Effizienzfaktor Schalthäufigkeit: Wie oft sollte eine Wärmepumpe takten?

Die Effizienz einer Wärmepumpe ist unter anderem von ihrem Betriebsverhalten und damit von ihrer Schalthäufigkeit abhängig. Ihr stellt uns immer wieder Fragen zum Takten der Wärmepumpe wie die obige. Oder wie die folgenden: “Wie oft sollte eine Wärmepumpe am Tag takten?”, “Wie viele Verdichterstarts sind bei einer Wärmepumpe normal?” und “Ist es normal, dass meine Wärmepumpe ständig läuft?” Eine aktuelle Studie beantwortet jetzt diese Fragen. Wir fassen die wichtigsten Erkenntnisse zum Einfluss des Faktors Schalthäufigkeit auf die Effizienz eurer Wärmepumpe hier zusammen.

Bevor es gleich darum geht, wie oft sich eure Wärmepumpe ein- und ausschalten sollte, um möglichst effizient zu laufen, erklären wir euch kurz den technischen Begriff Schalthäufigkeit.

Was bedeutet „Schalthäufigkeit“ bei Wärmepumpen?

Wenn bei einer Wärmepumpe von der Schalthäufigkeit die Rede ist, geht’s darum, wie oft die Wärmepumpe beziehungsweise deren Verdichter innerhalb einer bestimmten Zeitspanne zwischen den Betriebszuständen Ein und Aus wechselt – also umschaltet, startet und stoppt oder taktet. Alternative Bezeichnungen zur Schalthäufigkeit sind Schaltzyklen, Taktrate oder einfach Starts/Stopps.

Üblicherweise wird die Schalthäufigkeit einer Wärmepumpe pro Stunde, pro Tag oder pro Jahr angegeben, also X Starts pro Stunde, X Starts pro Tag, X Starts pro Jahr.

Warum ist die Schalthäufigkeit wichtig?

Die Schalthäufigkeit ist eine zentrale Betriebsgröße einer Wärmepumpe, weil sie Einfluss auf

• deren Effizienz,
• deren mechanischen Verschleiß
• und auf die mit ihr verursachten Betriebskosten hat.

• Effizienzverluste: Die Anlaufphasen eurer Wärmepumpe sind energetisch ungünstiger als deren Dauerbetrieb. Häufige Starts erhöhen den Anteil an ineffizienten Betriebszuständen und können die Jahresarbeitszahl (JAZ) verschlechtern. Deshalb ist ein ruhiger, möglichst lang andauernder Betrieb energetisch betrachtet günstiger.
• Mechanischer Verschleiß: Jeder Start eurer Wärmepumpe belastet den Verdichter mechanisch (Anlaufstrom, thermische Spannungen). Damit verkürzt das häufige Takten die Lebensdauer dieses Bauteils und weiterer mechanischer Komponenten. Das erhöht auf Dauer das Risiko dafür, dass die Wärmepumpe ausfällt.
• Elektrische Belastung: Jeder Start verursacht hohe Anlaufströme, was die Netzbelastung und mögliche Schutzeingriffe beziehungsweise Fehlermeldungen begünstigen kann. Bei sehr kurzen Laufzeiten lohnt sich häufig auch der Aufwand für Abtau- oder Steuerzyklen nicht.

Wie oft sollte die Wärmepumpe takten?

Eine passend ausgelegte Wärmepumpe sollte möglichst nicht häufiger als etwa einmal pro Stunde starten.

• Idealerweise läuft sie jeweils rund 30 bis 60 Minuten am Stück, sodass sie effizient im Dauerbetrieb arbeitet.
• In der Praxis gilt eine Richtgröße von rund 10 bis 12 Starts pro Tag als guter Wert. Werte deutlich darüber deuten auf ein Takten hin, das Effizienz und Lebensdauer beeinträchtigt. Es gilt: Motor an, durchlaufen lassen, nicht ständig stoppen und starten.

Das sind 5 mögliche Ursachen für ein zu häufiges Takten der Wärmepumpe

Hinter einer (zu) hohen Schalthäufigkeit eurer Wärmepumpe steckt möglicherweise eine der folgenden 5 Ursachen:

1. Falsche Größe der Wärmepumpe (Dimensionierung)

Wenn die Wärmepumpe zu groß für euer Haus ist, produziert sie zu viel Wärme in kurzer Zeit. Das führt dazu, dass sie das Heizungswasser schnell auf die Zieltemperatur bringt – und dann sofort wieder abschaltet. Nach kurzer Zeit kühlt das Wasser wieder ab, und die Wärmepumpe springt erneut an. So läuft ein immerwährendes Ein-und-Aus-Spiel, das euch Strom kostet und den Verdichter stark belastet.

Besser wäre eine passend auf den Wärmebedarf eures Hauses ausgelegte Wärmepumpe. Die läuft länger am Stück und arbeitet gleichmäßiger – das ist effizienter und schont die Technik.

2. Kein Pufferspeicher – zu wenig Wärme-Zwischenspeicher

Wenn kein oder ein zu kleiner Pufferspeicher vorhanden ist, kann die Heizung kaum Wärme „auf Vorrat“ speichern. Damit schwankt die Temperatur im Heizsystem sehr stark – die Wärmepumpe muss ständig nachregeln und schaltet sich immer wieder an und aus.

Besser wäre ein ausreichend großer Pufferspeicher, der für gleichmäßigere Laufzeiten sorgt, Temperaturschwankungen ausgleicht und die Pausen zwischen den Schaltvorgängen verlängert.

3. Zu “enge” Temperatureinstellungen (Regelhysterese)

Wenn die Wärmepumpe schon bei ganz kleinen Temperaturunterschieden startet, läuft sie ständig an. Ein Beispiel: Ihr habt eingestellt, dass eure Heizung bei 35 Grad Celsius (°C) ausschaltet und schon bei 34,8 °C wieder einschaltet. Das ist zu eng.

Besser wäre eine größere Hysterese, wie 1 °C oder mehr. Das sorgt dafür, dass die Anlage länger durchläuft, bevor sie wieder startet und die Schalthäufigkeit deutlich sinkt.

4. Falsche Heizflächen: zu hohe Vorlauftemperatur nötig

Wenn ihr alte Heizkörper habt, die nur mit hoher Vorlauftemperatur funktionieren, beispielsweise 60 °C, muss die Wärmepumpe sehr hart arbeiten. Damit erreicht sie schnell ihre Temperaturgrenze und schaltet ab,  vor allem dann, wenn euer Haus nicht gleichmäßig Wärme aufnimmt.

Besser wären größere Heizflächen wie Fußboden- oder Wandheizungen,  mit niedrigerer Vorlauftemperatur auskommen. Das entlastet die Wärmepumpe, sie läuft infolgedessen ruhiger und sparsamer.

5. Schwankender Wärmebedarf (geringe oder kurzzeitige Last)

Im Alltag gibt es viele kurze Heizanforderungen, zum Beispiel, wenn nur Warmwasser zubereitet wird oder einzelne Räume nur kurz nachbeheizt werden sollen. Wenn die Wärmepumpe diese kleinen Aufgaben immer wieder mit vollem Einsatz erledigt, läuft sie ständig kurz an und wieder aus.

Besser wäre eine intelligente Steuerung oder ein kleiner Pufferspeicher, die die die Wärmeanforderungen bündeln. Dann arbeitet die Wärmepumpe in längeren, gleichmäßigen Zyklen.

Merkt euch: Wenn eure Wärmepumpe zu oft an- und ausgeht, steckt meist keine Fehlfunktion dahinter, sondern ein ungünstiges Zusammenspiel aus Größe, Regelung und Hydraulik. Euer Fachbetrieb kann mit einfachen Anpassungen, beispielsweise an der Regelung, mit einem passenden Pufferspeicher oder einem hydraulischen Abgleich, dafür sorgen, dass eure Wärmepumpe ruhiger, effizienter und langlebiger läuft.

Was ist der Verdichter und welche Aufgabe erfüllt er in einer Wärmepumpe?

Der Verdichter wird auch das “Herz der Wärmepumpe” genannt. Zu Recht, denn ohne ihn läuft nichts: Der Verdichter (oder Kompressor) ist das zentrale Bauteil jeder Wärmepumpe. Er sorgt dafür, dass die im Kältemittel gespeicherte Umweltwärme auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird. Erst so kann die Wärme ins Heizsystem eures Hauses abgegeben werden.

So funktioniert der Verdichter im Wärmepumpenkreislauf

Das Kältemittel nimmt in der Verdampferstufe Energie aus der Umwelt (Luft, Erdreich oder Wasser) auf und verdampft dabei. Der Verdichter saugt diesen Dampf an und presst ihn zusammen (verdichtet ihn). Dabei steigen Druck und Temperatur des Kältemittels stark an – das Gas erhitzt sich. Dieses heiße Gas gibt im Verflüssiger (Kondensator) die Wärme an das Heizwasser ab und kühlt sich dabei wieder ab. Nach der Entspannung (über das Expansionsventil) beginnt der Kreislauf von vorn.

Der Verdichter ist demnach das Bauteil eurer Wärmepumpe, das aus niedriger Umweltwärme eine nutzbare Heiztemperatur macht – vergleichbar mit einer Pumpe, die den Druck erhöht, nur hier eben für ein Gasgemisch.

Die Hauptaufgaben des Verdichters auf einen Blick

• Gas ansaugen und verdichten: Der Verdichter saugt das verdampfte Kältemittel aus dem Verdampfer an und komprimiert es auf den erforderlichen Hochdruck.
• Temperatur anheben: Dank der Kompression steigt die Gastemperatur so weit, dass sie über der benötigten Heizwassertemperatur liegt.
• Zirkulation sichern: Der Verdichter hält den gesamten Kältemittelkreislauf in Bewegung.

Qualität, Typ und Regelbarkeit des Verdichters beeinflussen direkt die Jahresarbeitszahl (JAZ) und damit den Stromverbrauch eurer Wärmepumpe.

Ergebnisse der Studie zur Schalthäufigkeit & Effizienz von Wärmepumpen

Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) legte Anfang November die Ergebnisse eines Forschungsprojektes zum Betrieb von Wärmepumpen im Bestand vor. Darunter auch Erkenntnisse zur Schalthäufigkeit und deren Einfluss auf die Effizienz der Wärmepumpen.

Das ISE schreibt, dass Verdichterstars den Verdichter mechanisch und thermisch belasten. Eine hohe Schalthäufigkeit steigert demnach den Verschleiß und verkürzt die Lebensdauer des Verdichters. (Zu) kurze Betriebslängen des Verdichters solltet ihr deshalb möglichst vermeiden. Die Hersteller von Wärmepumpen, die der ISE-Forschungsbericht erwähnt, empfehlen zwischen 6 und 12 Starts pro Stunde.

Auf die Effizienz wirkt sich die Betriebslänge des Verdichters so aus:

• Zum Deckeln der Raumheizlast muss die Vorlauftemperatur bei kürzeren Verdichterlaufzeiten höher sein als bei langen.
• Sind die Betriebszeiten sehr kurz, kommt es wegen gegebenenfalls vorgegebenen MIndestlaufzeiten zu höheren Vorlauftemperaturen.
• Habt ihr euren Heizungsspeicher parallel eingebunden (mit je einem Vorlaufanschluss für dieWärmepumpe und den Heizkreis)? Oder ist der Heizungsspeicher seriell im Vorlauf eingebunden? Dann kommt es zu einem Temperaturabfall, weil in der Aufheizphase sogenannte Mischungsverluste auftreten.
• Eine kürzere Verdichterlaufzeit erhöht den Einfluss des ineffizienten Wärmepumpenlaufs während der ersten Minuten nach dem Start der Wärmepumpe auf die Effizienz des gesamten Anlagenbetriebs.

Bei den 77 Wärmepumpen, die im ISE-Projekt über vier Jahre Laufzeit getestet wurden, ergaben sich zwischen 540 bis 15.820 Starts pro Jahr. 90 Prozent der getesteten Luftwärmepumpen starteten demnach weniger als 5.500 Mal im Jahr, rund ein Drittel bis zu 2.000 Mal. 

Wärmepumpen mit der höchste Schalthäufigkeit haben auch gehäuft Verdichterlaufzeiten von unter 10 Minuten. Die aber durchaus auch bei Geräten mit mitlerer Schalthäufigkeit anzutreffen sind.

Spannenderweise schreibt das ISE, dass viele Faktoren, die die hohe Schalthäufigkeit der Wärmepumpe beeinflussen, schon der Planungsphase entspringen, darunter

• die hydraulische Weiche,
• die hohe Differenz des Volumenstroms im Wärmepumpenkreis zum Volumenstrom des Heizkreises (bei Anlagen mit Speicher und hydraulischer Entkoppelung),
• die zu hoch geregelte Wärmepumpenleistung
• und die vorlauftemperaturabhänguge Start- und Stoppregelung.

Foto: Juri – Adobe.Stock.com, Paradigma