Sind Wärmepumpen teuer im Betrieb? Der ultimative Leitfaden zur Kosten-Effizienz und Einsparungen

Wie funktioniert ein Wärmepumpen-Warmwasserbereiter?

Das Funktionsprinzip einer Wärmepumpe ähnelt dem eines Kühlschranks, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass ein Kühlschrank zum Kühlen und eine Wärmepumpe zum Heizen verwendet wird. In einem Kühlsystem wird warme Luft im Inneren über Spulen geleitet, die mit Kältemittel gefüllt sind. Das Kältemittel nimmt Wärme aus der Luft auf und wird von einem Kompressor nach außen gepumpt (normalerweise an die Rückseite), wo der Druck es verdampfen lässt und Wärme wieder an die Luft abgibt. Der Zyklus setzt sich fort, indem das jetzt kühlere Kältemittel kondensiert und zurück in den Kühlschrank gelangt, um den Prozess erneut zu starten.

Der Betrieb einer Wärmepumpe folgt demselben Prinzip, jedoch umgekehrt. Ein Ventilator zieht warme Luft von dem Ort, an dem sich die Wärmepumpe befindet (Keller, Abstellraum oder Garage), und bläst sie über eine Reihe von Spulen, die mit Kältemittel gefüllt sind und als Verdampfer-Spule bezeichnet werden. Das leicht erwärmte Kältemittel wird dann von einem Kompressor gepumpt, um den Druck und die Temperatur zu erhöhen, und wird dann durch eine Kondensator-Spule geleitet, die entweder um den Wassertank gewickelt oder in ihm integriert ist. Das heiße Kältemittel überträgt seine Wärme auf das Wasser, das abkühlt, und kehrt dann zur Verdampfer-Spule zurück, um den Zyklus erneut zu beginnen, indem es warme Umgebungsluft aufnimmt.

Wärmepumpen-Warmwasserbereiter müssen an einem Ort installiert werden, an dem die Temperatur ganzjährig angenehm zwischen 4 °C und 32 °C gehalten wird, da sie andernfalls nicht effizient oder gar nicht arbeiten. Die gute Nachricht ist, dass diese Arten von Warmwasserbereitern ungefähr ein Drittel der Elektrizität verbrauchen, die von herkömmlichen Warmwasserbereitern verwendet wird, da sie vorhandene Wärme nutzen.

Was sind die Komponenten eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters? Warum sind Luft-Wärmepumpen so teuer?

Wassertank: Der Wassertank ist eine wesentliche Komponente eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters, ähnlich wie bei einem Standard-Warmwasserbereiter. Er speichert das erhitzte Wasser für die spätere Verwendung.

Kompressor: In der Regel oben am Wärmepumpen-Warmwasserbereiter installiert, spielt der Kompressor eine wichtige Rolle im Wärmepumpensystem. Er komprimiert das Kältemittel, das durch die Verdampfer- und Kondensator-Spulen zirkuliert. Durch die Kompression des Kältemittels wird es erhitzt und sein Energielevel erhöht,

 wodurch es die Wärme effektiv übertragen kann.

Verdampfer: Die Verdampfer-Spule befindet sich in der Nähe des oberen Teils der Wärmepumpe. Sie dient als Wärmetauscher und ist verantwortlich für die Wärmeaufnahme aus der umgebenden Luft. Die vom Ventilator angesogene warme Luft strömt über die Verdampfer-Spule, wodurch das Kältemittel die Wärme aufnimmt. Das Kältemittel verdampft, wird komprimiert und erreicht einen höheren Druck und eine höhere Temperatur.

Kondensator: Die Kondensator-Spule befindet sich entweder um den Wassertank oder im Inneren des Tanks. Ihre Hauptfunktion ist die Erleichterung des Wärmeübertragungsprozesses. Nachdem das Kältemittel komprimiert und erhitzt wurde, gelangt es in die Kondensator-Spule. Hier verliert das Kältemittel an Druck, kühlt ab und kondensiert wieder in den Flüssigkeitszustand. Während des Phasenwechsels gibt das Kältemittel die aufgenommene Wärme an das Wasser im Tank ab.

Ventilator: Oben am Wärmepumpen-Warmwasserbereiter positioniert, spielt der Ventilator eine wichtige Rolle im Wärmeübertragungsprozess. Er zieht warme Luft aus der Umgebung, wie dem Keller, Abstellraum oder der Garage, an. Diese warme Luft strömt über die Verdampfer-Spule, wodurch die Wärmepumpe thermische Energie daraus aufnimmt.

Thermostate: Wärmepumpen-Warmwasserbereiter enthalten in der Regel zwei Thermostate. Ein Thermostat befindet sich am Boden des Wassertanks, während sich das andere oben befindet. Diese Thermostate überwachen die Wassertemperatur an ihren jeweiligen Positionen. Basierend auf den Messwerten steuern sie den Betrieb des Systems, indem sie den Heizvorgang nach Bedarf aktivieren oder deaktivieren. Dies stellt sicher, dass das Wasser die gewünschte Temperatur behält.

Kaltwasser-Einlass: Der Kaltwasser-Einlass ist ein wesentliches Element, durch das kaltes Wasser aus der Hauptwasserversorgung in den Wärmepumpen-Warmwasserbereiter gelangt. Er ermöglicht einen kontinuierlichen Fluss von kaltem Wasser in das System, um erhitzt zu werden.

Warmwasser-Auslass: Sobald das Wasser im Wassertank erhitzt wurde, verlässt es den Tank durch den Warmwasser-Auslass. Dieser Anschluss verbindet sich mit den Rohren, die das heiße Wasser zu verschiedenen Auslässen in Ihrem Zuhause transportieren, wie Duschen, Waschbecken, Waschmaschinen oder Geschirrspülern.

Ablaufrohr: Am Boden des Wassertanks befindet sich ein Ablaufrohr. Dieses Rohr wird verwendet, wenn es notwendig wird, das Wasser aus dem Tank abzulassen, beispielsweise für Wartungs- oder Reparaturarbeiten. Es bietet eine Möglichkeit, den Tank effektiv zu entleeren.

Der Preis einer Wärmepumpe kann je nach Qualität und Marken der verschiedenen Komponenten variieren.

Arten von Warmwasserbereitern:

Während wir in diesem Artikel den Schwerpunkt auf Wärmepumpen-Warmwasserbereiter gelegt haben, kann es hilfreich sein, sich über die verschiedenen Arten von Warmwasserbereitern zu informieren, die verfügbar sind.

Traditionelle Warmwasserspeicher: Diese verfügen über einen großen Speicherbehälter, in dem Wasser regelmäßig nachgefüllt und erhitzt wird, das jederzeit tags oder nachts verwendet werden kann. Diese Warmwasserbereiter nutzen normalerweise Elektrizität, Erdgas oder Propan zur Erwärmung des Wassers.

Durchlauferhitzer oder On-Demand-Warmwasserbereiter: Diese haben keinen Speicherbehälter und erhitzen das Wasser direkt, während es durch die Rohre zur Dusche oder zum Wasserhahn fließt. Wenn sie richtig dimensioniert sind, müssen Sie sich keine Sorgen machen, dass Ihnen warmes Wasser ausgeht. Bei Gästen kann es jedoch vorkommen, dass der Durchlauferhitzer mit der Nachfrage nicht Schritt halten kann.

Solar-Warmwasserbereiter: Diese nutzen die Wärme der Sonne, um gespeichertes Wasser zu erhitzen. Sie können die Energiekosten des Hausbesitzers erheblich senken und haben ökologische Vorteile, jedoch längere Heizzeiten und eine deutlich schnellere durchschnittliche Wasserverbrauchsrate.

Wärmepumpen-Warmwasserbereiter: Diese sammeln die Umgebungshitze aus der Luft und komprimieren sie, um das Wasser zu erwärmen. Diese Methode ist effizienter und kostengünstiger im Vergleich zu anderen Methoden. Wärmepumpen-Warmwasserbereiter sind langfristig kostengünstiger im Betrieb.

Kosten eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters:

Ein wesentliches Problem bei Wärmepumpen-Warmwasserbereitern, manchmal als Hybrid-Warmwasserbereiter bezeichnet, ist die anfängliche Kosten. Der Preis eines standardmäßigen 50-Gallonen-Warmwasserbereiters kann zwischen 500 und 1.000 US-Dollar liegen (ohne Installationskosten), während der Preis eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters zwischen 1.500 und 3.000 US-Dollar liegt. Glücklicherweise kann der Kauf eines mit dem Energy Star gekennzeichneten Wärmepumpen-Warmwasserbereiters Sie möglicherweise für staatlich geförderte Steuervergünstigungen und Bundessteueranreize qualifizieren, was Ihnen möglicherweise Hunderte von Dollar spart.

Nach Abzug der Anfangskosten kann ein Wärmepumpen-Warmwasserbereiter im Vergleich zu traditionellen Gas- oder Elektro-Warmwasserbereitern Hunderte von Dollar pro Jahr sparen. Das heißt, obwohl der durchschnittliche Preis eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters höher sein kann als bei anderen traditionellen Heizgeräten, sind die Betriebskosten in der Zukunft niedriger als bei anderen Heizsystemen.

Vorteile eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters:

Höhere Effizienz: Wärmepumpen sind energieeffizienter als Standard-Warmwasserbereiter, da sie keine Energie zur Erzeugung neuer Wärme verwenden. Stattdessen sammeln sie vorhandene Umgebungswärme und übertragen sie auf das Wasser. Diese Effizienz kann Ihnen jährlich Hunderte von Dollar an Energiekosten sparen.

Steueranreize und Rabatte: Durch staatliche Steueranreize und nationale Verkaufsrabatte können energieeffiziente Wärmepumpen-Warmwasserbereiter erschwinglicher sein als von den meisten Hausbesitzern erwartet. Während die anfänglichen Kosten hoch sind, haben die meisten Hausbesitzer die Kosten für den Wärmepumpen-Warmwasserbereiter innerhalb des ersten Jahres wieder hereingeholt.

Umweltfreundlich: Da Wärmepumpen energieeffizienter sind als traditionelle Warmwasserbereiter, verbrauchen sie weniger Elektrizität und/oder Erdgas, was die Treibhausgasemissionen reduziert. Tatsächlich schätzt energystar.gov, dass der Austausch aller Wohn-Warmwasserbereiter gegen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter 12 Milliarden US-Dollar an Kosten sparen und die Treibhausgasemissionen um bis zu 1,4 Billionen Pfund jährlich reduzieren könnte.

Nachteile eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters:

Ineffektivität in kalten Klimazonen: Wärmepumpen-Warmwasserbereiter entnehmen die Umgebungshitze aus der Luft, weshalb sie bei kälteren Temperaturen möglicherweise nicht effizient oder gar nicht funktionieren. Daher können Wärmepumpen-Warmwasserbereiter in bestimmten Regionen problematisch sein. Einige Wärmepumpen-Warmwasserbereiter nutzen Hybridsysteme, die bei zu kaltem Wetter auf einen traditionellen Elektro-Warmwasserbereiter umschalten können.

Höhere anfängliche Kosten: Das größte Problem bei Wärmepumpen-Warmwasserbereitern sind die höheren Anschaffungskosten. Die Preise dieser Warmwasserbereiter liegen zwischen 1.500 und 3.000 US-Dollar, was erheblich höher ist als die 500 bis 1.000 US-Dollar für traditionelle Warmwasserbereiter. Obwohl die Nutzung eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters langfristig mehr Einsparungen bringen kann, kann der anfängliche Preis das Budget einiger Hausbesitzer überschreiten.

Hier finden Sie weitere Informationen zu den Vorteilen von Luft-Wärmepumpen:

Was sind die Vorteile eines Wärmepumpensystems

Faktoren, die vor dem Kauf eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters zu berücksichtigen sind:

Bevor Sie einen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter für Ihr Zuhause kaufen, sollten Sie einige Faktoren berücksichtigen, die Ihnen helfen werden, den geeigneten Wärmepumpen-Warmwasserbereiter auszuwählen oder zu entscheiden, ob Sie überhaupt einen kaufen sollen:

Größe und First-Hour-Rating: Die Größe des Wärmepumpen-Warmwasserbereiters und sein First-Hour-Rating können seine Praktikabilität bestimmen. Das First-Hour-Rating ist die Anzahl der Gallonen heißes Wasser, die der Warmwasserbereiter pro Stunde liefern kann, beginnend mit einem vollen Tank. Suchen Sie nach dem EnergyGuide-Etikett an jedem neuen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter, um das First-Hour-Rating zu bestimmen, und versuchen Sie, ein Modell zu finden, das am besten zu Ihrem Spitzenbedarf zu bestimmten Zeiten passt. Spitzenbedarf bezieht sich auf die geschäftigsten Wasserverbrauchszeiten in Ihrem Haushalt.

Sie können den Spitzenbedarf abschätzen, indem Sie die geschäftigsten Wasserverbrauchszeiten in Ihrem Haushalt berechnen, z. B. wenn alle aufstehen und sich für den Tag vorbereiten, und die durchschnittliche Wassermenge für jede Aktivität in Gallonen zusammenrechnen. Durchschnittliche Gallonennutzung für jede Aktivität finden Sie online, aber beachten Sie, dass dies nur Schätzungen sind: Duschen verwenden etwa 20 Gallonen, Rasieren etwa 2 Gallonen, ein Geschirrspüler etwa 7,5 Gallonen und eine Waschmaschine etwa 15 bis 25 Gallonen, je nach Modell.

Energieeffizienz: Sobald Sie die Energiequelle und Größe für Ihren Wärmepumpen-Warmwasserbereiter bestimmt haben, müssen Sie die verfügbaren Modelle hinsichtlich ihrer Energieeffizienz überprüfen, um Kostenersparnisse und Umweltschutz zu gewährleisten. Jeder Warmwasserbereiter sollte einen von den Herstellern bereitgestellten Energieeffizienzfaktor haben, der angibt, wie viel heißes Wasser pro Einheit Brennstoff oder Energie in einem typischen Tag produziert wird.

Diese Zahl balanciert die Effizienz der Wiederherstellung und Verluste aufgrund der Standby-Zeit und des Zyklus des Wassers im System. Je höher der Energieeffizienzfaktor, desto effizienter ist der Warmwasserbereiter. Beachten Sie jedoch, dass Sie zur tatsächlichen Reduzierung der Betriebskosten auch die verwendete Brennstoff- oder Energiequelle und deren Kosten berücksichtigen müssen.

Kosten: Der letzte Faktor, den Sie bei der Auswahl eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters für Ihr Zuhause berücksichtigen sollten, ist natürlich die Kosten. Sie sollten nicht nur die Gesamtkosten der Installation und des Geräts selbst vergleichen, sondern auch Ihre geschätzten Betriebskosten berechnen, um das beste Preis-Leistungs-Verhältnis zu ermitteln. Sie können die folgenden Berechnungen verwenden, um Ihre geschätzten Betriebskosten zu berechnen:

365 Tage/Jahr x 12,03 kWh/Tag ÷ EF (Energieeffizienzfaktor) x Brennstoffkosten ($/kWh) = jährliche Betriebskosten

Die 12,03 kWh/Tag stellen den durchschnittlichen Energieverbrauch pro Tag basierend auf dem Testverfahren des Energieministeriums für einen Drei-Personen-Haushalt dar. Die Brennstoffkosten finden Sie auf Ihrer Stromrechnung, um eine Vorstellung vom durchschnittlichen Niveau in Ihrer Region zu erhalten, aber ab Juni 2022 lag der nationale Durchschnitt in den Vereinigten Staaten bei 0,154 US-Dollar pro 1 kWh.

Lohnt sich ein Wärmepumpen-Warmwasserbereiter?

Jetzt wissen Sie, wie hoch die Kosten für eine Wärmepumpe in kaltem Klima sind und ob eine Wärmepumpe mehr kostet als eine Klimaanlage. Ob Sie nun einen neuen elektrischen Warmwasserbereiter kaufen möchten oder aufgrund eines bestehenden hohe Stromrechnungen haben, Sie könnten überlegen, auf einen Wärmepumpen-Warmwasserbereiter umzusteigen.

Laut der Energy Star-Website des US-Energieministeriums sind Wärmepumpen-Warmwasserbereiter effizienter als traditionelle elektrische Warmwasserbereiter und können einem durchschnittlichen Haushalt jährlich bis zu 330 US-Dollar an Stromkosten sparen. Über die durchschnittliche Lebensdauer eines Wärmepumpen-Warmwasserbereiters summieren sich diese Einsparungen auf fast 3.400 US-Dollar.

Je mehr Personen in Ihrem Haushalt leben, desto schneller summieren sich diese Einsparungen. Angesichts der Tatsache, dass ein typischer 50-Gallonen-Wärmepumpen-Warmwasserbereiter etwa 1.200 US-Dollar kostet im Vergleich zu 300 US-Dollar für einen traditionellen elektrischen Warmwasserbereiter, würden Sie im Durchschnitt den Preisunterschied innerhalb von drei Jahren ausgleichen und danach sofort mehr bei Ihren Wasserrechnungen sparen.