Jahresarbeitszahl, COP & Co. – Was die Kennziffern über eine Wärmepumpe aussagen

Eines haben alle Begriffe gemeinsam, sie beziffern die Effizienz einer Wärmepumpe. Lediglich die Gegebenheiten, unter denen der jeweilige Wert gemessen wird, sind unterschiedlich. Hier ein Überblick:

Jahresarbeitszahl (JAZ):

Lange galt die Jahresarbeitszahl als wichtigste Kennziffer zur Effizienzbestimmung der Wärmepumpe. Nicht zuletzt, weil sie bis 2020 entscheidend für die Genehmigung der staatlichen Heizungsförderung war. Danach war die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs) allein ausschlaggebend.

Durch eine erneute Anpassung der Richtlinien spielt die JAZ seit Januar 2023 wieder eine wichtige Rolle beim Beantragen der Heizungsförderung. Infolgedessen muss eine Wärmepumpe so ausgelegt sein, dass sie eine errechnete JAZ von mindestens 2,7 erreicht. Ab 2024 muss der Mindestwert bei 3,0 liegen.

Gut zu wissen: Die Wärmepumpe von thermondo erfüllt bereits jetzt die aktuellen und künftigen Fördervoraussetzungen zur JAZ.

Um sie zu errechnen, muss die erzeugte Wärmemenge durch die dafür eingesetzte Strommenge geteilt werden. Je höher die Jahresarbeitszahl, desto geringer fallen die Heizkosten aus.

Coefficient of Performance (COP):

Der COP bezeichnet die Leistungszahl der Wärmepumpe. Er ermöglicht es, verschiedene Geräte miteinander zu vergleichen und zeigt zugleich, wie effizient eine Pumpe unter vergleichbaren Betriebsbedingungen arbeitet. Daher soll der COP vor allem Kunden bei der Kaufentscheidung als Vergleichswert dienen. Er wird unter Laborbedingungen ermittelt und gibt das Verhältnis der durch die Wärmepumpe erzeugten Wärme zu der dazu benötigten Strommenge an. Da er die Effizienz der Wärmepumpe lediglich unter konstanten Testbedingungen misst, stellt er allerdings nur eine Momentaufnahme dar.

Seasonal Coefficient of Performance (SCOP):

Der SCOP basiert auf dem COP, wird jedoch um einige Betriebspunkte erweitert, um so verschiedene klimatische Verhältnisse darzustellen. Somit ist der SCOP etwas genauer, als der COP, da er den COP-Wert der Wärmepumpe in Relation zur Außentemperatur angibt. Die Angabe des COP bzw. SCOP muss vom Wärmepumpen-Hersteller auf einem Datenblatt ausgewiesen werden, sodass der Kunde einen Vergleichswert hat. Weist eine Wärmepumpe einen SCOP von 3,5 bis 5 auf, gilt sie als effizient. Achten Sie dabei jedoch auch immer auf die Außentemperatur, unter welcher der SCOP ermittelt wurde.

Übrigens: Die Luft-Wasser-Wärmepumpe von thermondo weist einen SCOP von 3,5 bis 4,7 auf. Ermittelt wurde dieser bei einer Außentemperatur von - 7°C.

Jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs):

Eine weitere Kennziffer zur Effizienz der Wärmepumpe ist die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs oder ηs-Wert). Diese ist ebenfalls relevant für die staatliche Förderung nach BEG (Bundesförderung für effiziente Gebäude) und beschreibt, wie viel Primärenergie eine Wärmepumpe zur Erzeugung einer Kilowattstunde Heizwärme benötigt.

Zur Ermittlung wird der Primärenergiefaktor durch den SCOP geteilt. In Europa liegt dieser bei 2,5 und wird als feste Größe zur Errechnung genutzt wird. Die ETAs wird in Prozent angegeben und sollte möglichst hoch sein.

Wie bereits erwähnt, werden beide Werte errechnet, indem die erzeugte Wärmeleistung durch die dafür eingesetzte Strommenge geteilt wird. Der COP gilt jedoch nur unter ganz bestimmten (Labor-)Bedingungen, weshalb die Jahresarbeitszahl für die Aussage zur Energieeffizienz als aussagekräftiger angesehen wird. Sie gibt den Mittelwert der tatsächlich erbrachten Leistung an und bezieht auch die klimatischen Bedingungen mit ein. Faktoren wie das genutzte Wärmereservoir spielen bei der Errechnung der JAZ ebenfalls eine Rolle.

Wie wird der COP berechnet?

Die Berechnung des COP wird offiziell in der EN 14511 festgelegt. Die Leistungszahl drückt das Verhältnis von aufgenommener elektrischer Leistung zur erzeugten Wärmeenergie aus. Ein COP von 5 bedeutet demnach, dass die Wärmepumpe fünfmal mehr Wärmeenergie produziert als an Strom erforderlich ist, um diese zu erzeugen. Je höher die Leistungszahl, desto effizienter ist auch die Wärmepumpe unter vergleichbaren Laborbedingungen.

Grundlage für diese Idealbedingungen ist der sogenannte „Carnot-Prozess“. Dabei handelt es sich um den theoretisch größtmöglichen Wirkungsgrad eines Prozesses, in welchem Wärme durch Arbeit erzeugt wird. Dieser Prozess wird mit εc bezeichnet. In der Praxis ist ein solcher idealer Wirkungsgrad jedoch nicht möglich.

Für die Berechnung des COP wird der Temperaturunterschied zwischen einer warmen Seite T und einer kalten Seite T0 in Kelvin angegeben. Nicht berücksichtigt werden mögliche Temperaturabfälle zwischen Verdampfern und Verflüssigern. Somit kann eine Wärmepumpe in der Praxis nie den theoretischen COP-Wert erreichen.

Die Formel zur Berechnung der Leistungszahl lautet:

εc = T / T- T0

In dieser Formel entspricht T der Umgebungstemperatur. Bei einer Wärmepumpe wäre das die Raumtemperatur oder die Wassertemperatur. Dem gegenüber handelt es sich bei T0 um die Umgebungstemperatur, aus welcher Wärme bezogen werden soll. Das kann die Temperatur der Erde, der Luft oder dem Grundwasser sein.

Beispiel:

Außentemperatur T von 0° C (= 273 Kelvin)

Vorlauftemperatur der Heizung T0 von 55 °C(=328 Kelvin)

εc = 273 / 273-328

Da der Carnot-Prozess nur ein idealer Prozess ist, wird für ε gleich 0,5 x εc eingesetzt.

Dadurch ergibt sich in diesem Beispiel eine Leistungszahl von 6 für eine Wärmepumpe.

Wie wird die JAZ berechnet?

Die Jahresarbeitszahl wird in der Regel abzüglich der Wärmeverluste für Speicher oder andere Bauteile errechnet.)Die Formel ohne die Abzüge von Nebenverbräuchen lautet:

JAZ = Q ab in kWh/Q in kWh

Q ab entspricht der erzeugten Wärmeenergie.

Q entspricht der Leistungsaufnahme von elektrischer Energie.

Die Berechnung von Fachbetrieben erfolgt anhand der VDI 4650 Blatt 1.

Wer die Jahresarbeitszahl in der Praxis bestimmen möchte, muss dafür den gesamten Stromverbrauch der Wärmepumpe ermitteln.

Dazu ist es erforderlich, dass die Wärmepumpe über einen eigenen Stromzähler verfügt. Die erzeugte Wärmemenge der Pumpe kann mit einem speziellen Wärmemengenzähler ermittelt werden, der bereits in viele Wärmepumpen integriert ist. Auf der Basis dieser ermittelten Daten lässt sich schließlich die konkrete JAZ bestimmen.

Theoretisch können anhand des COP Voraussagen zur JAZ getroffen werden. Allerdings müssen diese Werte nicht mit den Praxiswerten übereinstimmen. Denn so hat das jeweilige Klima u. a. direkten Einfluss auf die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe. Daraus ergibt sich, dass die Jahresarbeitszahl am besten über mehrere Jahre hinweg ermittelt wird, um eine eindeutige Aussage treffen zu können.

Als Verbraucher haben Sie die Möglichkeit, die JAZ auch online auf der Seite des Bundesverbands Wärmepumpe e. V. zu berechnen. Den entsprechenden JAZ-Rechner finden Sie dort.

Die Jahresarbeitszahl kann Ihnen dabei helfen, den Stromverbrauch Ihrer Wärmepumpe zu berechnen. Hierzu wird die Heizleistung der Pumpe durch die Jahresarbeitszahl multipliziert und mit den Heizstunden pro Jahr dividiert.

Liegt die Nennleistung Ihrer Wärmepumpe bei 10 kW und beträgt die JAZ 5 und Sie wollen 2.000 Stunden pro Jahr heizen, beträgt die Rechnung:

10 kW / 5 * 2.000 = 4.000 kWh

Faustregel:

Auf der Basis dieser Rechnung können Sie ganz schnell ermitteln, ob sich eine Wärmepumpe lohnen kann. Ist die Jahresarbeitszahl höher als der Quotient von Strompreis für den Wärmepumpenstrom und Kilowattstundenpreis eines Energieträgers wie Gas, Öl oder Pellets, lohnt sich die Anschaffung einer Wärmepumpe.

Ein Beispiel:

Kostet die kWh Strom 22 Cent und die kWh Erdgas 7 Cent, ergibt sich folgende gerundete Rechnung:

22/ 7 = 3,14

Tipp: Viele Energieversorger bieten rabattierte Stromtarife für Wärmepumpen an. Damit können Sie die jährlichen Stromkosten zusätzlich senken.

Durch die Einführung der Förderbedingungen nach BEG am 1. Januar 2021 gewinnt die ETAs immer mehr an Bedeutung. Die Kennziffer ist übrigens nicht nur bei der Förderung für Wärmepumpen, sondern auch bei Biomasseheizungen ausschlaggebend. Zur Errechnung wird bei Wärmepumpen nach der Wärmequelle (Luft, Wasser, Erde) und der Antriebsart unterschieden (Gas oder Strom). Zudem wird zwischen den Vorlauftemperaturen 35 und 55 Grad unterschieden:

Gut zu wissen: Auch thermondos Luft-Wasser-Wärmepumpe von LG befindet sich in der Liste der förderberechtigten Modelle!

Damit Deutschland seine Klimaziele erreicht, müssen die CO2-Emissionen im Gebäudesektor bis zum Jahre 2030 halbiert werden. Ein Umstieg von Gas oder Öl auf die klimafreundliche Wärmepumpe wird damit unumgänglich. Damit Ihnen der Umstieg leichter gemacht wird, unterstützen wir von thermondo Sie dabei.

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