Leistungszahl der Wärmepumpe: Dafür ist sie wichtig

Die Leistungszahl der Wärmepumpe gibt Auskunft übe die Leistung.  Die Wärmepumpe gilt als Heizmöglichkeit der Zukunft und sollte klimatechnisch gesehen längst die althergebrachte Öl- oder Gasheizung abgelöst haben.

Der Stromverbrauch der deutschen Haushalte steigt und steigt, was die Energieversorger sicherlich freuen mag. Sie kassieren kräftig ab. Daher ist es nicht nur wichtig, regelmäßig die Strompreise vergleichen zu lassen, sondern auch die Leistungszahl der Wärmepumpe zu kennen. Nur wer Bescheid weiß, kann sagen, wo es sich sparen lässt! Experten raten daher vor der Installation einer Wärmepumpe dazu, die Leistungszahl zu vergleichen und erst danach eine Entscheidung für oder gegen eine Art der Wärmepumpe zu treffen.

Die Leistungszahl wird mit COP abgekürzt, was für „Coefficient of Performance“ steht. Damit ist der Wirkungsgrad der Wärmepumpe gemeint, der zu einem bestimmten Zeitpunkt ihres Betriebs gemessen werden kann. Diese Leistungszahl setzt die Menge von erzeugter Wärme mit der nötigen elektrischen Energie ins Verhältnis. Doch nicht nur die COP sind hier interessant, sondern auch die JAZ, die Jahresarbeitszahlen.

Sie zeigen den Wirkungsgrad der Wärmepumpe in der Praxis und berücksichtigen hier alle Bauteile. COP und JAZ können sich damit unterscheiden, wobei die Jahresarbeitszahlen sicherlich aussagekräftiger für Hausbesitzer sind.

Kurz gesagt: Soll die Energieeffizienz einer Wärmepumpe dargestellt werden, sind die genannten Leistungszahlen wichtig, denn nur mit ihnen lässt sich die Wirtschaftlichkeit der Pumpe ermitteln.

Ein weiterer Begriff, der hier von Experten gern verwendet wird, ist der „Carnot-Prozess“. Dabei handelt es sich um den theoretisch größten Wirkungsgrad, der im Wärmeprozess entstehen kann. Die Wärmepumpe hat dabei ihre größte Leistungskennzahl.

Der Wirkungsgrad, der dabei ermittelt wird, ist in der Praxis allerdings nicht zu erreichen, denn bei der Berechnung wird die Temperaturdifferenz zwischen warmer und kalter Seite berücksichtigt. Andere Faktoren fließen hier nicht mit ein, sind in der Praxis aber durchaus von Belang. Dazu zählt unter anderem der Temperaturabfall zwischen Verdampfer und Verflüssiger.

Video: Wärmepumpen sinnvoll ?

Dazu braucht es die Leistungskennzahl der Wärmepumpe

Beim Bau oder der Sanierung eines Gebäudes dreht sich alles um dessen Energieeffizienz. Es geht immer darum, mit so wenig Antriebsleistung wie nötig so große Heizerfolge wie möglich zu erzielen. Wenn nun die Leistungszahl der Wärmepumpe bekannt ist, ist es möglich, diese einzuordnen: Ist sie völlig ineffizient oder sogar überaus wirtschaftlich? Lohnt sich der investierte Strom oder kommt die Nutzung der betreffenden Wärmepumpe eher dem Herauswerfen des Geldes zum Fenster hinaus gleich?

Wird eine Leistungskennzahl von 4 angegeben, heißt das, dass die Wärmepumpe eine Heizleistung von 4 kW liefert, wenn 1 kW Storm eingesetzt wird. 3 kW werden durch Sonne oder Erdreich zugeführt. Wärmepumpen, die eine Jahresarbeitszahl von 3,5 haben, werden als eher schwach eingestuft, liegt die Leistungszahl unter 3 sind die Anlagen weder wirtschaftlich noch umweltschonend.

Wer den Stromverbrauch der Wärmepumpe berechnen will bzw. die Leistungszahl sucht, kann folgende Formel verwenden:

Ec = T : (T – T0)

T steht für die Temperatur, die in der Umgebung gemessen wird und an die die Wärme abgegeben werden soll. In den meisten Fällen wird das also die Temperatur des Hauses sein. T0 ist die Temperatur der Umgebung, aus der die Wärme gewonnen wird. Das kann zum Beispiel der Garten sein. Die Berechnung der Angaben erfolgt nicht in Grad Celsius, sondern in Kelvin.

Aus den Ergebnissen der Berechnungen wiederum lässt sich feststellen, warum zum Beispiel Erdwärmepumpen effizienter arbeiten als Luftwärmepumpen. Zumindest hierzulande sind die Lufttemperaturen im Winter in der Regel unterhalb von 0 °C angesiedelt. Gerade nachts können die Temperaturen empfindliche Bereiche erreichen. Gehen wir nun von einer Außentemperatur von -12 °C und einer Temperatur von 55 °C in der Erde aus, ergibt sich ein guter Wirkungsgrad von 4,9.

Je niedriger die Außentemperatur ist, desto schlechter ist auch der Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Die Erdwärmepumpe profitiert nun davon, dass das Wärmeverhältnis in der Erde relativ ausgeglichen und konstant ist, denn ehe sich der Erdboden so tief im Inneren deutlich abgekühlt hätte, sind unsere mitteleuropäischen Winter längst vorbei. Die Luft hingegen ist deutlich kühler, damit ist das Wärmeverhältnis weniger gut. Die Leistungszahl der Luftwärmepumpe ist dann geringer.

Ebenfalls interessant in dem Zusammenhang ist die Antwort auf die Frage, warum Fußbodenheizungen denn effizienter als Heizkörper sein sollten. Immerhin sind diese doch schon warm und liefern rasch wohlige Wärme. Auch hier wird zur Erklärung wieder die Leistungszahl herangezogen. Bei einer herrschenden Außentemperatur von 7 °C und einer Vorlauftemperatur des Heizwassers von 55 °C ergibt sich eine Leistungszahl von 6,8.

Die Fußbodenheizung hingegen nutzt eine deutlich niedrigere Vorlauftemperatur und kommt dank dieser (30 °C) auf eine Leistungszahl von 13. Diese ist weitaus höher, damit ist die Fußbodenheizung weitaus effizienter als der herkömmliche Heizkörper. Beim Vergleichen der verschiedenen Heizsysteme gehört die Leistungszahl daher immer mit dazu!

So mancher Häuslebauer oder auch der Hausbesitzer, der sich mit einer Sanierung seiner Heizungsanlage befasst, möchte den Mindestwert ermitteln, ab dem eine moderne Wärmepumpe wirtschaftlich arbeitet.

So mancher Häuslebauer oder auch der Hausbesitzer, der sich mit einer Sanierung seiner Heizungsanlage befasst, möchte den Mindestwert ermitteln, ab dem eine moderne Wärmepumpe wirtschaftlich arbeitet.(#01)

Die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe

So mancher Häuslebauer oder auch der Hausbesitzer, der sich mit einer Sanierung seiner Heizungsanlage befasst, möchte den Mindestwert ermitteln, ab dem eine moderne Wärmepumpe wirtschaftlich arbeitet. Dafür ist der aktuelle Strompreis wichtig, außerdem wird ein Heizpreis zum Vergleichen gebraucht. Der Strompreis wird nun durch den Heizpreis dividiert. Als Ergebnis zeigt sich die Jahresarbeitszahl, die die Wärmepumpe mindestens erreichen muss.

Erst ab dem Erreichen dieser Leistungszahl kann die Wärmepumpe als effizient bezeichnet werden. Bei einem Strompreis von 30 Cent und einem Gaspreis von 8 Cent ergibt sich eine Leistungszahl von 3,75. Unter den gegebenen Bedingungen muss die Wärmepumpe daher die genannte Jahresarbeitszahl vorweisen. Moderne Pumpen erreichen Werte zwischen 3,5 und 4,5. Teilweise sind auch Jahresarbeitszahlen von 6 möglich.

Nun stellt sich die Frage, ob sich die Effizienz von Wärmepumpen erhöhen lässt, wenn beispielsweise mehr oder weniger Energie zugeführt wird oder wenn die Antriebsleistung geringer wird? Wie verhält sich dann die Nutzwärme? Derart kompliziert braucht niemand vorgehen.

Folgende Möglichkeiten helfen bereits, die Effizienz der Pumpe zu steigern:

  • Austausch von Verdichter und Speicher
  • Minderung der Vorlauftemperatur
  • Wechsel von einer Luft-Wasser-Pumpe auf eine Erdwärmepumpe

Effiziente Wärmepumpen mit guten Leistungszahlen sind gut für die Umwelt: Eine Pumpe, die mit konventionellem Strom betrieben wird und ein Durchschnittshaus versorgt, sorgt für einen deutlich geringeren CO2-Ausstoß. Eine Gasheizung stößt zum Beispiel pro Jahr rund 7014 kg aus, eine Ölheizung liegt gar bei 9402 kg pro Jahr.

Die Wärmepumpenheizung kommt nur auf einen CO2-Ausstoß von 4732 kg im Jahr, immer einen durchschnittlichen Verbrauch vorausgesetzt. Die Emissionen können sogar auf null reduziert werden, wenn grüner Strom verwendet wird.

Es gibt nicht nur die oben genannten Leistungszahlen, wobei die COP nur auf einen Betriebspunkt ausgerichtet ist. Problematisch ist dabei, dass einige Hersteller ihre Wärmepumpen derart optimieren, dass sie einen möglichst guten COP aufweisen.

Es gibt nicht nur die oben genannten Leistungszahlen, wobei die COP nur auf einen Betriebspunkt ausgerichtet ist. Problematisch ist dabei, dass einige Hersteller ihre Wärmepumpen derart optimieren, dass sie einen möglichst guten COP aufweisen.(#02=)

Förderungen für die Umrüstung?

Sicherlich ist es ratsam, sich bei einer bestehenden Heizung eine Übersicht über verschiedene Stromverbräuche zu verschaffen, um herauszufinden, ob eine Umrüstung oder ein gänzlicher Austausch der Heizungsanlage nicht sinnvoll wäre. Steht dieser Austausch an oder wird bereits beim Hausbau auf die Installation einer Wärmepumpe gesetzt, gibt es seitens der BAFA Fördermöglichkeiten.

Wichtig: Dafür muss der oben beschriebene COP nachgewiesen werden, denn auf der Grundlage dieses Wertes wird die Jahresarbeitszahl ermittelt. Diese wiederum ist für eine mögliche Förderung wichtig. Die Berechnung der JAZ erfolgt durch ein unabhängiges Institut.

Teilweise kann es auch sein, dass das EHPA anerkannt wird, dabei handelt es sich um ein Gütesiegel für Wärmepumpen. Die BAFA entscheidet je nach vorliegender Bausituation und nach Art der gewünschten Wärmepumpe, in welcher Höhe eine Förderung gewährt wird. Letzten Endes können hier einige Tausend Euro zusammenkommen!

Video: Modernisieren mit Wärmepumpe

Weitere Leistungszahlen für Wärmepumpen

Es gibt nicht nur die oben genannten Leistungszahlen, wobei die COP nur auf einen Betriebspunkt ausgerichtet ist. Problematisch ist dabei, dass einige Hersteller ihre Wärmepumpen derart optimieren, dass sie einen möglichst guten COP aufweisen. Das heißt, dass die Anlage dann auf diesen Punkt optimiert wurde, dass sie ansonsten aber nicht zwingend besonders leistungsfähig oder effizient sein muss.

Daher gibt es noch weitere Leistungszahlen, die für einen Vergleich durchaus hilfreich sind:

  • SCOP
    Das „S“ steht hier für „Seasonal“, was bedeutet, dass die Leistungszahl auf vier unterschiedliche Temperaturwerte ausgerichtet ist. Im Gegensatz zur COP, die sich nur nach einem Punkt richtet, sind damit also mehrere verschiedene realistische Messpunkte gegeben, die sich nach den vier Jahreszeiten richten. Alle Werte fließen in die Einstufung der Wärmepumpe mit ein und ergeben zusammen ein deutlich besseres Bild über die Effizienz. Die Einstufung in eine Effizienzklasse ist somit weitaus realistischer. Zusätzlich berücksichtigt die SCOP die Leistung des elektrischen Heizstabes, was eine Verzerrung der bisherigen Angaben zur Energieeffizienz der Pumpen verhindert. Außerdem können Effizienzvorteile im Teillastbetrieb angegeben werden.
  • ESCOP
    Das „E“ steht hierbei für „European“, die angegebenen Werte berücksichtigen die saisonalen Temperaturen und deren Effekt auf die Leistungszahl. Verluste, die sich im Stand-by ergeben, bleiben hier unberücksichtigt, damit ist die Berechnung deutlich einfacher möglich als bei der Leistungszahl SCOP. Jedoch verwenden nicht alle Hersteller die gleichen Verfahren, um Messwerte zu ermitteln, daher ist es wichtig, die Leistungszahlen vor einem genauen Vergleich zu prüfen.
  • ETA
    Der Quotient heißt mit vollem Namen „jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz“. Hiermit wird angegeben, wie viel Primärenergie für eine Kilowattstunde an Wärme benötigt wird. Innerhalb Europas wird dabei angenommen, dass der Primärenergiefaktor für den verwendeten Strom bei 2,5 liegt. Um den ETA zu errechnen, wird der SCOP durch 2,5 geteilt.

Wenn bedacht wird, wie detailliert die letztgenannten Leistungskennzahlen sind, scheint es nur allzu verständlich, dass COP und JAZ an Bedeutung verlieren. Wichtig ist in jedem Fall, dass Hersteller von Wärmepumpen die Grundlagen der Messungen möglichst transparent darstellen, denn nur so lässt sich die Effizienz der Pumpen wirklich beurteilen.

Möglichst effiziente Wärmepumpen sind aber wichtig dafür, ob es sich lohnt, in diese Technik zu investieren oder nicht. Es reicht heute nicht mehr, nur die Strompreise zu vergleichen. Dieser Vergleich gehört zwingend dazu, wenn es darum geht, so viel Geld wie möglich zu sparen. Dennoch ist natürlich wichtig, auch den Energieverbrauch so weit wie möglich zu drosseln, was nur über ein effizientes Heizsystem durchführbar ist.

Ist ein solches bisher noch nicht vorhanden, sollte nach dem Vergleich der einzelnen Systeme und ihrer Nutzwärme eine Umrüstung des bestehenden Systems ins Auge gefasst werden.


Bildnachweis:©Shutterstock-Titelbild:  Kange Studio -#01: C5 Media -#02: Dmitry Kalinovsky

Über Marius Beilhammer

Marius Beilhammer, Jahrgang 1969, studierte Journalismus in Bamberg. Er schreibt bereits viele Jahre für technische Fachmagazine, außerdem als freier Autor zu verschiedensten Markt- und Businessthemen. Als fränkische Frohnatur findet er bei seiner Arbeit stets die Balance zwischen Leichtigkeit und umfassendem Know-how durch seine ausgeprägte Affinität zur Technik.

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