COP der Wärmepumpe: Das sagt er über die Effizienz

COP der Wärmepumpe & der Unterschied zum SCOP

Der COP (Coefficient of Performance) ist die Leistungszahl einer Wärmepumpe und dient als erster Vergleichswert für die Effizienz. Er zeigt das Verhältnis zwischen der erzeugten Wärmeleistung und der eingesetzten elektrischen Energie. Ein COP von 5 bedeutet, dass die Wärmepumpe im Testbetrieb fünfmal mehr Wärmeenergie erzeugt, als sie an Strom verbraucht. Dieser Wert wird in Laboren unter einheitlichen Bedingungen gemäß der EN 14511 gemessen und gibt an, wie effizient eine Wärmepumpe unter konstanten Testbedingungen arbeitet.

Da der COP einer Wärmepumpe jedoch ausschließlich bei festgelegten Temperaturen und Bedingungen gemessen wird, bildet er nur eine Momentaufnahme und lässt reale Schwankungen außer Acht.

Der SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) erweitert den COP um mehrere Betriebspunkte, die unterschiedliche klimatische Bedingungen berücksichtigen. Im Gegensatz zum COP, der nur eine Momentaufnahme liefert, bezieht der SCOP die saisonalen Außentemperaturen in verschiedenen Klimazonen (kalt, mittel, warm) mit ein und bietet somit eine realistischere Einschätzung der Effizienz über eine gesamte Heizperiode.

Eine Anlage gilt als effizient, wenn sie einen SCOP von etwa 3,5 bis 5 erreicht. Diese Werte können den Käufern einer Wärmepumpe einen realistischeren Anhaltspunkt für die saisonale Effizienz geben, basierend auf einer umfassenden Gewichtung nach der EU-Norm EN 14825.

COP Wärmepumpe - weitere Kennziffern: Jahresarbeitszahl & ETAs

Eine weitere wichtige Effizienzkennziffer der Wärmepumpe ist die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs), oft auch als ηs-Wert bezeichnet. Diese Kennzahl zeigt, wie viel Primärenergie eine Wärmepumpe pro Kilowattstunde (kWh) Heizwärme benötigt. Die ETAs ist zudem ein maßgeblicher Faktor für die Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG). Für die Berechnung der ETAs wird der Primärenergiefaktor (PEF) des jeweiligen Landes durch den SCOP geteilt. In Europa beträgt dieser Faktor 2,5, und das Ergebnis wird in Prozent angegeben – ein hoher ETAs-Wert steht für eine energieeffiziente Wärmepumpe.

Wichtig: Für die staatliche Förderung gelten je nach Wärmequelle und Vorlauftemperatur Mindestwerte für die ETAs.

Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist eine praxisbezogene Effizienzkennzahl und beschreibt die tatsächliche Effizienz einer Wärmepumpe über ein Jahr hinweg. Die JAZ wird nach den Installationsbedingungen berechnet und gibt den Mittelwert der Effizienz unter realen Bedingungen an. Dies macht sie zu einem wesentlichen Wert für die staatliche Förderung. Da der Förderantrag vor der Installation der Wärmepumpe gestellt werden muss, wird dazu eine rechnerische Jahresarbeitszahl ermittelt. Diese wird von einem Fachbetrieb nach VDI-Norm festgestellt. Der Einfachheit halber wird das individuelle Nutzerverhalten dabei nicht berücksichtigt. Daher kann es im laufenden Betrieb zu Abweichungen zwischen der vorab rechnerisch ermittelten Jahresarbeitszahl und der „Praxis-JAZ“ kommen. Dies wirkt sich jedoch nicht auf die Förderung aus.

Eine Jahresarbeitszahl von über 3 gilt allgemein als effizient. Die Berechnung der JAZ erfolgt nach VDI-Norm und bezieht sich auf reale Betriebswerte, weshalb sie praxisnäher ist als der COP oder SCOP.

Wichtig: Für die Förderung gem. BEG muss die JAZ mindestens 3,0 betragen.

Mehr zur Jahresarbeitszahl und wie man sie berechnet:

COP einer Wärmepumpe – das gleiche wie die Jahresarbeitszahl?

Der COP wird unter idealen Laborbedingungen ermittelt und stellt nur eine Momentaufnahme dar, während die JAZ die Effizienz im realen Betrieb über eine ganze Heizperiode angibt. Beide Werte basieren auf dem Verhältnis von erzeugter Wärmeleistung zu eingesetzter elektrischer Energie, aber die JAZ spiegelt die tatsächlichen Bedingungen wider und berücksichtigt Klimaverhältnisse und Wärmequellenunterschiede.

COP Wärmepumpe: Formel & Berechnung

Je höher der COP einer Wärmepumpe, desto effizienter ist auch die Anlage unter vergleichbaren Laborbedingungen. Grundlage für die Ermittlung des COP ist der sogenannte „Carnot-Prozess“. Dabei handelt es sich um den theoretisch größtmöglichen Wirkungsgrad eines Prozesses, in welchem Wärme durch Arbeit erzeugt wird. Wenn der COP-Wert einer Wärmepumpe bspw. bei 5 liegt, bedeutet das, dass die Wärmepumpe fünfmal mehr Wärmeenergie produziert als an Strom erforderlich ist, um diese zu erzeugen.

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 des COP 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.

Zusätzliche Parameter zur Berechnung des SCOP

Um den SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) zu berechnen, wird die Grundformel des COP erweitert. Dabei wird die Wärmepumpe unter verschiedenen Betriebsbedingungen getestet sowie die saisonalen und klimatischen Schwankungen berücksichtigt.

In Europa wird oft mit drei Klimazonen gearbeitet:

• Kalt: Entspricht nördlichen Klimazonen mit langen Heizphasen und niedrigen Temperaturen.
• Mittel: Repräsentiert gemäßigte Klimazonen, zum Beispiel in Zentraleuropa.
• Warm: Für südliche Regionen, in denen die Heizperiode kürzer und milder ist.

Schritte zur Ermittlung des SCOP:

1. Messung der Heizlast bei unterschiedlichen Außentemperaturen: Die Wärmepumpe wird bei verschiedenen Außentemperaturen betrieben, die repräsentativ für eine Heizperiode sind. Die Temperaturen werden je nach typischer Klimazone (zum Beispiel gemäßigt oder kalt) gewählt.
2. Messung der elektrischen Energieaufnahme: Für jede getestete Außentemperatur wird die elektrische Energie gemessen, die die Wärmepumpe benötigt.
3. Berechnung der abgegebenen Wärmeenergie: Die erzeugte Wärmeleistung der Wärmepumpe wird ebenfalls für die jeweiligen Betriebszustände gemessen.
4. Gewichtung nach klimatischen Bedingungen: Die gemessenen COP-Werte werden gewichtet, um die Verteilung der Temperaturen in einer spezifischen Klimazone zu reflektieren. Häufige Außentemperaturen im gemäßigten Klima beeinflussen das Ergebnis stärker, da sie für längere Zeiträume relevant sind.

Im Ergebnis zeigt der SCOP einer Wärmepumpe den Durchschnittswert, der deren Effizienz über die gesamte Heizperiode angibt.

ETAs: Wie hoch muss der Wert für die Wärmepumpen-Förderung liegen?

Die ETAs-Kennzahl gewinnt zunehmend an Bedeutung, da sie einen Effizienzwert für die Förderfähigkeit einer Wärmepumpe angibt. Die für Förderungen maßgeblichen Mindestwerte hängen von der Wärmequelle (Luft, Wasser, Erde) und den jeweiligen Vorlauftemperaturen ab.

Zur Ermittlung wird der Primärenergiefaktor (2,5) durch den SCOP geteilt. Die ETAs wird in Prozent angegeben und sollte möglichst hoch sein. Zudem wird zwischen den Vorlauftemperaturen 35 und 55 Grad unterschieden. Mit der Anpassung der Förderung zum 1. Januar 2024 wurden auch die für die Förderung notwendigen Werte der ETAs angepasst:

COP Wärmepumpe: Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kennzahlen COP, SCOP, ETAs und JAZ entscheidende Informationen über die Effizienz von Wärmepumpen liefern.

Der COP ermöglicht den Vergleich unter idealen Bedingungen, während der SCOP saisonale und klimatische Schwankungen berücksichtigt. Die ETAs sind besonders wichtig für staatliche Förderungen, und die JAZ bietet einen praxisnahen Einblick in die tatsächliche Energieeffizienz über das Jahr. Durch das Verständnis dieser Kennzahlen können Sie fundierte Entscheidungen treffen und die richtige Wärmepumpe für Ihre Bedürfnisse auswählen, die sowohl wirtschaftlich als auch umweltfreundlich ist.

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