen Betriebs, damit Effizienz und Funktion der Wärmepumpe erhalten bleiben.
Funktioniert eine Wärmepumpe bei Minusgraden und häufiger Vereisung am Verdampfer?
Ja. Eine moderne Luft-Wasser-Wärmepumpe ist dafür ausgelegt, auch bei Minusgraden zu arbeiten. Durch geeignete Kältemittel und Steuerungen behält sie ihre Heizfunktion, selbst wenn sich am Verdampfer Frost oder Eis bildet. Die automatische Abtauung sorgt dafür, dass die Vereisung nicht dauerhaft die Leistung mindert oder Schäden verursacht. In extremen Situationen sinkt jedoch die Effizienz etwas, da häufiger Abtauzyklen notwendig sind oder die vorhandene Heizleistung höher beansprucht wird.
Wie lässt sich beim Betrieb der Wärmepumpe bei Minusgraden der Stromverbrauch begrenzen?
Um einen stabilen und effizienten Betrieb bei Minusgraden zu gewährleisten, sollten Sie darauf achten, dass:
- die Wärmepumpe fachgerecht geplant und dimensioniert ist, inklusive passender Leistung für Ihr Gebäude.
- die Außeneinheit schneefrei und frei von Hindernissen steht, damit Luft ungehindert zirkulieren kann.
- regelmäßige Wartungen stattfinden, damit Abtauzyklen, Sensoren und Kältemittelstand optimal funktionieren.
Durch diese Maßnahmen arbeitet die Anlage auch bei Kälte zuverlässig und komfortabel. Sinnvoll ist es außerdem, die Vorlauftemperatur im Haus abzusenken, um den Stromverbrauch der Wärmepumpe bei Minusgraden zu begrenzen. Möglich ist das durch die Einstellung der Heizkurve, einen hydraulischen Abgleich und/oder die Installation größerer Heizflächen.
Was passiert, wenn die Wärmepumpe zu stark vereist?
Leichte Frostbildung ist normal und wird automatisch beseitigt. Wenn sich jedoch starkes Eis über längere Zeit ansammelt, das nicht vollständig abtaut, kann das die Effizienz verringern und im schlimmsten Fall zu Leistungsproblemen führen. Dann lohnt sich eine genauere Prüfung auf mögliche Ursachen wie falsche Einstellungen, ungünstige Lage der Außeneinheit oder technische Fehler.