Wärmepumpen werden zu einem wichtigen Instrument im Kampf gegen den Klimawandel, nicht nur in den südlichen Regionen, sondern im ganzen Land. Im Vergleich zu herkömmlichen Heiz- und Kühlsystemen sind Wärmepumpen energieeffizienter und können die Kohlendioxidemissionen von Haushalten erheblich reduzieren, vor allem wenn sie mit sauberem Strom betrieben werden, was oft zu einer erheblichen Verringerung der Kohlendioxidemissionen führt. Präsident Joe Biden genehmigte im Juni dieses Jahres die Nutzung des Defense Production Act, um die amerikanische Produktion von Schlüsseltechnologien für saubere Energie, einschließlich Wärmepumpen, rasch zu erweitern.
Seit Jahrzehnten sind Wärmepumpen in den wärmsten Regionen der Vereinigten Staaten weit verbreitet, aber traditionell war man der Meinung, dass Luft-Wärmepumpen (der häufigste Typ aufgrund ihrer einfachen Installation und niedrigeren Kosten im Vergleich zu Erd-Wärmepumpen) in Gebieten, in denen die Temperaturen unter den Gefrierpunkt fallen, nicht sinnvoll sind. Das lag daran, dass Luft-Wärmepumpen der Außenluft Wärme entziehen und sie in den Innenraum übertragen, was ihren Betrieb bei kalten Außentemperaturen erschwert.
Es wurde gesagt, dass elektrische Heizungen selbst bei milden Kälteeinbrüchen Schwierigkeiten haben, den Komfort in den Häusern aufrechtzuerhalten, und dass die Effizienz elektrischer Heizungen bei solchem Wetter oft reduziert ist. Sie argumentierten, dass man für eine effiziente elektrische Heizung in kalten Klimazonen die teure und komplexe Installation von Erdwärmepumpen benötigt, die die Wärme aus dem Erdreich gewinnen.
Dies ist jedoch ein alter Hut. Bei ordnungsgemäßer Installation können viele moderne Luftwärmepumpen (im weiteren Verlauf dieses Artikels als „Wärmepumpen“ bezeichnet, die entweder R290– oder R32-Wärmepumpen sein können) Ihr Haus auch in der größten Kälte warm halten, und das bei einem viel geringeren Energieverbrauch als andere Heizsysteme. Viele Hauseigentümer, die Wärmepumpen verwenden, sparen auch Geld.
Consumer Reports hat zwar noch keine Heiz- und Kühlsysteme für ganze Häuser, einschließlich Wärmepumpen, getestet, aber Untersuchungen und praktische Erfahrungen deuten darauf hin, dass Wärmepumpen praktikabel sind. Dave Lis, der Direktor für technische und Marktlösungen bei den Northeast Energy Efficiency Partnerships (NEEP), ist der Meinung, dass Luft-Wärmepumpen als primäres Heizsystem für Häuser unter fast allen klimatischen Bedingungen eingesetzt werden können.
Natürlich gibt es Menschen, die Zehntausende von Dollar für die Installation einer Luft-Wärmepumpe ausgegeben haben und am Ende mit einem kalten Haus und explodierenden Energierechnungen dastehen. Dies ist jedoch nur bei Bauunternehmern der Fall, die sich mit Wärmepumpen nicht auskennen. Wenn Sie sich für ein Gerät entscheiden, das für Ihr Haus und Ihr Klima geeignet ist, wenn Sie die empfohlenen Maßnahmen zur Verbesserung der Witterungsbedingungen durchführen und wenn Sie einen seriösen Bauunternehmer beauftragen, der Erfahrung mit der Installation von Wärmepumpen hat, sollten Sie ein positives Ergebnis erzielen (weitere Ratschläge zur Installation finden Sie in unserem Leitfaden zum Kauf von Wärmepumpen).
Überlegungen zu Wärmepumpen in kalten Klimazonen
Derzeit gibt es keine offizielle Norm für kalte Klimazonen“ speziell für Wärmepumpen. Der nächste Energy Star-Standard für Luft-Wärmepumpen, der im Januar 2023 veröffentlicht werden soll, wird jedoch ein Label für Wärmepumpen für kalte Klimazonen enthalten, das angibt, dass die Leistung und Effizienz der Wärmepumpe bei niedrigen Temperaturen angemessen ist.
In der Zwischenzeit unterhält die Organisation von Lis, NEEP, eine Datenbank mit Wärmepumpenmodellen, die in kalten Klimazonen gut funktionieren. Viele Modelle in dieser Datenbank können sowohl bei kühlen 5 Grad Celsius als auch bei milden 47 Grad Celsius effektiv heizen und funktionieren sogar bei Temperaturen weit unter Null Grad Celsius. Mit anderen Worten: Diese Wärmepumpen sind für die erheblichen Temperaturschwankungen ausgelegt, die in den nordöstlichen und zentral-westlichen Regionen jeden Winter auftreten.
Ein Hauptmerkmal von Wärmepumpen für kalte Klimazonen ist der von einem Inverter angetriebene Kompressor mit variabler Drehzahl. Diese Art von Kompressor ist für Wärmepumpen unter allen Klimabedingungen von Vorteil, besonders aber in Regionen mit erheblichen saisonalen Temperaturunterschieden. Er ermöglicht den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe an den kältesten Wintertagen, den heißesten Sommernachmittagen und allen gemäßigten Tagen dazwischen.
Ein weiterer Vorteil ist, dass Systeme mit variabler Drehzahl eine stabilere Temperatur (und Luftfeuchtigkeit im Kühlbetrieb) aufrechterhalten können als herkömmliche HLK-Systeme mit nur einer Drehzahl. Dr. Iain Walker, Maschinenbauingenieur und Gebäudewissenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory, erklärt, dass Systeme mit nur einer Drehzahl im Laufe des Tages zu größeren Schwankungen der Innentemperatur führen können.
Lis vergleicht es mit dem Gaspedal eines Autos: Eine Wärmepumpe mit einer Geschwindigkeit ist so, als würde man von 0 auf 100 Meilen pro Stunde gehen. Ein System mit variabler Geschwindigkeit kann mit verschiedenen Geschwindigkeiten dazwischen arbeiten. In einer kühlen Februarnacht oder an einem heißen Julitag kann sie mit hoher Geschwindigkeit fahren. Bei milderem Oktober- oder Aprilwetter kann es wie in einer Schulzone dahinschleichen. Der höchste Gang wird nur selten benötigt. Modelle mit variabler Geschwindigkeit tragen ebenfalls zum Energiesparen bei, ähnlich wie das Fahren mit gleichmäßiger, mäßiger Geschwindigkeit die Kraftstoffeffizienz erhöht, im Gegensatz zum wiederholten Hochdrehen des Motors und Vollbremsungen.
Eine weitere Technologie, die zur Erzielung einer niedrigen Temperaturleistung beiträgt, ist die Entspannungsdampfeinspritzung (oder Dampfeinspritzung). Wenn die Außentemperatur sinkt, nimmt auch die Heizleistung von Standard-Wärmepumpen (d. h. die Fähigkeit, den Raum warm zu halten) ab. Wenn also die Außentemperatur 40 Grad Celsius beträgt, kann eine Wärmepumpe, die Ihr Haus angenehm warm halten kann, Schwierigkeiten haben, wenn die Temperatur unter 25 Grad Celsius fällt.
Kaltklimatisierte Wärmepumpen können jedoch eine Abkürzung nehmen, indem sie den Kältemittelkreislauf bei niedrigen Temperaturen öffnen und so die Heizleistung in kalten Klimazonen verbessern. In dieser Betriebsart kann es neben gelegentlichen Abtauzyklen zu einer leichten Verringerung des Wirkungsgrads kommen (bei kaltem Wetter kann das Wärmepumpenregister vereisen und muss regelmäßig abgetaut werden). Laut Lis ist die Wärmepumpe aber selbst mit diesem zusätzlichen Energieverbrauch immer noch viel effizienter als Widerstandsheizungen oder Systeme auf Brennstoffbasis.
Können Wärmepumpen in kalten Klimazonen tatsächlich funktionieren?
Zwei Arten von Wärmepumpen für kaltes Klima
Wie „normale“ Wärmepumpen gibt es auch Wärmepumpen für kalte Klimazonen in der Regel in zwei Ausführungen: mit oder ohne Luftkanäle. Wenn Ihr Haus bereits über ein gutes Kanalsystem verfügt, werden Sie sich wahrscheinlich für eine kanalisierte Wärmepumpe entscheiden. Wenn Ihr Haus nicht über ein Kanalsystem verfügt – z. B. wenn Sie derzeit mit Heizkörpern heizen oder wenn Sie eine Garage, einen Dachboden oder einen anderen Teil des Hauses klimatisieren möchten -, entscheiden Sie sich in der Regel für ein kanalloses System, auch bekannt als Mini-Split-System.
Beide Arten von Anlagen können bei kaltem Wetter sehr effizient sein, wobei der Unterschied in den Heiz- (und Kühl-) Mechanismen liegt. Weitere Einzelheiten zu den verschiedenen Wärmepumpentypen und ihrer Funktionsweise finden Sie in unserem Kaufratgeber für Wärmepumpen.
Können Sie mit Wärmepumpen Geld sparen?
Selbst in kalten Klimazonen können Sie mit Wärmepumpen Geld sparen. Nach dem drastischen Anstieg der Heizölpreise Anfang der 2010er Jahre erlebte die nördliche Region Neuengland die erste Welle der Einführung von Wärmepumpen in kalten Klimazonen. Für viele Bewohner erwies sich das Heizen mit Wärmepumpen als billiger als die Verwendung von Propan oder Öl (den in dieser Region üblichen Brennstoffen, zusammen mit Holz). Außerdem hatten viele Haushalte plötzlich zum ersten Mal Zugang zu einer Klimaanlage.
Ob Wärmepumpen im Vergleich zu anderen HLK-Systemen Geld sparen oder zumindest kostendeckend arbeiten, kann jedoch davon abhängen. Eine Studie der University of California, Davis, schätzt, dass 32 % der Haushalte in den Vereinigten Staaten (darunter viele in kalten Klimazonen) durch die Umstellung auf ein Ganzhaus-Wärmepumpensystem Kosten sparen könnten. Wenn die Förderung von Wärmepumpen weiter verbreitet wird, könnte der Prozentsatz der Einsparungen noch steigen, insbesondere wenn die Brennstoffpreise im Verhältnis zu den Stromkosten hoch bleiben (siehe diese Zusammenfassungen des Energieministeriums, um das Einsparpotenzial in Ihrem Bundesstaat zu ermitteln).
Die größten Einsparungen könnten sich für diejenigen ergeben, die derzeit mit gelieferten Brennstoffen wie Propan und Öl heizen (wie es viele frühe Anwender in Neuengland taten), oder für diejenigen, die mit Elektroheizungen oder Fußbodenheizungen heizen.
Jerome Edgington, ein Mechaniker aus Leicester, Massachusetts, installierte Ende 2019 ein ductless Mini-Split-System, das die Standards für kaltes Klima erfüllt. In den kältesten Monaten sparte er im Vergleich zu einem Ölkessel durchschnittlich rund 150 US-Dollar. Angesichts der aktuellen Ölpreise (die seit März 2022 auf einem historischen Höchststand sind) spart er etwa 550 Dollar pro Monat. Er erklärte: „Da es in meiner Gegend kein Erdgas gibt und Erdwärmepumpen sehr teuer und kompliziert zu installieren sind, schien eine Luftwärmepumpe die einzige praktikable Option zu sein.“
Die Kosten für das Heizen mit Erdgas sind jedoch oft niedriger als die von Wärmepumpen. Lis sagt, dass sich der Kostenunterschied verringert, je effizienter die Wärmepumpen werden. „Es ist kein Selbstläufer“, sagt er. „Aber es hängt davon ab, wie das Klima bei Ihnen ist, ob Sie einen strengen oder einen milden Winter haben, wie gut Ihre Anlage installiert ist und wie hoch Ihre Energiepreise sind.“
Dave Adams, ein Pastor und Hausrenovierer in Fort Wayne, Indiana, installierte 2020 eine kanalisierte Wärmepumpe, die den Normen für kaltes Klima entspricht, um eine defekte Klimaanlage und eine veraltete Heizung zu ersetzen. In einem Video berichtet er, dass seine Heizkosten tatsächlich um etwa 270 Dollar gestiegen sind, aber ein erheblicher Teil dieses Anstiegs fiel in einem außergewöhnlich kalten Monat an.
Im Kühlbetrieb war der Wirkungsgrad der Wärmepumpe viel höher als der seiner alten Klimaanlage, und er behauptet, dass er im ersten Jahr des Einsatzes der Wärmepumpe fast Kostengleichheit sowohl beim Heizen als auch beim Kühlen erreicht hat, ein Punkt, den er in einer Reihe von YouTube-Videos, darunter dieses, näher erläutert.
Installationskosten von Wärmepumpen
Wie sieht es also mit den Installationskosten aus? Die Anschaffungs- und Installationskosten von Wärmepumpen für kalte Klimazonen sind oft höher als die anderer HLK-Geräte, möglicherweise sogar höher als die Gesamtkosten einer anständigen Heizung und einer zentralen Klimaanlage. Wie bei allen Produkten in der HLK-Branche gibt es jedoch auch hier viele Ausnahmen.
Adams erzählte uns, dass er einen „verrückten Kostenvoranschlag“ in Höhe von 4.700 Dollar für den Ersatz einer defekten zentralen Klimaanlage mit dem 2,5-Tonnen-Gerät mit dem niedrigsten Wirkungsgrad erhalten hatte, aber schließlich eine hocheffiziente 3-Tonnen-Wärmepumpe mit Vollklimatisierung für einen viel niedrigeren Preis (etwa 3.500 Dollar auf dem heutigen Markt) kaufte und sie selbst installierte, da er ein geschickter Heimwerker ist.
Er brauchte keine Wärmepumpe zu kaufen, weil seine Gasheizung noch funktionierte, aber es war das „beste Angebot“. Traxler aus Minneapolis erwähnte, dass er 2016 etwa 2.300 Dollar für den Kauf und die Installation von zwei separaten ductless Mini-Split-Systemen (eines für jede Etage seines Hauses) ausgab, wobei er die meisten Installationsarbeiten selbst durchführte.
Auf der anderen Seite zahlten einige Hausbesitzer in der nordöstlichen Region nach Daten, die CR zur Verfügung gestellt wurden, im Rahmen einer Studie der Cadmus Group über die Kosten und die Leistung von Kaltklimawärmepumpen über 30.000 US-Dollar für professionell installierte kanalisierte Luft-Wärmepumpen als einzige Heizquelle.
Die durchschnittlichen Kosten pro Quadratfuß für die Wärmepumpe (einschließlich Installation) liegen auf der Grundlage der Daten von 22 Haushalten bei etwa 10,36 $, aber die Preisspanne reicht von 3,52 $ bis 16,98 $, und es gibt kein klares Muster auf der Grundlage der Anforderungen an das Kanalsystem (Unser Rat: In Anbetracht der erheblichen Preisunterschiede bei Heizung, Lüftung und Klimatisierung empfiehlt es sich, mehrere Angebote einzuholen, um den besten Preis zu erhalten).
Der Bauwissenschaftler Walker ist der Ansicht, dass unbelüftete Häuser eine Herausforderung für Wärmepumpen darstellen, was zu höheren Installations- und Betriebskosten führt. Für jedes Heizsystem sind zugige Wände und undichte Kanäle zusammen mit unzureichender Isolierung ein Problem. „Das hat der HLK-Branche schon immer Kopfzerbrechen bereitet und tut es immer noch“, so Walker. Bei konventionellen Heizungen ist das nicht anders.
Bei Wärmepumpen spürt man dies jedoch stärker, weil die Luft, die sie ausblasen, kühler ist als die einer Heizung. Aus den Lüftungsöffnungen strömt keine warme Luft, die Sie von der Kälte ablenkt, und bei extrem kalten Temperaturen verliert Ihr Haus möglicherweise schneller Wärme als eine Heizung.
Wenn Ihr Haus also undicht ist, Sie aber trotzdem eine Wärmepumpe verwenden möchten, müssen Sie einen Ausgleich finden, wenn Sie sich wohl fühlen wollen. Eine Möglichkeit ist die Anschaffung einer Wärmepumpe mit größerer Leistung, aber diese Methode kann teuer werden. Am besten ist es, die Isolierung und die Luftabdichtung in Ihrem Haus zu verbessern. Auch das ist nicht kostenlos, aber diese Maßnahmen machen sich oft schnell bezahlt, und in einigen Bundesländern gibt es sogar Zuschüsse für Isolierung und andere wettertechnische Maßnahmen.
Um die Attraktivität von Wärmepumpen zu erhöhen, bieten einige Staaten inzwischen großzügige Steueranreize oder Rabatte für die Installation von Wärmepumpen an, was die Kostenanalyse für Wärmepumpen noch günstiger macht. Eine Liste der in Ihrer Region verfügbaren Subventionen finden Sie in der „Database of State Incentives for Renewables & Efficiency“.
Wenn Sie sich für eine Wärmepumpe entscheiden, die nicht so häufig repariert werden muss, können Sie natürlich auch Kosten sparen. Zu diesem Zweck hat CR die Zuverlässigkeit und Nutzerzufriedenheit von Kanalwärmepumpen von 24 Top-Marken auf der Grundlage von Tausenden von tatsächlichen Nutzungsdaten, die seit 2016 in Mitgliederumfragen gesammelt wurden, prognostiziert (CR-Mitglieder haben Zugang zu diesen Bewertungen).
Wann brauchen Sie ein Backup- (oder Hybrid-) System?
Selbst in den milderen Regionen der Vereinigten Staaten fallen die Temperaturen gelegentlich unter den Gefrierpunkt. Einfache eintourige Wärmepumpen werden jedoch in der Regel mit einem Reserveheizsystem geliefert, damit die Nutzer auch in den kältesten Jahreszeiten nicht frieren müssen.
Heutzutage können Sie natürlich ein Reservesystem für unvorhergesehene Fälle vorhalten. Wenn die moderne Wärmepumpe, die Sie installieren, jedoch gut für Ihr Klima sowie die Größe und den Zustand Ihres Hauses geeignet ist, benötigen Sie möglicherweise kein Reservesystem. Die von uns befragten Wärmepumpenbenutzer gaben alle an, dass sie ein Reserveheizsystem haben, aber selbst bei extrem kaltem Wetter mussten sie es nie einsetzen.
Die Kombination einer Wärmepumpe mit anderen Heizsystemen kann jedoch die wirtschaftlichste und komfortabelste Lösung sein. Außerdem spart sie im Vergleich zu einem rein traditionellen System Energie. Man kann es ein Backup-System, ein Hybridsystem oder ein Zweistoffsystem nennen, aber das Prinzip ist das gleiche. Wie Walker sagte: „Wir sollten nicht zulassen, dass das Perfekte der Feind des Guten ist. Was die Verbrennung von Gas angeht, kann man immer noch wesentliche Änderungen vornehmen“.
Wie viel Geld man mit Hybridsystemen einsparen kann, darüber gibt es eine Debatte. Die richtige Antwort hängt von der Größe Ihres Hauses, dem Grundriss, der Belüftung und davon ab, ob Sie die Kosteneinsparungen oder den Gesamtkomfort maximieren möchten. Wenn Sie mehr über die verschiedenen Optionen erfahren möchten, lesen Sie in unserem Kaufratgeber für Wärmepumpen über verschiedene gängige Hybridsysteme.
Letztendlich hängt die Entscheidung, ob Sie ein Backup-System, ein Hybridsystem oder ausschließlich eine moderne Wärmepumpe installieren, von Ihren spezifischen Umständen und Prioritäten ab. Ganz gleich, ob es um Kosteneinsparungen, die Maximierung des Komforts, die Verringerung des Kohlendioxidausstoßes oder die Gewährleistung einer zuverlässigen Heizung bei extrem kaltem Wetter geht, es ist wichtig, die einzigartigen Merkmale und Kompromisse von Wärmepumpensystemen zu kennen.
Fazit
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich die Wärmepumpentechnologie im Laufe der Jahre erheblich weiterentwickelt hat, so dass sie auch in kalten Klimazonen immer mehr an Bedeutung gewinnt. Richtig ausgewählte, installierte und gewartete Wärmepumpen können eine kostengünstige und effiziente Lösung für das Heizen und Kühlen Ihres Hauses sein, die Vorteile für die Umwelt bietet und Ihnen auf lange Sicht Geld sparen kann. Es ist jedoch wichtig, Ihre spezifische Situation zu beurteilen, verfügbare Anreize zu berücksichtigen und sich von Fachleuten beraten zu lassen, um die beste Wahl für Ihren Komfort, Ihr Budget und Ihre Energieziele zu treffen.