Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe gibt an, wie hoch ihre maximal erreichbare Leistung ist. Heizungsbau.net informiert Sie im folgenden Artikel über die Berechnung und die Aussagekraft des Wirkungsgrades sowie über weitere Faktoren, welche die Effizienz einer Wärmepumpe beeinflussen.
In Zeiten steigender Strom- und Gaspreise sowie eines wachsenden ökologischen Bewusstseins bieten sich Wärmepumpen als umweltfreundliche und effiziente Ergänzung zur Heizanlage eines Gebäudes an. Um Energiekosten zu sparen und den Ausstoß von Treibhausgasen zu verringern, machen Wärmepumpen die Umweltenergie aus Luft, Erde, Grundwasser oder Sonnenstrahlung für das Heizsystem nutzbar! Dazu benötigt die Wärmepumpe einen Verdichter, welcher auf Antriebsenergie angewiesen ist (beispielsweise in Form von Strom).
Wirkungsweise einer Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie eine Kälteanlage, mit dem Unterschied, dass hier die Wärmeerzeugung das Ziel ist. Während bei einer Kälteanlage die erzeugte Wärme ein Abfallprodukt darstellt. Zusätzlich wird bei einer Wärmepumpe noch die Abwärme eines Kompressors Mitgenutzt.
Genau deshalb ist die Relation von elektrischer Leistung zur Heizleistung, genannt COP (Coefficient of Performance), um den Faktor eins höher als zum Beispiel es bei Kälteanlagen der Fall ist.
Die entscheidende Nennleistung von Wärmepumpen ist die Heizleistung. Die elektrische Leistung ist um den Wert des sogenannten COP niedriger.
Um den COP Wert von Wärmepumpen festzustellen, wird der Wirkungsgrad von diesen Faktoren beeinflusst:
- die Kompressortechnik, die verbaut wurde
- von der Vorlaufraumtemperatur: Sie sollte ebenfalls niedriger eingestellt sein, um den COP effektiv zu beeinflussen. Bei einer Temperatur bis 60 Grad erreicht man die zuverlässigsten COP Werte.
- die Wärme in der Umgebung. Je höher diese ist, desto besser um gute Ergebnisse beim Messen der COP Kennzahl zu erzielen.
- die Laufzeit des Kompressors ist ebenfalls entscheidend. Besser ist es eine längere Laufzeit einzustellen. Der Kompressor hat sonst zu viel Anfahrverluste.
- je größer der Wärmetauscher ist, desto mehr wirkt er sich auf den COP Wert aus.
Da Wärmepumpen in der Anschaffung meist kostenintensiv sind, sollten Sie sich zunächst einen Überblick über ihre Effizienz verschaffen! Als Orientierung dienen dazu die Jahresarbeitszahl sowie der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe!
Jahresarbeitszahl und Wirkungsgrad einer Wärmepumpe
Jahresarbeitszahl und Wirkungsgrad der Wärmepumpe sind die beiden wichtigsten Faktoren, welche Aufschluss über ihre Effizienz liefern.
Michael Engel – Dozent & Ausbilder SHK Innung München
Jahresarbeitszahl
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) beschreibt das Verhältnis von erzielter Nutzenergie und zugeführter Betriebsenergie in einem Jahr:
JAZ = kWh/a erzeugte Wärme: kWh/a zugeführte Energie
Das „a“ steht für Anno, also für ein Jahr.
Im Folgenden wird die Formel am Beispiel einer Luftwärmepumpe verdeutlicht, deren erzeugte Wärme zu drei Teilen aus Umweltenergie und zu einem Teil aus zugeführtem Strom besteht (macht insgesamt 4 Teile erzeugte Wärme):
Die gewonnene Nutzwärme enthält somit ein Viertel zugeführter Energie. Die Jahresarbeitszahl beträgt demnach JAZ = 4 : 1 = 4! Aus der zugeführten Energie kann in der Theorie also das Vierfache an Nutzwärme erzielt werden!
Wirkungsgrad
Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe ist abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen der Energiequelle und der Vorlauftemperatur der Pumpe. Die Vorlauftemperatur ist die Temperatur, mit welcher das Wasser die Wärmepumpe verlässt und an den Heizkreislauf abgegeben wird. Die Berechnung orientiert sich an der Carnot‘schen Formel. Auf Wärmepumpen bezogen lautet diese:
hc = T : (T – T0)
„hc“ ersetzt hier den griechischen Buchstaben Eta. „T“ ist die Vorlauftemperatur und „T0“ die Temperatur der Energiequelle. Wichtig für die Berechnung des Wirkungsgrades einer Wärmepumpe ist es, die Temperatur in Kelvin anzugeben. Auch an dieser Stelle folgt ein Beispiel anhand einer Luftwärmepumpe:
spatesphoto / 123RF
Die Außentemperatur beträgt -3 °C (entspricht 270 Kelvin) und die Vorlauftemperatur der Pumpe ist auf 47 °C (entspricht 320 Kelvin) eingestellt:
hc = 320 : (320 – 270) = 6,4.
Der theoretische Wirkungsgrad dieser Wärmepumpe unter den gegebenen Umständen beträgt demnach 6,4!
Was den Wirkungsgrad von Wärmepumpen noch beeinflusst
Es ist wichtig, dass Sie wissen, dass nur gut gedämmte Häuser für die Nutzung von Wärmepumpen geeignet sind. Die beste Wirkung entfaltet eine Wärmepumpe, wenn im System eine niedrige Vorlauftemperatur erreicht werden kann. Im Bereich von 30-35 Grad ist die Wirkung einer Wärmepumpe am besten gegeben.
Der Umbau der Heizanlage lohnt sich immer dann, wenn man die Temperatur seiner Heizung um etwa 5 Grad herabsenkt. So erweitert man die Jahresarbeitszahl um circa 10 %. Wenn Sie aber beispielsweise generell mit mehr als 60 Grad heizen wollen, wäre eine Wärmepumpe weniger geeignet.
Die neuen Leistungszahlen von Wärmepumpen
Der COP (Coefficient of Performance) ist aktuell nicht die einzige Kennzahl, um den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe darzustellen. Neuerdings gibt es nach der DIN-Norm EN 14825 neuere und zuverlässigere Messungen, um die Wirkung zu ermitteln. Diese sind der European Seasonal COP (European Seasonal Coefficient of Performance) und der Seasonal COP (Seasonal Coefficient of Performance). Sie sind besonders gut geeignet, um die Saisonalen Unterschiede besser erkennen zu können.
Der ESCOP als Kennzahl:
Der sogenannte European SCOP berücksichtigt auch eine saisonale Effizienz zur Berechnung. Diese Kennzahl ist noch wesentlich einfacher zu errechnen als ein COP-Wert, da die Verluste aus dem Standby-Betrieb hier nicht in die Rechnung einfließen. Im Zweifelsfall sollten Sie einen Heizungsbau-Profi aus Ihrer Nähe fragen, da die Verfahren von den Herstellern unterschiedlich sind.
Der SCOP als Kennzahl:
Der Unterschied zum normalen COP ist hier das die Messung nicht ausschließlich bei nur einer Temperatur gemacht wird. Vielmehr arbeitet man hier mit gleich vier Temperaturen. Der entscheidende Vorteil daraus ist, dass man hier zum Beispiel mit bestimmten Kompressoren von Wärmepumpen lediglich mit 90 % des Betriebs eine verlässliche Leistungszahl bekommt. Ein weiterer Vorteil ist die Berücksichtigung des elektrischen Heizstabs.
Wie Sie sehen können, wird an dieser Stelle der COP durch die effektiveren Kennzahlen des SCOP oder ESCOP ersetzt, um eine zuverlässigere Auswertung der Leistung einer Wärmepumpe zu erreichen.
Wenn Sie die Wirtschaftlichkeit Ihrer Wärmepumpe zuverlässig messen möchten, ist auch eine Mitwirkung des beauftragten Heizungsbau-Betriebes nötig. Fachleute kennen die Grundlagen für Messmethoden am besten. So kann das Maximum an Effektivität für Sie herausgeholt werden.
Über unseren Experten
Michael Engel arbeitet als Ausbilder und Dozent im Fachbereich Fort- und Weiterbildung der SHK Innung München. In Seminaren vermittelt der Experte der SHK Fachwissen zur Planung und Errichtung von Wärmepumpenanlagen.
So können Sie den Wirkungsgrad einer Wärmepumpe erhöhen!
Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe lässt sich beeinflussen! Er ist beispielsweise höher, je niedriger die Temperaturdifferenz zwischen Energiequelle und Vorlauftemperatur ist. Für die Praxis bedeutet das, dass Sie die Vorlauftemperatur Ihrer Wärmepumpe möglichst niedrig einstellen sollten, wobei diese oftmals schon vom Hersteller begrenzt wird.
Lassen Sie sich von einem Heizungsbau-Experten über weitere Maßnahmen für effizientes Heizen beraten, wie etwa über den Typ der Wärmepumpe! Es gibt beispielsweise Split-Wärmepumpen mit einem meist vergleichsweise niedrigen Wirkungsgrad, allerdings sind die Investitionskosten deutlich geringer als bei Grundwasser- oder Erdwärmepumpen. Auch die restlichen Bestandteile der Heizanlage sind ausschlaggebend für die Effizienz einer Wärmepumpe. Die Art der Heizkörper sollte auf die jeweilige Pumpe abgestimmt werden.
Es ist sinnvoll, den Wirkungsgrad der Wärmepumpe ihren Kosten und der voraussichtlichen Betriebsdauer gegenüberzustellen! Das effizienteste Ergebnis für Ihre individuelle Situation kann Ihnen ein Fachhandwerker liefern: über das kostenlose Online-Formular von Heizungsbau.net können Sie Kontakt zu Fachbetrieben aufnehmen und Ihr Anliegen kurz schildern.
