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Wärmepumpen: Wohl oder Weh?


ÖKO-TEST Spezial Wohnen und Leben - epaper ⋅ Ausgabe 9/2012 vom 14.09.2012

Bei keinem anderen Heizsystem hängt die Effizienz von so vielen Details wie bei der Wärmepumpe ab. Eine Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme (ISE) gibt Aufschluss über die besten Systeme, häufige Fehler und wichtige Verbesserungen.


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Foto: Gerhard Bittner/Fotolia.com

Elektrisch angetriebene Wärmepumpen fanden in den letzten Jahren immer mehr Anhänger. Nach den wirtschaftlich schwierigen Jahren 2009 und 2010 konnte die Branche 2011 mehr als 57.000 Systeme pro Jahr absetzen, eine Steigerung um fast zwölf Prozent. Als „wirtschaftliches Heizen für kühle Rechner“ preist der Bundesverband ...

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... Wärmepumpe die Technologie. Gleichzeitig hält sich hartnäckige Kritik von Fachleuten und Anwendern. Deren Kernpunkt ist der elektrische Antrieb, mit dem die Wärmepumpen arbeiten. Durch die Umwandlungsverluste, die bei der Stromproduktion entstehen, seien Wärmepumpen nicht so ökologisch wie versprochen. Außerdem stamme der Nachtstrom, mit dem viele Wärmepumpen betrieben werden, vor allem aus Atom- und Kohlekraftwerken. Nicht zuletzt halten sich noch manche Vorurteile aus den Anfangsjahren der Technik in den Köpfen vieler Verbraucher, als technisch wenig ausgereifte und von unerfahrenen Installateuren montierte Anlagen unzuverlässig arbeiteten und auf Dauer hohe Zusatzkosten produzierten. Was ist also dran an der Wärme pumpentechnik?

Gute Ergebnisse, aber …

Antworten gibt eine Studie des FraunhoferInstituts für Solare Energiesysteme (ISE). Deren Ergebnisse lesen sich auf den ersten Blick sehr positiv, vor allem bei Wärmepumpen, die das Erdreich nutzen. Durchschnittlich holten diese in drei untersuchten Jahren für jede eingesetzte Kilowattstunde Strom 3,88 Kilowattstunden Wärme aus dem Boden. Das schlechteste Verhältnis lag bei 3,0, das beste bei 4,5. Eine einzelne Anlage konnte aus einem Teil Strom sogar mehr als das Fünffache an Wärme produzieren, aller dings mit einer 300 Meter tiefen Erdsonde, die bei privaten Ein- und Zweifamilienhäusern kaum zur Anwendung kommt. Systeme mit Erdsonden, die in der Regel bis maximal 100 Meter in die Tiefe reichen, erzielten im Durchschnitt bessere Ergebnisse als Erdreichwärmepumpen, die mit oberflächennahen Kollektoren gekop pelt sind. Insgesamt mehr als ein Drittel der Anlagen erreichte ein Verhältnis von 4,0 und besser.

Kompakt

Infos Wärmepumpe

Foto: irisblende.de

Wissenswertes zur Wärmepumpentechnik vermittelt der Bundesverband Wärmepumpe. Außerdem führt der Verband ein Verzeichnis zertifizierter Wärmepumpeninstallateure und vergibt ein Gütesiegel für Bohrunternehmen mit Erdsondentechnik. Wegen aktueller Schadensfälle in Baden-Württemberg hat der Verband eine Versicherung für Erdwärmebohrungen entwickelt, die unabhängig vom Verschulden einspringt. Tel. 0 30 / 2 08 79 97 18, www.waermepumpe.de

Die Studie des Fraunhofer-Instituts Freiburg (ISE) ist kostenlos als Kurz- und Langfassung im Internet zu finden: http://wp-effizienz.ise.fraunhofer.de. Unter http://wp-monitor.ise.fraunhofer.de können aktuelle Daten von acht beteiligten Gebäuden online abgerufen werden.

Checkliste und Mustervertrag

Die Energieberatungsstellen der Verbraucherzentralen haben eine aktuelle Checkliste für Hauseigentümer erstellt, die sich eine Wärmepumpe einbauen lassen wollen. Darin sind unter anderem ausführliche Informationen und Tipps zu finden, mit denen sich feststellen lässt, ob eine Wärmepumpe für das eigene Bauvorhaben geeignet ist und auf welche Qualitätsmerkmale man achten sollte. Die Checkliste 2012/13 kann man kostenlos herunterladen: www.verbraucherzentrale-energieberatung.de

→Broschüren. Nur in den Beratungsstellen der Verbraucherzentralen ist eine Mustervereinbarung erhältlich. Darin sichert der Installateur vor der Installation eine Mindestjahresarbeitszahl zu. Wird diese nicht erreicht, muss sich der Anbieter an den zusätzlichen Stromkosten beteiligen.

In einer zweiten Phase des Projekts kamen neuere und noch besser abgestimmte Wärmepumpen zum Einsatz. Sie erreichten mit durchschnittlich 4,09 ein noch besseres Ergebnis. Das Verhältnis zwischen eingesetzter und gewonnener Energie nennen Fachleute Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie ist der entscheidende Wert für die ökologische, aber auch die wirtschaftliche Beurteilung einer Wärmepumpe. Sie schließt – neben der eigentlichen Wärmepumpe mit oder ohne Speicher – das Wärmeverteilsystem, also die Flächen- oder Heizkörperheizung, ebenso ein wie den Stromverbrauch von Zusatzaggregaten und dem elektrischen Heizstab, der in vielen Wärmepumpen bei frostigen Temperaturen einspringt. Erdreichwärmepumpen haben den Vorteil, dass ihr Wärmemedium gleichmäßig warm ist – auch im Winter, wenn die meiste Heizenergie benötigt wird. Im Sommer, wenn nur warmes Wasser bereitet wird, lag die JAZ im Durchschnitt bei 3,2, im Winter bei 3,9.

Fußbodenheizung fast ein Muss

Diese Differenz von Sommer zu Winter hängt mit einem wichtigen Aspekt zusammen: Je kleiner der Unterschied zwischen der Temperatur der Wärmequelle und der Temperatur des Heizwassers ist, umso effektiver arbeitet eine Wärmepumpe. Deshalb sind Flächenheizungen – in fast allen Gebäuden war dies eine Fußbodenheizung – für eine effiziente Wärmepumpe unabdingbar. Keine Regel ohne Ausnahme: In einem Gebäude kamen speziell auf niedrige Heiztemperaturen ausgelegte, großflächige Heizkörper zum Einsatz – mit guten Ergebnissen. Ihr Nachteil: Sie sind teurer als eine Fußbodenheizung. Eine weitere Variante ist die Wandheizung; doch häufig ist in der Senkrechten nicht genügend Fläche vorhanden, um die nötige Wärme zu übertragen. Eine Kombination von Fußboden- und Wandheizung ist allerdings eine Überlegung wert. Das Heizwasser in den untersuchten Gebäuden strömte im Durchschnitt mit 36 Grad Celsius durch die Heizschlangen. Auch bei dieser sogenannten Vorlauftemperatur gilt: je niedriger, desto besser. Damit es im Haus trotzdem angenehm warm ist, wenn die Vorlauftemperatur wenig mehr als 30 Grad beträgt, muss ein guter bis sehr guter Dämmstandard erreicht werden; das heißt die Heizschlangen müssen enger verlegt werden, um pro Quadratmeter Fußboden mehr Wärme übertragen zu können.

Wärmepumpen- und Heizstrom deutlich teurer

Eigentümer von Wärmepumpen und Stromheizungen müssen sich auf Preissteigerungen einstellen. Waren noch vor einigen Jahren 10 bis 13 Cent je Kilowattstunde fällig, so liegen die Durchschnittspreise im Sommer 2012 bei rund 18 Cent. Damit reagieren die Konzerne auf die Abschaltung ihrer Atomkraftwerke, die vor allem nachts überschüssigen Strom produzierten, der dann relativ preiswert verkauft wurde, um Abnehmer zu gewinnen. Während Wärme pumpenbesitzer in gut gedämmten Häusern mit einigen Hundert Euro Mehrkosten pro Jahr noch glimpflich davonkommen, sind Mieter in alten Gebäuden mit Nachtspeicherheizungen und Hauseigentümer, die vor Jahrzehnten mit günstigen Preisen zum Einbau einer Elektroheizung geködert wurden, teilweise von vierstelligen Mehrkosten pro Jahr betroffen. Seit 2007 sind die örtlichen Stromversorger nicht mehr verpflichtet, einen Wärmepumpentarif anzubieten. Im schlimmsten Fall kostet daher der Strom fürs Heizen genauso viel wie der herkömmliche Haushaltsstrom, aktuell sind das etwa 24 Cent. In den allermeisten Regionen ist laut Auskunft des Vergleichsportals Verivox zudem ein Wechsel zu einem anderen Anbieter von Heiz- oder Wärmepumpenstrom nicht möglich, da die notwendige Zählertechnik sich für andere Anbieter nicht lohnt. In einen normalen Haushaltsstromtarif kann man natürlich wechseln, allerdings zu Aufschlägen, die die Technik tendenziell unwirtschaftlich machen.

Luftwärmepumpen wenig effizient

Deutlich schlechter fallen die Ergebnisse für Wärmepumpen aus, die die Außenluft als Wärmequelle nutzen. Die 18 gemessenen Systeme erreichten über drei Jahre eine durchschnittliche Jahresarbeitszahl (JAZ) von 2,88, das schlechteste erreichte nur eine JAZ von 2,3, die beste Luftwärmepumpe immerhin 3,4. Die niedrigeren Werte sind vor allem auf eine „mäßige“ Effizienz im Sommer und eine „äußerst niedrige“ im Winter zurückzuführen, wie es in der Studie heißt. Die Erklärung ist einfach: Gerade wenn im Winter die meiste Wärme mit den höchsten Vorlauftemperaturen benötigt wird, ist das Wärmemedium Luft am kältesten und die Wärmepumpe muss den größten Unterschied, Fachleute nennen das „Temperaturhub“, bewältigen. Ähnlich sieht es im Sommer aus. Zwar ist die Außenluft deutlich wärmer; da aber vor allem Warmwasser auf eine Temperatur von etwa 55 Grad erhitzt wird, ist auch hier das Verhältnis schlecht. „Die höchsten Arbeitszahlen sind somit in der Übergangszeit zu finden“, konstatieren die ISE-Forscher. Auch bei den Luftwärmepumpen kamen in einer zweiten Projektphase neuere Geräte zum Einsatz, die etwas besser und effektiver arbeiteten. Mit einer durchschnittlichen Arbeitszahl von 2,98 blieben sie aber nur knapp über dem Wert von 2,6, unterhalb dessen für strombetriebene Heizungen ein Einsatz ökologisch keinen Sinn hat. Auch wirtschaftlich ist eine JAZ von 3,0 bei den steigenden Strompreisen Anlass für eine genaue Wirtschaftlichkeitsrechnung.

Nur teilweise zulässig und förderfähig

Dazu kommt: Bleiben einige Unterschiede bei den Berechnungsgrundlagen (siehe „Gute Wärmepumpen“) unberücksichtigt, wären die in der Praxis getesteten Luftwärmepumpen nach aktuellen Maßstäben laut Gesetz nicht einmal zulässig. Denn das ErneuerbareEnergienWärme gesetz (EEWärmeG) schreibt für Luftwärmepumpen in Neubauten eine MindestJAZ von 3,5 vor, bei gleichzeitiger Warmwasserbereitung 3,3. Diese Mindest anforderung erreichte keines der getesteten Systeme. Bei den Erdreichwärmepumpen sieht es besser aus. Hier legt das Gesetz die Latte auf 4,0, mit Warmwasserbereitung auf 3,8.

Wärmepumpentechnik

Foto: Junkers

Eine Wärmepumpe funktioniert im Prinzip wie ein Kühlschrank, nur eben umgekehrt. In der Regel durch elektrischen Strom angetrieben, entzieht sie der Außenluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser Wärme, hebt diese auf ein höheres Temperaturniveau und gibt sie ans Heiz- und/oder Duschwasser ab.

■ Luft als Wärmequelle ist einfach zu nutzen, da keine Erdarbeiten notwendig sind, was auch die Anschaffungskosten senkt. Je nach Gerät und Umgebungstemperatur verursachen Luftwärmepumpen ein deutliches Rauschen, wenn die Ventilatoren die Luft durch die Wärmetauscher blasen.
■ Für die Erdwärmenutzung können – neben einer bis zu 100 Meter tiefen Erdsonde – Graben- oder Flächenkollektoren eingesetzt werden. Sie unterscheiden sich hinsichtlich der Tiefe, in der sie liegen, und in ihrem Flächenbedarf. Vor allem bei Flächenkollektoren, die nur etwa 1 bis 1,5 Meter unter der Oberfläche liegen, darf die genutzte Fläche nicht bebaut oder mit großen Pflanzen besetzt werden. Je nach Bodenbeschaffenheit und Dämmstandard des Hauses rechnet man für den Flächenbedarf des Kollektors mit dem 1,5- bis 2,5-Fachen der Wohnfläche.

Der Wert mit Warmwasserbereitung wird im Durchschnitt aller Messwerte eingehalten, aber immerhin rund ein Drittel der getesteten Geräte hätte die heute geltende Hürde des Gesetzes gerissen. Hersteller und Installa teure sind also gefordert, bei Neuinstallationen zumindest die Minimalanforderungen des Gesetzes zu erfüllen. Dass das möglich ist, zeigen immerhin 22 von 56 Erdreichwärmepumpen, die eine Jahresarbeitszahl von mehr als 4,0 und damit eine sehr gute Effizienz erreichen. Mit guten Erdwärmepumpen können sich Bau herren auch die staatliche Förderung für erneuerbare Energien aus dem Marktanreizprogramm für Bestandsgebäude sichern, die mindestens 2.400 Euro beträgt. Kein Geld vom Staat gäbe es für die getesteten Luftwärmepumpen. Denn auch für den Zuschuss von 900 Euro ist, wie im Gesetz gefordert, eine JAZ von 3,5 notwendig.

Fazit: Rechenstift spitzen!

Sind Wärmepumpen nun gut oder schlecht? Die Antwort fällt mit Blick auf die Studie zwiespältig aus. Bei guter Planung und Installation sind Erdreichwärmepumpen in gut gedämmten Neu- oder Altbauten eine Alternative (siehe „Empfehlungen: gute Wärmepumpen“). Luftwärmepumpen sind nach den Ergebnissen der ISE-Studie aus Umweltgesichtspunkten ein eher kleiner Gewinn. Bauherren sollten deshalb genau auf die technischen Werte achten und sich die Einhaltung der gesetzlichen Vorschriften vom Installateur schriftlich bestätigen lassen (siehe „Checkliste und Mustervertrag“). Mit dieser Erklärung trennt man als Auftraggeber die Spreu vom Weizen und hat gute Argumente in der Hand, falls die Anlage die Versprechungen nicht einhalten sollte. Ob die in der Anschaffung hochpreisigen Wärme pumpen auch in Zukunft ihren Vorteil bei den Betriebskosten halten können, ist zumindest fraglich. Denn die Zeiten des von den Energieversorgern subventionierten Nachtstroms scheinen vorbei zu sein.

Erdwärmebohrung: Qualifikation überprüfen

Foto: Jürgen Fälchle/Fotolia.com

Bei geologisch unkritischen Verhältnissen ist eine Erdwärme-Bohrung nicht weiter schwierig. Kritisch wird es, wenn wasserführende Schichten angebohrt werden. Senkungen des Erdbodens können die Folge sein. Aber auch das Gegenteil: Der Untergrund hebt sich, wenn Wasser zum Beispiel mit Anhydritschichten in Kontakt kommt und der entstehende Gips aufquillt. Dies führte zum Beispiel in Baden-Württemberg in mehreren Fällen zu millionenteuren Schäden. Das baden-württembergische Umweltministerium hat deshalb für das Bundesland seine Leitlinien Qualitätssicherung Erdwärmesonden (LQS EWS) zur Auflage gemacht. Danach müssen Bohrunternehmen besonders umfangreiche Maßnahmen zur Qualitätssicherung ergreifen und eine Haftpflichtversicherung in Höhe von mindestens fünf Millionen Euro nachweisen. In anderen Bundesländern gelten dagegen weniger strenge Regeln.

Achten sollte man auf jeden Fall auf die Qualifikation des Bohrunternehmens: Mindestvoraussetzung ist eine Qualifikation nach dem Arbeitsblatt W120 der Deutschen Vereinigung des Gas- und Wasserfachs (DVGW). Ein entsprechendes Zertifikat sollte sich der Bauherr zeigen lassen. Höhere Qualifikationen bietet eine Zertifizierung auf der Grundlage der BWPlus-Qualitätskriterien, die der Bundesverband Wärmepumpe zusammen mit der Zertifizierung-Bau e.V. entwickelt hat, um einen höheren Standard bei der Qualitätssicherung von Bohrunternehmen herzustellen. Dieser Standard wird voraussichtlich im Herbst 2012 durch das neue DVGW-Arbeitsblatt W120/2 abgelöst. Alternativ kann eine Zulassung als Fachbetrieb nach § 62 Abs. I Wasserhaushaltsgesetz (WHG) in Verbindung mit § 3 (Fachbetrieb) der Verordnung über Anlagen zum Umgang mit wassergefährdenden Stoffen als Voraussetzung für ein hohes Qualitätsniveau einer Bohrfirma gewertet werden. Dieses Zertifikat vergibt zum Beispiel der TÜV Süd.

Empfehlungen: gute Wärmepumpen

Foto: MHG

■ Wenn es eine Wärmepumpe sein soll, dann erzielen Mo delle mit Erdsonden tendenziell die besten Ergebnisse.
■ Luftwärmepumpen weisen vergleichsweise schlechte Jahresarbeitszahlen (JAZ) auf, vor allem im Winter. Ab einer JAZ von 2,6 sparen Sie mehr Primärenergie ein, als zur Stromproduktion benötigt wird. Dieser Wert sinkt wegen des höheren Anteils von Öko-Strom demnächst auf 2,4. Die Rentabilität der Pumpe sollte genau geprüft werden, ebenso die Einhaltung der Vorschriften des Erneuerbare-Energien-Wärmegesetzes. Dies sollten sich Bauherren schriftlich bestätigen lassen. Das Gleiche gilt für die Beantragung öffentlicher Subventionen durch das Marktanreizprogramm des BAFA (www.bafa.de).
■ Die Energieberater der Verbraucherzentralen weisen darauf hin, dass „für BAFA und das EEWärmeG die JAZ nach der VDI-Richtlinie 4650 für Raumwärme und Warmwasser mithilfe einer Fachunternehmererklärung bzw. einer Bescheinigung eines Sachkundigen nachge wiesen werden muss. Diese Rechenwerte liegen zum Teil deutlich über den Werten, die in der Praxis erreicht werden, da für die Berechnung vereinfachte und idealisierte Randbedingungen angenommen werden“.
■ Eine gut bis sehr gut gedämmte Gebäudehülle (Effizienzhaus 70 und besser) und eine Fußboden- oder Wandheizung sind in den allermeisten Fällen Voraussetzung für einen wirtschaftlichen und ökologisch sinnvollen Betrieb der Wärmepumpe. Das gilt auch und gerade für Altbauten, deren Dämmstandard im ursprünglichen Zustand häufig zu schlecht ist.
■ Die Kombination mit einer thermischen Solaranlage macht das Gesamtsystem energetisch effizienter, da die Solar anlage die schlechtere Effizienz von Wärmepumpen im Sommer ausgleicht. Wirtschaftlich ist die Mehrausgabe allerdings nur nach langer Amortisationszeit. Weitere Empfehlungen aus der Studie von Fraunhofer ISE:
■ Der Einbau einer Wärmepumpe sollte möglichst frühzeitig und individuell für jedes Bauprojekt geplant werden. Je früher die Komponenten (Wärmequelle, Wärmepumpe und Wärmeverteilung) auf das Gebäude und seinen Dämmstandard abgestimmt und gegenseitig optimiert werden, desto besser sind die erzielten Jahresarbeitszahlen.
■ Der Einsatz eines Pufferspeichers sollte genau abgewogen werden. Am effizientesten schnitten Wärmepumpen ab, die direkt das Heizwasser erwärmen. So werden Energieverluste des Speichers und Fehlschaltungen vermieden. Allerdings können Speicher eine wichtige Rolle spielen, wenn in Zukunft Überschüsse im Stromnetz aus reichlich vorhandenem Wind- und Solarstrom genutzt werden sollen. Entsprechende Tarife und Steuerungstechniken sind aber noch nicht marktreif.
■ Die Einstellung der Heizwasserpumpe sollte überprüft werden; viele arbeiten auf einer zu hohen Stufe und verursachen unnötige Stromkosten. Hocheffizienzpumpen der Klasse A vermeiden dieses Problem durch eine intelligente Steuerung und einen generell sehr niedrigen Stromverbrauch.
■ Eine Wärmepumpe sollte nur von einem erfahrenen und qualifizierten Installationsbetrieb eingebaut werden. Ein hydraulischer Abgleich, der eine widerstandsarme und gleichmäßige Durchströmung des Heizsystems sicherstellt, sowie eine lückenlose Dämmung der Leitungen verhindern Wärmeverluste und überflüssigen Stromverbrauch der Heizwasserpumpe.
■ Dreiwegeventile, mit denen zwischen Heizbetrieb und Trinkwassererwärmung umgeschaltet wird, schließen häufig nicht richtig. Das führt zu einem unnötigen Betrieb der Wärmepumpe und zu hohen Energieverlusten. Der Installateur muss überprüfen, ob das Ventil richtig schließt.
■ Korrekt ausgelegte Erdreichwärmepumpen erfordern keine zusätzliche Elektroheizung über einen Heizstab. Dieser ist nur bei Störfällen nötig und sollte, falls doch eingebaut, im Normalbetrieb sicher abgeschaltet werden.
■ Der korrekte Betrieb der Wärmepumpe muss regelmäßig geprüft werden. Dabei helfen gesonderte Strom- und Wärmemengenzähler, den verbrauchten Strom und die gelieferte Wärmemenge miteinander zu vergleichen. Mit einer günstigen Einstellung der Heizungsregelung hin zu möglichst niedrigen Heizwassertemperaturen (Heizkurve) können die Nutzer die Effizienz der Wärmepumpe positiv beeinflussen.