JAZ in der Praxis: Wie viel Energie verbrauchen Wärmepumpen tatsächlich?

Ein wichtiges Argument für eine Wärmepumpe sind die trotz hoher Strompreise (im Vergleich zum Gas) niedrigen Kosten bei der Wärmeerzeugung. Damit lässt sich der hohe Anschaffungspreis zumindest teilweise dem Kunden gegenüber verargumentieren. Da ist es nur verständlich, wenn der Kunde seinen neuen Stromverbrauch unter die Lupe nimmt.

Leistet die Wärmepumpe auch das, was im Vorfeld versprochen wurde? Um es vorwegzunehmen: Ja, bei sorgfältiger Planung und Ausführung leistet sie das, keine Frage. Dies zu überprüfen ist aber leider nicht so einfach, wie es wünschenswert wäre. Hier sind Missverständnisse programmiert.

Aus Sicht des Kunden gibt es drei offensichtliche Möglichkeiten, die Effizienz der Wärmepumpe zu überprüfen. Alle haben ihr Vor- und Nachteile:

• A) Jahresarbeitszahl aus der Regelung der Wärmepumpe
• B) Vergleich aktuelle Strom- mit den Energiekosten vorangegangener Jahre
• C) Vergleich aktueller Stromverbrauch mit den Energieverbräuchen vergangener Jahre.

Die Möglichkeiten werden im folgenden Text im Detail beschrieben.

A) Jahresarbeitszahl aus der Regelung der Wärmepumpe

Auf den ersten Blick wäre es einfach, die Jahresarbeitszahl aus der Regelung mit dem Ergebnis der Planung zu vergleichen. Das setzt erst einmal voraus, dass die JAZ sorgfältig ermittelt wurde. Hinweise dazu finden sich im Beitrag "Wärmepumpe im Realitäts-Check". Leider zeigt nicht jede Regelung die tatsächliche Arbeitszahl direkt an. Eventuell werden Stromverbrauch und ein Ertrag an Umweltwärme angezeigt, in diesem Fall wäre die gemessene Jahresarbeitszahl JAZ zu berechnen nach: (Stromverbrauch + Umweltwärme) / Stromverbrauch.

Eventuell werden die Zahlen für Warmwasserbereitung und Heizung getrennt angezeigt. Das richtig zu gewichten, ist dann schon nicht mehr ganz so einfach. Man kann sich damit behelfen, dass der Arbeitszahlrechner des BWP (Bundesverband Wärmepumpe) die Arbeitszahlen für Heizung und Warmwasserbereitung getrennt bestimmt. Damit kann man die Einzelarbeitszahlen vergleichen, was für eine eventuelle Fehlersuche hilfreich ist.

Außerdem umgeht man das Problem, wie hoch der Anteil der energetisch schlechteren Warmwasserbereitung ist. Wenn ein Kunde einen höheren Warmwasserbedarf hat als erwartet, kann man so die Bestandteile der JAZ getrennt beurteilen. Damit hat man zumindest sinnvolle Vergleichszahlen für die Wärmepumpe. Nur, wie geht man damit um?

JAZ: Immer genau ein Jahr

Zuerst muss gesichert sein, welchen Zeitraum die Regelung der Wärmepumpe betrachtet. Läuft die Wärmepumpe überhaupt schon ein Jahr? Wird die Arbeitszahl eventuell seit Inbetriebnahme und damit seit mehr als einem Jahr ermittelt? Es gilt: Sinnvoll ist nur eine Betrachtung über genau ein Jahr. Hinweise zur unterjährigen Betrachtung gibt es im nächsten Abschnitt.

Wie im oben erwähnten Beitrag beschrieben, muss einem ferner klar sein, dass es Abweichungen zwischen „gemessen“ und „berechnet“ geben kann bzw. muss. Das Wetter und das Nutzerverhalten und weitere Punkte sind nicht wirklich vorhersehbar. Eine Abweichung der gemessenen zur berechneten JAZ von 10% wird als unproblematisch dargestellt.

Zum besseren Verständnis: Die „gemessenen“ Arbeitszahlen werden tatsächlich von den Regelungen aus hinterlegten Kompressordaten ermittelt. Die Regelung weiß, wie lange der Kompressor mit welcher Drehzahl bei welchen Temperaturen gelaufen ist. Aus dem Kennlinienfeld des Kompressors ermittelt sie dann die entsprechenden Arbeitszahlen.

Die tatsächliche Genauigkeit dieser „Messung“ ist in der Regel Planern und Handwerkern nicht bekannt. Unter der Hand wurden vonseiten der Industrie Abweichungen „unter 10%“ genannt, bezogen auf die Einzelmessung. Heißt: Damit wäre die Messung über das Jahr eher genauer. Das ist alles nicht dramatisch, aber eben mit einer Abweichung versehen.

Was kann man nun daraus machen? Wenn die berechnete JAZ bei 4 und die gemessene JAZ bei 3 liegt, dann stimmt vermutlich etwas nicht. Liegt sie bei 3,8, dann ist vermutlich alles in Ordnung. Dazwischen befindet sich der Graubereich. Im Rahmen einer Wartung hier anzusetzen ist sicherlich immer eine gute Idee. Achtung: Die Jahresarbeitszahl zu garantieren, zeugt von unternehmerischem Leichtsinn.

B) Vergleich mit den alten Energiekosten

Eine bekannte Situation: Der Kunde wedelt mit der alten Gasrechnung und beschwert sich, dass durch die Sanierung die versprochene Ersparnis nicht oder nur teilweise realisiert wurde. Dieser Vergleich ist naheliegend, aber falsch, weil der Nutzer die alten Preise gedanklich auf dem Stand vor dem Einbau der Wärmepumpe einfriert (Veränderungen im Verbrauchsverhalten oder bei der Witterung betrachten wir im nächsten Abschnitt dieses Textes).

Tatsächlich sind diese Preise extrem veränderlich und damit auch die Aussagekraft. Wobei wir durch den Ukrainekrieg derzeit noch eine Sondersituation haben. Vergleichen wir einfach mal aus dem Beispiel des o.g. Textes die real abgerechneten Gasverbräuche eines Gebäudes mit den Verbräuchen nach dem Einbau einer Wärmepumpe. Zur Erinnerung: Es handelt sich um ein Gebäude mit ca. 10,5 kW Heizlast, 4 Personen und zentraler WW-Bereitung. Die gemessene Jahresarbeitszahl lag bei 3,8.

Die folgenden Zahlen in Bild 1 beruhen auf witterungsbereinigten Verbräuchen, damit es hier nicht zu kompliziert wird. Verglichen werden die Heizsaison 2019/2020 (Gaskessel) mit 2020/2021 (Wärmepumpe). Die jeweils gezahlten, realen Tarife sind gekennzeichnet. Grundlage sind ein Erdgastarif mit Biogaseinspeisung von 5% bei Energiekosten von 6,44 Cent/kWh in der letzten Heizsaison Gas und ein Ökostromtarif mit 19,9 Cent/kWh nach der Modernisierung. Die Grundgebühr war bei beiden Tarifen gleich und wurde in der Darstellung nicht berücksichtigt. (Wer es wissen will: Sie macht jeweils ca. 120 Euro aus.)

Reale Gaskosten unter der Lupe

Die „realen Kosten Gas“ entsprechen dem Preisstand vor der Sanierung. Inzwischen wurden die Tarife mit der CO₂-Abgabe belastet. Bei ansonsten unveränderlicher Situation wären die Jahreskosten dadurch auf 1.731,59 Euro gestiegen. Die tatsächliche Preissituation ist derzeit extrem verworren. Neutarife liegen zum Teil weit über 20 Cent/kWh. Mit diesen Spitzen soll hier nicht gerechnet werden.

Tarifverlängerungen lagen im April 2022 im Umfeld des Beispiels bei 9,5 Cent/kWh. Für einen durchschnittlichen Preis nach Beruhigung der Situation werden hier 11 Cent/kWh angenommen, was Energiepreise (ohne Grundgebühr) von 2721,07 Euro für ein Jahr bedeuten würden.

Das entspricht Heizkosten, die vor Kurzem noch für utopisch gehalten wurden, dennoch könnte zum heutigen Zeitpunkt ein Neuvertrag zu mehr als doppelt so hohen Kosten führen, wenn der jeweilige Grundversorgungstarif nicht einspringen kann. Die alten Preise vor der Sanierung kommen wegen der beschlossenen CO₂-Abgabe vermutlich nicht wieder. Realistische Heizkosten für dieses Beispielgebäude mit Gasbeheizung würden sich daher in der nächsten Zeit irgendwo zwischen 1.700 oder eher 2.700 Euro bewegen, wenn man annimmt, dass es keine Sanierung gegeben hätte und die zukünftigen Kosten sich tatsächlich auf diesem Niveau bewegen.

Stromverbrauch mit neuer Wärmepumpe

Die gleiche Berechnung beim Stromverbrauch der Wärmepumpe: Es ist ein abschaltbarer Eintarifzähler vorhanden. Nach Sanierung wurde ein sehr günstiger, regionaler Ökostromtarif (1.395,99 Euro) gewählt. Deswegen finden sich ergänzend auf der rechten Seite der Grafik die entsprechenden Kosten bei 24 Cent/kWh.

Die resultierenden Heizkosten bewegen sich mit etwas Fantasie auf dem alten Niveau vor Austausch des Gaskessels. Beim günstigen Tarif würde man die Mehrkosten nach Förderung mit Einsparungen in einer Größenordnung von 200 Euro allenfalls teilweise realisieren können. Je nach Wärmepumpentarif würde man sogar etwas teurer heizen als früher, wenn denn die Gaskosten sich nicht verändert hätten.

Im schlimmsten Fall würde man mit Haushaltsstrom heizen, der mit 34 Cent/kWh angenommen wurde (2.385,10 Euro). Dieser Fall tritt ein, wenn regional kein Tarif für Wärmepumpen verfügbar ist. Aber auch hier kann man im Moment die Preise auf dem freien Markt gedanklich verdoppeln mit unklarer Perspektive für die Zukunft.

Zur Erinnerung: Die tatsächlichen Kosten bei Gas würden sich zukünftig irgendwo zwischen 1.700 und 2.700 Euro bewegen. Tatsächlich hat sich der Versorger für den Stromtarif für Wärmepumpen dahingehend geäußert, dass er die Tarife überraschenderweise konstant hält und die auf null abgesenkte EEG-Umlage sogar abzieht. Mit den jetzt schon zugesicherten Preisen sinken die Jahreskosten zum Vertragsabschluss um ca. 400 Euro (was noch vor dem kompletten Wegfall der EEG-Umlage war). Was langfristig an Strompreisen kommt, bleibt unbekannt.

Kosten für Energie sind nicht kalkulierbar

Zum Zeitpunkt der Planung war keiner der Preise vorhersehbar, weder bei Gas noch bei Strom für die Wärmepumpe. Die Prognose für die jährlichen Heizkosten des betrachteten Gebäudes müsste bei Gas (alter Kessel) zwischen 1.700 und 2.700 Euro liegen, bei Strom (neue Wärmepumpe) zwischen 900 und 2.300 Euro (angenommener Höchstwert für den Fall, dass es lokal keinen Tarif für Wärmepumpen gibt und der Haushaltstarif das Niveau vor dem Ukraine-Krieg halten kann).

Zugegeben: Das ist nicht kalkulierbar. Man sollte sich daher hüten, dem Kunden zukünftige Energiekosten vorzurechnen oder gar zu garantieren.

Man kann aber mitnehmen, dass der Kunde vermutlich geringere Kosten hat (in absoluten Zahlen), wenn er eine Wärmepumpe besitzt. Jede Preiserhöhung wird durch die Jahresarbeitszahl gedämpft. Im Moment sieht es so aus, als ob die Investitionskosten sogar in einem absehbaren Zeitraum durch die günstigen Stromkosten erwirtschaftet werden. Das berücksichtigt nicht einmal, dass eigentlich der alte Kessel ausgetauscht werden müsste. Er wäre natürlich nicht noch 20 Jahre am Leben geblieben.

Auf der ­anderen Seite weiß niemand, wie sich die Preise beim Strom entwickeln werden. Eines weiß man aber auf jeden Fall: Der Vergleich letzte Gasrechnung und Stromrechnung für die Wärmepumpe passt nicht. Er ist naheliegend, blendet aber die Preisentwicklung komplett aus.

Und noch etwas sollte man wegen der Unsicherheiten bedenken: Das Kostenargument sollte niemals alleine stehen. Wenn man für eine Wärmepumpe argumentiert, sollten immer andere Punkte als allein der Stromverbrauch ergänzt werden. Das kann zum Beispiel die CO₂-Neutralität bei einem Ökostromtarif sein. Das kann der Komfort bei zusätzlicher Kühlung im Sommer sein. Vielleicht ist es auch so etwas Banales wie „Hightech“ oder „modern“ als Schlagworte. Das sind alles Argumente, die dem Gerät niemand nachträglich nehmen kann. Jede Fixierung allein auf die Energiekosten kann später zu Problemen führen.

C) Vergleich Stromverbrauch mit alten ­Energieverbräuchen

Wenn die Kosten vor bzw. nach der Sanierung nicht unmittelbar verglichen werden können, kann man den Verbrauch schon eher greifen. Aber auch diese Betrachtung hinsichtlich der Anlageneffizienz ist nicht ganz einfach. Naheliegend wäre der Vergleich alte Gasmenge zu neuem Stromverbrauch. Das ist allerdings schon systematisch falsch.

Einmal sind in dem alten Gasverbrauch Kesselverluste enthalten, die der Kunde nicht als unmittelbaren Nutzen erhält. Das würde eine derart ermittelte Jahresarbeitszahl schönen. Definitionsgemäß werden die Verluste des Puffers bei der Wärmepumpe nicht in der Jahresarbeitszahl betrachtet. Bei den Stromverbräuchen sind diese aber enthalten. Diese dürften in unserem Fall in einer Größenordnung von immerhin 250 kWh/a (Wärme) liegen. Dieser Anteil verschlechtert die aus dem Stromverbrauch ermittelte „Jahresarbeitszahl“.

Neben diesem systematischen Fehler wird der Verbrauch durch Wetter und Nutzer massiv beeinflusst. Vergleichen wir hierzu die Messwerte der Heizperioden 2018/2019, 2019/2020 und 2020/2021 (siehe Grafik). Für diese Betrachtung beginnt die Heizperiode am 1. November des jeweiligen Jahres. Dies ist dem Einbaudatum der Wärmepumpe geschuldet, die erst zum 1. November 2020 in Betrieb ging.

JAZ aus Monatswerten berechnen?

Für diese Frage vergleichen wir die ­nichtwitterungsbereinigten Verbräuche der Heizperioden 2019/2020 bzw. 2020/2021 (Bild 2), also alter Gasverbrauch des jeweiligen Monats geteilt durch den Stromverbrauch der Wärmepumpe im gleichen Monat des Folgejahres. Alle Werte wurden über das Energiesparkonto von CO₂-online über Jahre manuell erfasst. In der Regel wurden die Werte jeweils zum Monatswechsel aufgenommen.

Für Interessierte: Das Tool ist kostenlos und online erreichbar. Zur Info: Es werden die nicht witterungsbereinigten Werte verwendet, weil die aktuell aufgenommenen Werte im Energiesparkonto noch nicht entsprechend bereinigt werden können. Dies ist erst später möglich.

Aber wenn man ehrlich ist, kann man diese Zahlen nicht wirklich verwerten. Es wird etwas besser, wenn man den jeweiligen Vergleichszeitraum verlängert. In der Darstellung Bild 3 werden immer die Summenwerte ab November genommen. Im Februar werden dann zum Beispiel die Summen aus November-, Dezember-, Januar- und Februarverbrauch verglichen. Mit den Aprilwerten stabilisiert sich das Ergebnis. Da ist dann die Heizperiode aber auch schon vorbei. Das Ergebnis liegt irgendwo bei 3,07 und erscheint schlecht – zu Unrecht.

Also: Auch mit diesem Ansatz (Jahresarbeitszahl aus den Monatswerten) sind die ermittelten Werte eher unbrauchbar.

Was passiert, wenn man ein ganzes Jahr vergleicht?

Die logische Konsequenz aus dem obigen Absatz wäre dann, ein ganzes Jahr zu vergleichen. Mit etwas zeitlichem Verzug liegen dabei auch die Klimadaten vor. Aber dieses Vorgehen hat ebenso seine Tücken.

Vergleichen wir hierzu die Zahlen unmittelbar vor/nach der Sanierung (Bild 4). Bei dieser Betrachtung blenden wir jetzt einmal die Fragestellung aus, ob die Witterungsbereinigung genau ist. Die real gemessenen Werte führen auf den ersten Blick zu einem wenig schmeichelhaften und unbrauchbaren Ergebnis.

Mit Witterungsbereinigung liegen wir zumindest deutlich näher an der tatsächlichen Jahresarbeitszahl. Die Frage ist aber, ob durch die Witterungsbereinigung jetzt ein stabiles Verhältnis ermittelt werden kann. Wie sieht das mit anderen Jahren aus? Tatsächlich sind auch die witterungsbereinigten Verbräuche nicht stabil. Neben Ungenauigkeiten bei der Witterungsbereinigung kommt hier der Nutzer ins Spiel (Bild 5).

Der witterungsbereinigte Verbrauch stieg im betrachteten Zeitraum des Beispiels um ca. 1.700 kWh/a. Das sind mehr als 7 %. Auf den ersten Blick erklärt sich das nicht. Wenn man aber das Verbrauchsverhalten genauer unter die Lupe nimmt, erkennt man, was sich tatsächlich geändert hat. Verbrauchserhöhend wurden folgende Veränderungen im Nutzerverhalten erkannt:

• Der Wasserverbrauch (ohne Gartenwasser) stiegt um ca. 17 m³/a. Ursächlich war hier maßgeblich der Nachwuchs im Haus, der die Segnungen regelmäßiger Körperpflege entdeckte. Das, was Hygiene und Familienfriede gutgetan hat, wirkt sich auf den Verbrauch negativ aus. Eine weitere Steigerung war dann auch für 2020/2021 erkennbar, also das erste Jahr mit der Wärmepumpe.
• Im Zuge diverser Renovierungsarbeiten im Haus während der Coronazeit wurden zwei Räume, die bislang reduziert geheizt wurden, umgenutzt und auf Normaltemperatur betrieben. Eine weitere Änderung gab es dann für das Folgejahr: Ein alter Kellerraum wurde als Trockenraum mit einem Badlüfter versehen. Der bislang ungenutzte Heizkörper in diesem Raum wurde zumindest zeitweise zur Unterstützung der Wäschetrocknung verwendet.

Verbrauchssenkend auf den Gasverbrauch gab es folgende Änderungen:

• Der alte Gas-Wäschetrockner wurde durch einen Wärmepumpen-Wäschetrockner auf Strombasis ersetzt. Gas-­Wäschetrockner waren Ablufttrockner, die die benötigte Wärme aus einer Gasflamme bezogen. Da der neue Wärmepumpen-Trockner ein Umluftmodell war, sparte dies doppelt ein: durch den Wegfall des Gasverbrauches und durch den Wegfall der Zwangsabluft aus der Wohnung.
• Der Umbau auf eine Wärmepumpen­heizung führte dazu, dass zum Ende des letzten Betrachtungszeitraumes zwei Wochen nicht mit Gas geheizt wurde. Der zweite Betrachtungszeitraum ist also tatsächlich kürzer als der erste.

In Summe ist die Erhöhung des Verbrauches zumindest plausibel. Vergleicht man die ­witterungsbereinigten Jahresverbräuche aus beiden Betrachtungszeiträumen mit dem Stromverbrauch des ersten Wärmepumpenjahres, dann würde die ermittelte „Jahresarbeitszahl“ aus dem Gasverbrauch 2018/2019 3,23 betragen. Der Vergleich mit der Heizsaison 2019/2020 kommt immerhin auf 3,53.

Würde man jetzt versuchen, die zu beobachtenden Veränderungen im Verbrauchsverhalten im Jahr 2020/2021 rechnerisch zu erfassen, würde man die Zahlen vermutlich noch näher zusammenbringen. Man rechnet aber immer mehr mit letztlich ungesicherten und nur vermuteten Zahlen.

Wenn man jetzt mal dieses Beispiel außer Acht lässt und den „normalen“ Kunden betrachtet, dann wird man sich fragen müssen, wer dieses veränderte Verhalten überhaupt erkennen kann. In der Praxis dürfte das ein Detektivspiel werden, das der Handwerker nur verlieren kann. Der Kunde wird in der Regel ein verändertes Verhalten nicht erkennen.

Insofern kann hier als Fazit festgehalten werden, dass bei witterungsbereinigten Werten zumindest ähnliche Werte zu der berechneten Jahresarbeitszahl ermittelt werden können. Sie sind aber so vom Nutzerverhalten abhängig, dass man diese wirklich allenfalls als Anhaltspunkt nehmen sollte. Die Aussagekraft ist nur begrenzt.

Dieser Artikel von Matthias Wagnitz erschien zuerst in SBZ-Ausgabe 14/2022. Dr.-Ing. Matthias Wagnitz ist Referent für Energie und Wärmetechnik beim ZVSHK in Berlin.