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Was bedeutet der COP einer Wärmepumpe?

Der COP (Coefficient of Performance, Leistungszahl, Leistungskoeffizient) ist für Hausbesitzer, Bauherren und Sanierer, die ein möglichst effizientes Heizsystem möchten, oft der erste Hinweis auf die Leistung/Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe:

• Ein COP von 1 würde bedeuten, dass die Wärmepumpe genauso viel Energie abgibt, wie ihr zugeführt wird, was bei Wärmepumpen höchst ineffizient ist.
• Ein COP größer als 1 zeigt an, dass mehr Heiz- oder Kühlleistung erzeugt als Energie zugeführt wird.

Wie der Wirkungsgrad gibt auch der COP die Effizienz der Wärmepumpe bei der Umwandlung von Energie an. Er wird daher mit der gleichen Formel berechnet:
COP = abgegebene Heiz- oder Kühlleistung / zugeführte Energie

Beispielrechnung:
Eine Wärmepumpe, die 8 kWh Leistung hat und dafür 2 kWh Strom braucht, hat einen COP von 4 (8 / 2).

Für Heizzwecke wird der COP oft als „COPheating“ und für Kühlzwecke als „COPcooling“ bezeichnet. In beiden Fällen bedeutet ein höherer COP eine höhere Effizienz. Daneben gibt es den SCOP (Seasonal Coefficient of Performance), der die Effizienz für verschiedene Jahreszeiten ausdrücken soll.

Hinweis: Die Buchstaben in den COP-Angaben der Hersteller stehen für Quellmedium und Heizmedium. A = Air (Luft), B = Brine (Sole), W = Water (Wasser). Steht das W vorn, ist Grundwasser gemeint, ein W weiter hinten steht für Heizwasser. Beispiel: Die Herstellerangabe „B0/W55 = 3,5“ bedeutet, dass diese Erdwärmepumpe bei einer Quelltemperatur von 0 °C (gemessen zu Beginn des Kältemittelkreislaufs) und einer Vorlauftemperatur von 55 °C einen COP von 3,5 hat.

Warum Sie dem COP nicht blind vertrauen sollten

Der COP ist eine gängige Kennzahl zum Messen der Effizienz von Wärmepumpen im Betrieb. Weil die von den Herstellern angegebenen Werte jedoch unter Labor- bzw. Standardbedingungen ermittelt werden, sind in der Realität erhebliche Abweichungen möglich. Die tatsächliche Leistungszahl hängt von einer Vielzahl wichtiger Faktoren ab, etwa von der Temperatur der Wärmequelle, von der die Wärmepumpe ihre Umweltenergie bezieht.

So kann eine Luft-Wasser-Wärmepumpe unter optimalen Bedingungen (bei einer Außentemperatur von 12 °C) einen COP von 4,5 erreichen. Fällt jedoch die Außentemperatur auf –10 °C, beträgt der COP nur noch 3,0. Wird dazu noch die Vorlauftemperatur im Heizsystem angehoben, nimmt der COP weiter ab, sodass er z. B. nur noch bei 2,5 oder weniger liegt.

Die Auswirkungen dieser Veränderungen auf die Effizienz und den Stromverbrauch sind signifikant. Bei einem COP von 4,5 und einem Wärmebedarf von 20 kWh benötigt die Wärmepumpe knapp 4,5 kWh Strom. Wenn der COP auf 2,5 fällt, werden bereits 8 kWh Strom gebraucht, um dieselbe Menge Wärmeenergie zu erzeugen.

Sehen Sie den COP daher als nützlichen Indikator, aber berücksichtigen Sie, dass die Effizienz stark von den Betriebsbedingungen abhängig ist. Die Quelltemperatur kann gerade bei Luft-Wärmepumpen erheblich variieren; Erd- und Grundwasserwärmepumpen arbeiten dagegen mit konstanteren (und im Winter meist deutlich höheren) Quelltemperaturen.

Was sagt die Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Wärmepumpe aus?

Während COP und SCOP im Labor gemessen werden, drückt die JAZ (Jahresarbeitszahl) die Leistung einer Wärmepumpe im tatsächlichen Betrieb aus. Sie wird über ein Jahr hinweg unter realen Bedingungen ermittelt und hängt unter anderem von der Art der Wärmepumpe, dem spezifischen Modell und der Einbausituation ab. Im Durchschnitt liegt die JAZ zwischen 2,5 und 5.

Je höher die JAZ, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe, weil weniger Strom benötigt wird, um Wärme zu erzeugen. Die Hauptakteure, die die JAZ beeinflussen, sind Quelltemperatur und Vorlauftemperatur. Je größer die Temperaturdifferenz dazwischen ist, desto mehr elektrische Energie wird benötigt, um das geforderte Wärmeniveau zu erzeugen.

Es ist immer empfehlenswert, vor dem Kauf einer Wärmepumpe eine gründliche Analyse von einem Heizungsfachbetrieb vor Ort durchführen zu lassen. So können Sie feststellen, ob eine Wärmepumpe zur Beheizung Ihres Hauses geeignet ist bzw. welche Variante am besten zu Ihren Wünschen und Anforderungen passt. Nur wenn alle Voraussetzungen für die Installation und den effizienten Betrieb erfüllt sind, wird die Wärmepumpe einen so hohen Wirkungsgrad erreichen, dass sie auch bei steigenden Energiepreisen wirtschaftlich arbeiten kann.

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Wie wirken sich Quelltemperatur und Vorlauftemperatur auf den Wirkungsgrad aus?

Je niedriger die Temperaturdifferenz, die die WP überwinden muss, desto effizienter arbeitet sie. Es gilt die Faustregel:
Sinkt die Quelltemperatur um 1 °C, reduziert das den Wirkungsgrad der WP um 2–4 %.

Luft-Wärmepumpen erreichen meist Wirkungsgrade zwischen 2 und 3,5, weil sie am stärksten von Temperaturschwankungen (der Außenluft) betroffen sind. Auch Kollektoren, die knapp unter der Erdoberfläche verlegt sind, unterliegen Temperaturschwankungen, jedoch in weit geringerem Maße; u. a. sinkt die Quelltemperatur nie in Minusbereiche.

Tief in die Erde dringende Sonden, die 50 Meter Tiefe oder mehr erreichen, bieten das ganze Jahr über Quelltemperaturen von rund 10 °C. Dies führt zu einem höheren Wirkungsgrad von durchschnittlich 3–4,5. Grundwasser-WP können ganzjährig mit einer komfortablen Quelltemperatur von 12 °C arbeiten und erzielen daher mit bis zu 5 oder höher die besten Wirkungsgrade.

Bei der Vorlauftemperatur, auf die das Heizwasser erwärmt werden muss, gilt diese Faustregel:
Eine Senkung der Vorlauftemperatur um 5 °C erhöht den Wirkungsgrad der Wärmepumpe um 5 %.

Die Höhe der benötigten Vorlauftemperatur hängt vom Dämmzustand des Gebäudes, den Heizkörpern und der Heizungsnutzung ab. Daher ist z. B. nicht zu erwarten, dass eine WP in einem unsanierten oder schlecht gedämmten Altbau, dessen Heizkörper Vorlauftemperaturen von bis zu 90 °C benötigen, stromsparend arbeitet. Dagegen kommen Fußboden- und andere Flächenheizungen in gut gedämmten Neubauten oder energetisch sanierten Bestandsgebäuden oft mit Vorlauftemperaturen zwischen 30 und 45 °C aus.

Hinweis: Der Temperaturhub (Differenz zwischen Quell- und Vorlauftemperatur) wird in Kelvin (K) angegeben. Soll eine WP 12 °C Grundwasserwärme auf 35 °C Vorlauftemperatur erhöhen, muss sie 23 K Temperaturhub überwinden. Wird dagegen –10 °C kalte Luft als Quelle genutzt und eine Vorlauftemperatur von 55 °C angefordert, beträgt der Temperaturhub 65 K.

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Bedeutung von Wirkungsgrad, COP, JAZ und anderen Kennzahlen Jede Heizung braucht Energie (z. B. aus Umweltwärme, Strom oder Gas), um sie… weiterlesen

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