Wirkungsgrad Wärmepumpe 2026: COP, Carnot und Vergleich mit Gas

Wie hoch ist der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe?

Eine Wärmepumpe erzeugt im Feldmittel 3,4 bis 4,3 Kilowattstunden Wärme aus 1 Kilowattstunde Strom, also 340 bis 430 Prozent. Fachlich heißt dieser Wert nicht Wirkungsgrad, sondern Leistungszahl (COP, Coefficient of Performance) oder Jahresarbeitszahl (JAZ). Ein echter Wirkungsgrad kann nie über 100 % liegen. Die Leistungszahl zählt dagegen nur den eingekauften Strom, nicht die kostenlose Umweltwärme. Die Tabelle vergleicht die Wärmepumpe mit anderen Heizsystemen.

Kurz eingeordnet: Die Wärmepumpenwerte stammen aus dem Projekt „WP-QS im Bestand“ des Fraunhofer ISE. Die Forschenden haben dort 77 Anlagen in Ein- bis Dreifamilienhäusern 4 Jahre lang vermessen. Ein Kessel kann aus 1 Kilowattstunde Gas laut Gasrechnung nie mehr als 1 Kilowattstunde Wärme machen. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe liefert im Mittel mehr als das Dreifache. Ein Zusammenhang zwischen Baujahr des Gebäudes und Effizienz ließ sich in der Studie nicht nachweisen.

Warum liegt der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe über 100 Prozent?

Eine Wärmepumpe liegt über 100 Prozent, weil sie vorhandene Wärme transportiert, statt sie durch Verbrennung zu erzeugen. Bei einer Leistungszahl von 4 setzt sie 1 Kilowattstunde Strom ein. Sie entzieht der Umgebung zusätzlich 3 Kilowattstunden Wärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser. Zusammen ergeben sich 4 Kilowattstunden Heizwärme. Der Energieerhaltungssatz bleibt also gewahrt.

Strom braucht die Wärmepumpe wegen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik. Wärme fließt nicht von selbst vom kalten zum warmen Ort. Der Verdichter, das Herzstück der Wärmepumpe, leistet diese Arbeit. Er presst das gasförmige Kältemittel zusammen und hebt so dessen Temperatur an.

Wie berechnet man den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe?

Die Leistungszahl einer Wärmepumpe, umgangssprachlich ihr Wirkungsgrad, ist die abgegebene Heizleistung geteilt durch die aufgenommene elektrische Leistung. Die Formel lautet COP = Q_H / P_el. Q_H ist die Heizleistung in Kilowatt, P_el die elektrische Leistung in Kilowatt. Eine Wärmepumpe mit 10 Kilowatt Heizleistung und 2,5 Kilowatt Stromaufnahme erreicht einen COP von 4,0.

Dieselbe Formel gilt für die Jahresarbeitszahl. Dort stehen statt Leistungen die Energiemengen eines ganzen Jahres. Ein Haus mit 15.000 Kilowattstunden Wärme und 4.412 Kilowattstunden Strom kommt auf eine JAZ von 3,4. Typische Werte und Prüfbedingungen sammelt der Beitrag COP-Wert der Wärmepumpe.

Was ist der Carnot-Wirkungsgrad einer Wärmepumpe?

Der Carnot-Wirkungsgrad ist die physikalische Obergrenze der Leistungszahl einer Wärmepumpe zwischen 2 Temperaturen. Er gilt für einen idealen Kreisprozess ohne Verluste. Kein reales Gerät erreicht ihn. Die Formel lautet:

Carnot-COP = T_warm / (T_warm − T_kalt)

T_warm ist die Vorlauftemperatur, T_kalt die Temperatur der Wärmequelle. Beide Werte stehen in Kelvin, also Grad Celsius plus 273,15. Die Vorlauftemperatur ist die Temperatur des Heizwassers, das zu den Heizkörpern fließt. Die Differenz der beiden Temperaturen heißt Temperaturhub.

Ein Beispiel bei 0 °C Außenluft und 45 °C Vorlauf: T_warm beträgt 318,15 Kelvin, T_kalt 273,15 Kelvin. Der Temperaturhub liegt bei 45 Kelvin. Der Carnot-COP beträgt 318,15 geteilt durch 45, also 7,07.

Ein Fehler findet sich auch in Online-Ratgebern: Sie rechnen mit 1 − T_kalt / T_warm. Diese Formel beschreibt eine Wärmekraftmaschine, etwa ein Kraftwerk, nicht eine Wärmepumpe. Sie liefert bei 0 °C und 35 °C rund 0,11 statt der richtigen 8,80.

Was sagt der Gütegrad einer Wärmepumpe aus?

Der Gütegrad gibt an, welchen Anteil der Carnot-Grenze eine reale Wärmepumpe erreicht. Er berechnet sich als realer COP geteilt durch Carnot-COP. Fachquellen rechnen überschlägig mit dem Faktor 0,5. Reale Geräte erreichen also etwa die Hälfte des Idealwerts. Verluste entstehen im Verdichter, in den Wärmetauschern und durch Druckabfälle im Kältekreis.

Ein Abgleich mit einem Herstellerdatenblatt (Stand 7/2023) bestätigt diese Größenordnung. Die Viessmann Vitocal 250-A in der kleinsten Leistungsstufe erreicht laut Hersteller bei A2/W35 einen COP von 4,00. Der Carnot-COP liegt an diesem Punkt bei 9,34. Daraus ergibt sich ein Gütegrad von 0,43. An den Punkten A7/W35, A−7/W35 und A−7/W55 liegt der Gütegrad zwischen 0,42 und 0,46.

Mit einem Gütegrad von 0,45 ergibt das Beispiel oben mit 0 °C und 45 °C einen realen COP von rund 3,2, mit dem Faustwert 0,5 rund 3,5. Die Werte in der Carnot-Formel sind Luft- und Wassertemperaturen. Das Kältemittel muss im Gerät kälter als die Luft und wärmer als das Heizwasser sein. Auch deshalb liegt der reale COP deutlich unter dem Idealwert.

Wie hoch ist der COP bei 0 Grad, 10 Grad und minus 10 Grad?

Bei 0 °C Außentemperatur und 35 °C Vorlauf erreicht eine aktuelle Luft-Wasser-Wärmepumpe rechnerisch einen COP von rund 4,0, bei 55 °C Vorlauf rund 2,7. Die folgende Tabelle zeigt den Carnot-COP und den realen COP für verschiedene Außentemperaturen. Der reale Wert nutzt einen Gütegrad von 0,45, abgeleitet aus dem Datenblatt-Abgleich oben.

Kurz eingeordnet: Vorlauf und Außenluft wirken ähnlich stark, entscheidend ist der Temperaturhub. Zwischen +10 °C und −10 °C sinkt der reale COP bei 35 °C Vorlauf von 5,5 auf 3,1. Bei 0 °C Außentemperatur kostet der Sprung von 35 °C auf 55 °C Vorlauf rund ein Drittel der Effizienz. Die Datenblattwerte der Vitocal 250-A liegen nahe an der Tabelle: 5,1 bei A7/W35, 3,2 bei A−7/W35 und 2,2 bei A−7/W55. Andere Geräte weichen nach oben oder unten ab. Die Tabelle ersetzt deshalb nicht das Datenblatt des konkreten Modells.

Was bedeutet A7/W35?

A7/W35 ist der Normprüfpunkt mit 7 °C Außenluft und 35 °C Vorlauftemperatur. Die Norm DIN EN 14511 legt diese Prüfbedingungen für den COP fest. Der Buchstabe nennt das Medium: A steht für Luft (Air), W für Wasser, B für Sole (Brine). Sole ist das frostsichere Wasser-Glykol-Gemisch in Erdwärmesonden. Sole-Wasser-Wärmepumpen werden meist bei B0/W35 geprüft, Wasser-Wasser-Geräte bei W10/W35.

Vergleichen Sie Geräte immer am selben Prüfpunkt. Ein COP von 5,0 bei A7/W35 ist nicht automatisch besser als ein COP von 4,0 bei A2/W35. Der zweite Wert gilt bei kälterer Luft und kann vom selben Gerät stammen.

Warum sinkt der Wirkungsgrad bei Kälte?

Der Wirkungsgrad sinkt bei Kälte, weil der Temperaturhub zwischen Außenluft und Heizwasser wächst. Als Faustregel kostet jedes Kelvin mehr Temperaturhub rund 3 % mehr Strom. Dazu kommt bei Luft-Wasser-Wärmepumpen das Abtauen. Um den Gefrierpunkt und bei hoher Luftfeuchte vereist der Verdampfer, also der Wärmetauscher im Außengerät. Das Gerät taut ihn regelmäßig ab und verbraucht dafür Energie.

Auch bei −15 °C bleibt der COP nach der Tabelle über 2. Der elektrische Heizstab arbeitet dagegen immer mit COP 1. Im Fraunhofer-Feldtest lag der Anteil des Heizstabs bei Luft-Wasser-Wärmepumpen nur bei rund 1,3 %, bei Erdwärme nahe null.

Wie effizient ist eine Wärmepumpe im Vergleich zu Gas- und Ölheizung?

Eine Wärmepumpe braucht für dieselbe Wärme nur rund ein Viertel bis ein Drittel der Endenergie einer Gas- oder Ölheizung. Der Vergleich hat aber 2 Fallstricke: den Bezug auf Heizwert oder Brennwert und die Primärenergie. Beide erklären widersprüchliche Prozentangaben in Prospekten.

Warum werben Gasheizungen mit 109 Prozent Wirkungsgrad?

Prospektwerte über 100 % beziehen sich auf den Heizwert, die Gasrechnung zählt dagegen den Brennwert. Der Heizwert ist die Energie eines Brennstoffs ohne die Wärme im Wasserdampf des Abgases. Der Brennwert enthält diese Kondensationswärme. Ein Brennwertkessel nutzt sie, indem er den Wasserdampf kondensiert.

Bei Erdgas liegt der Brennwert rund 10 bis 11 % über dem Heizwert, bei Heizöl EL rund 5 bis 6 %. Ein verlustfreier Gas-Brennwertkessel käme bezogen auf den Heizwert auf etwa 110 %, ein Öl-Brennwertkessel auf etwa 105 %. Bezogen auf den Brennwert sind es in beiden Fällen höchstens 100 %.

Für Hausbesitzende zählt der Brennwert. Der Gasversorger rechnet nach der Formel Kubikmeter × Brennwert × Zustandszahl in Kilowattstunden um. Die Zustandszahl rechnet das Gasvolumen auf Normbedingungen um. Die Kilowattstunden auf der Gasrechnung sind also Brennwert-Kilowattstunden. Ein Kessel mit „109 %“ im Prospekt macht daraus weniger Wärme, als die Rechnung an Gas ausweist.

Wie schneidet die Wärmepumpe bei Primärenergie und CO2 ab?

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit JAZ 3,4 braucht je Kilowattstunde Wärme nur etwa halb so viel nicht erneuerbare Primärenergie wie eine Gasheizung. Primärenergie umfasst auch Förderung, Umwandlung und Transport eines Energieträgers. Das Gebäudemodernisierungsgesetz (GModG, bis 28.07.2026 Gebäudeenergiegesetz) setzt dafür Faktoren an. In Anlage 4 gilt 1,8 für Netzstrom und 1,1 für Erdgas und Heizöl. Ab 01.01.2027 sieht das GModG für Netzstrom 1,5 vor.

Die Rechnung: Bei JAZ 3,4 ergibt 1,8 geteilt durch 3,4 rund 0,53 Kilowattstunden Primärenergie je Kilowattstunde Wärme. Ein Gaskessel mit 100 % Nutzungsgrad bezogen auf den Heizwert braucht 1,1 Kilowattstunden. Beim CO2 ist der Abstand ähnlich groß. Das Fraunhofer ISE beziffert die Einsparung der vermessenen Wärmepumpen gegenüber Gasheizungen auf 64 % für 2024. Die Berechnung nutzt einen zeitlich variablen Strommix. Laut Umweltbundesamt lag der deutsche Strommix 2025 bei 344 Gramm CO2 je Kilowattstunde, nach 353 Gramm im Jahr 2024.

Welche Kennzahlen beschreiben die Effizienz einer Wärmepumpe?

5 Kennzahlen beschreiben die Effizienz einer Wärmepumpe: COP, SCOP, ηs, JAZ und Gütegrad. Alle teilen eine Wärmemenge durch eine Strommenge oder vergleichen einen Messwert mit einem Idealwert. Sie unterscheiden sich in Messbedingung und Praxisnähe.

Kurz eingeordnet: Der SCOP gilt für ein Normklima. Die Klimazone „durchschnittlich“ nutzt Straßburg mit −10 °C Auslegungstemperatur, „kälter“ Helsinki mit −22 °C, „wärmer“ Athen mit +2 °C. Der ηs entsteht aus dem SCOP geteilt durch den Umrechnungskoeffizienten 2,5, abzüglich kleiner Korrekturen. Die Vitocal 250-A hat laut Datenblatt bei 35 °C Vorlauf und durchschnittlichem Klima einen SCOP von 4,8. Modelle mit hohen SCOP-Werten vergleicht der Beitrag effizienteste Wärmepumpen. Wie Sie die JAZ für Ihr Haus berechnen, erklärt der Beitrag Jahresarbeitszahl.

Welchen Wirkungsgrad haben Luft-, Sole- und Wasser-Wärmepumpen?

Erdwärme- und Grundwasser-Wärmepumpen arbeiten effizienter als Luft-Wasser-Wärmepumpen, weil ihre Wärmequelle im Winter wärmer ist. Grundwasser und tieferes Erdreich, wie es Erdwärmesonden nutzen, haben in Mitteleuropa ganzjährig etwa 8 bis 12 °C. Die Außenluft fällt dagegen an kalten Tagen unter −10 °C. Ein kleinerer Temperaturhub erhöht den COP direkt.

Kurz eingeordnet: Erdgekoppelte Anlagen lagen im Feldtest rund 0,9 Punkte vor Luft-Wasser-Geräten. Bei 15.000 Kilowattstunden Wärme spart das rund 900 Kilowattstunden Strom im Jahr. Die Carnot-Formel zeigt den Vorteil des Grundwassers. Bei 10 °C Quelle und 35 °C Vorlauf liegt der Carnot-COP bei 12,3, bei 0 °C Außenluft bei 8,8. Die Spanne der Feldwerte reichte von 2,6 bis 5,4. Neben der Wärmequelle beeinflussen also auch Gebäude, Heizflächen und Einstellung das Ergebnis.

Was bedeutet der Wirkungsgrad für die Heizkosten?

Jeder Punkt Jahresarbeitszahl senkt die Stromkosten bei 15.000 Kilowattstunden Wärmebedarf im Feldbereich um rund 150 bis 400 Euro im Jahr. Das 42watt-Rechenbeispiel gilt für ein Einfamilienhaus im Bestand mit 15.000 Kilowattstunden Wärme für Heizung und Warmwasser. Annahmen: Wärmepumpentarif mit separatem Zähler 24 Cent je Kilowattstunde plus 140 Euro Grundpreis im Jahr. Diese Werte nennt der Marktcheck der Verbraucherzentrale NRW (veröffentlicht 23.03.2026). Der Gaspreis liegt bei 11,93 Cent (BDEW, Einfamilienhaus, Stand 08/2026). Der Gaskessel nutzt annahmegemäß 90 % der abgerechneten Brennwert-Kilowattstunden. Preissteigerungen, Wartung und Investition sind nicht enthalten.

Kurz eingeordnet: Schon die schwächste Anlage aus dem Feldtest mit JAZ 2,6 liegt im Rechenbeispiel rund 460 Euro unter der Gasheizung. Ohne eigenen Wärmepumpentarif sieht es anders aus. Mit Haushaltsstrom zu 37,0 Cent (BDEW, Stand 08/2026) kostet JAZ 3,4 rund 1.632 Euro, JAZ 2,6 rund 2.135 Euro.

Aus dem Preisverhältnis ergibt sich eine einfache Schwelle. 1 Kilowattstunde Gaswärme kostet hier 11,93 geteilt durch 0,9, also 13,3 Cent. Mit Wärmepumpentarif ist die Wärmepumpe ohne Grundpreis ab einer JAZ von rund 1,8 günstiger, mit 140 Euro Grundpreis bei 15.000 Kilowattstunden ab rund 1,9. Mit Haushaltsstrom liegt die Schwelle bei rund 2,8. Den Strombedarf für Ihr Haus schätzt der Beitrag Stromverbrauch der Wärmepumpe.

Wie lässt sich der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe steigern?

Ein zentraler Hebel ist eine niedrigere Vorlauftemperatur, denn sie verkleinert den Temperaturhub direkt. Die Außentemperatur können Sie nicht beeinflussen, die Vorlauftemperatur schon. 4 Maßnahmen helfen im Bestand:

1. Vorlauf senken: Jedes Kelvin weniger Temperaturhub spart rund 3 % Strom. Größere Heizkörper oder eine Flächenheizung ermöglichen niedrigere Werte. Richtwerte nennt der Beitrag Vorlauftemperatur der Wärmepumpe.

2. Heizkurve einstellen: Die Heizkurve legt fest, welcher Vorlauf bei welcher Außentemperatur entsteht. Eine zu steile Kurve heizt unnötig hoch. Die Einstellung erklärt der Beitrag Heizkurve der Wärmepumpe.

3. Hydraulischen Abgleich durchführen: Der Abgleich verteilt das Heizwasser gleichmäßig auf alle Räume. So genügt ein niedrigerer Vorlauf für das ganze Haus.

4. Taktung vermeiden: Häufiges Ein- und Ausschalten senkt die Effizienz. Eine passende Geräteleistung und ausreichender Durchfluss verlängern die Laufzeiten.

Die Tabelle zum COP zeigt die Größenordnung. Bei 0 °C Außenluft steigt der COP von 2,7 auf 4,0, wenn der Vorlauf von 55 °C auf 35 °C sinkt.

Welche Förderung setzt einen Mindest-Wirkungsgrad voraus?

Die KfW fördert Wärmepumpen nach dem Programm 458 nur, wenn sie eine rechnerische Jahresarbeitszahl von mindestens 3,0 erreichen. Diese technische Mindestanforderung gilt für die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG). Der Nachweis erfolgt vor dem Einbau per Rechnung, meist nach VDI 4650. Seit dem 21.07.2026 gelten neue Fördersätze:

• Grundförderung: 30 % der förderfähigen Kosten.
• Klimageschwindigkeitsbonus: 16 % für Selbstnutzende beim Tausch bestimmter alter Heizungen, etwa Öl- oder Nachtspeicherheizungen, ab 01.02.2027 sinkt er halbjährlich um 4 Prozentpunkte.
• Einkommensbonus: bis 40 %, gestaffelt nach zu versteuerndem Haushaltseinkommen.
• Effizienzbonus: entfallen, auch für natürliche Kältemittel oder Erdwärme.

Die Förderung ist auf 70 % der förderfähigen Kosten gedeckelt. Selbstnutzende mit bis zu 30.000 Euro zu versteuerndem Haushaltsjahreseinkommen erhalten bis zu 80 %, mit minderjährigem kindergeldberechtigtem Kind gilt die Grenze von 40.000 Euro (Stand KfW-Merkblatt 458, 09/2026). Seit dem Wegfall des Effizienzbonus bringt auch eine Erdwärmepumpe oder ein Gerät mit natürlichem Kältemittel keinen höheren Zuschuss mehr. Ein höherer Wirkungsgrad senkt aber die laufenden Kosten über die gesamte Nutzungsdauer.

Häufige Fragen zum Wirkungsgrad der Wärmepumpe

Ist ein höherer COP immer besser?

Ein höherer COP ist nur bei gleicher Messbedingung besser. Ein COP von 5,0 bei A7/W35 sagt nichts über den Betrieb bei −10 °C oder 55 °C Vorlauf aus. Vergleichen Sie Geräte deshalb am selben Prüfpunkt oder über den SCOP.

Was ist ein guter Wirkungsgrad für eine Wärmepumpe?

Eine Jahresarbeitszahl ab 3,0 gilt als guter Mindestwert, weil die BEG-Förderung genau diesen Wert verlangt. Das Feldmittel im Bestand liegt bei 3,4 für Luft-Wasser-Wärmepumpen und 4,3 für Erdwärme. Gegenüber Gas sind die Energiekosten einer Wärmepumpe mit eigenem Tarif im 42watt-Rechenbeispiel schon ab einer JAZ von rund 1,9 niedriger, ohne Investition und Wartung.

Welche Wärmepumpenart hat einen höheren Wirkungsgrad?

Grundwasser- und Erdwärmepumpen haben meist einen höheren Wirkungsgrad als Luft-Wasser-Wärmepumpen, weil ihre Wärmequelle im Winter deutlich wärmer ist als die Außenluft. Sie brauchen aber Bohrungen oder Brunnen und oft eine Genehmigung. Luft-Wasser-Wärmepumpen lassen sich im Bestand meist einfacher einbauen.

Arbeitet eine Wärmepumpe bei minus 15 Grad noch effizient?

Ja, eine Luft-Wasser-Wärmepumpe erreicht bei −15 °C und 35 °C Vorlauf rechnerisch noch einen COP von rund 2,8. Bei 55 °C Vorlauf sind es rund 2,1. Beide Werte liegen über dem COP 1 eines elektrischen Heizstabs.