Effizienz von Wärmepumpen
Die Effizienz einer Wärmepumpe beschreibt das Verhältnis zwischen der bereitgestellten nutzbaren Heiz- oder Kühlenergie und der für ihren Betrieb benötigten elektrischen Energie. Eine Wärmepumpe nutzt elektrische Energie, um Wärme aus der Luft, dem Erdreich oder dem Wasser aufzunehmen und auf das vom Gebäude benötigte Temperaturniveau anzuheben. Da die Umweltwärme zur abgegebenen Energie beiträgt, kann die bereitgestellte nutzbare Wärmeenergie um ein Mehrfaches höher sein als die verbrauchte elektrische Energie.
Effizienz ist jedoch keine einzelne, dauerhaft gültige Kennzahl. Ein unter Laborbedingungen ermittelter Wert für einen bestimmten Betriebspunkt, eine standardisierte saisonale Bewertung und die nach der Installation gemessene Leistung beantworten jeweils unterschiedliche Fragen. Welche Kennzahl geeignet ist, hängt davon ab, ob Sie Produkte vergleichen, eine Anlage planen, den Energieverbrauch abschätzen oder eine bestehende Installation überprüfen möchten.
Welche Kennzahl für die Wärmepumpeneffizienz sollten Sie verwenden?
Der erste Schritt besteht darin, eine Leistungskennzahl auszuwählen, die zu der Frage passt, die Sie beantworten möchten.
COP und EER beschreiben einzelne Nennbetriebspunkte. SCOP und SEER erweitern die Bewertung auf standardisierte saisonale Bedingungen. Der SPF wird verwendet, um die Leistung eines installierten Systems über einen festgelegten Zeitraum zu bewerten, sofern der Messumfang und die Systemgrenze eindeutig angegeben sind.
Keine Kennzahl ist grundsätzlich die „beste“. COP und EER eignen sich für direkte technische Vergleiche unter identischen Bedingungen. SCOP und SEER bieten einen umfassenderen saisonalen Überblick, während der SPF dabei hilft, die tatsächliche Leistung im realen Betrieb zu überprüfen.
Prüfbedingungen, europäische Normen und Energiekennzeichnung
Eine Effizienzkennzahl ist nur dann aussagekräftig, wenn die zugehörigen Prüfbedingungen und die verwendete Berechnungsmethode bekannt sind. Quellentemperatur, Heizwasser- oder Kühltemperatur, Lastniveau, Hilfsstromverbrauch und die gewählte Anwendung können das angegebene Ergebnis beeinflussen.
Beim Vergleich von Wärmepumpen sollten daher ausschließlich Werte gegenübergestellt werden, die sich auf gleichwertige Bedingungen und Systemgrenzen beziehen.
EN 14511 und EN 14825 erfüllen unterschiedliche, aber miteinander verbundene Funktionen. EN 14511 legt Prüf- und Bewertungsverfahren für einzelne Betriebspunkte fest, während EN 14825 Teillastprüfungen und die Berechnung der saisonalen Leistung behandelt. Bei der europäischen Energiekennzeichnung von Raumheizgeräten wird die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz verwendet, um Produkte unter standardisierten regulatorischen Bedingungen einzustufen.
Diese standardisierten Ergebnisse schaffen eine einheitliche Grundlage für den Produktvergleich. Sie garantieren jedoch nicht, dass in jedem Gebäude derselbe Stromverbrauch erreicht wird, da die Installation und ihre Betriebsbedingungen immer vom jeweiligen Standort und Gebäude abhängen.
Betriebsbedingungen, die die Effizienz beeinflussen
Die Leistung einer Wärmepumpe verändert sich mit den Temperaturen und Lasten innerhalb des Systems. Einer der wichtigsten physikalischen Einflussfaktoren ist der Temperaturunterschied, den die Wärmepumpe zwischen ihrer Wärmequelle und dem Heiz- oder Kühlsystem überwinden muss.
Die folgenden Themen erläutern die wichtigsten betrieblichen Einflussfaktoren:
Diese Faktoren wirken zusammen. Kalte Außentemperaturen in Verbindung mit einer hohen erforderlichen Vorlauftemperatur führen beispielsweise zu anspruchsvolleren Betriebsbedingungen als jede dieser Bedingungen für sich allein. Saisonale Kennzahlen berücksichtigen wechselnde Bedingungen auf standardisierte Weise. Messwerte zeigen dagegen, wie die konkrete Installation unter diesen Bedingungen tatsächlich gearbeitet hat.
Das Gebäude und das Wärmeverteilsystem
Die Wärmepumpe ist nur eine Komponente des Heizsystems. Das Gebäude bestimmt, wie viel Wärme benötigt wird. Die Wärmeabgabesysteme beeinflussen wiederum, welche Wassertemperatur erforderlich ist, um diese Wärme an die Räume abzugeben.
Wärmebedarf und Effizienz dürfen nicht gleichgesetzt werden. Der Wärmebedarf beschreibt, wie viel thermische Energie ein Gebäude benötigt. Die Effizienz gibt dagegen an, wie viel elektrische Energie erforderlich ist, um diese Wärme bereitzustellen. Eine hocheffiziente Wärmepumpe in einem großen Gebäude oder einem Gebäude mit hohem Wärmebedarf kann daher mehr Strom verbrauchen als eine Anlage mit geringerer Leistung, die ein kleines Gebäude mit niedrigem Wärmebedarf versorgt.
Insbesondere bei Sanierungsprojekten ist es wichtig, das Gebäude, die Wärmeabgabesysteme und die Wärmepumpe gemeinsam zu bewerten. Vorhandene Heizkörper verhindern nicht automatisch einen effizienten Wärmepumpenbetrieb. Ihre Heizleistung bei der vorgesehenen Wassertemperatur muss jedoch mit der jeweiligen Raumheizlast abgeglichen werden.
Systemintegration und Regelung
Veröffentlichte Produktkennwerte können nicht jede Hydraulikkomponente, Regelungsentscheidung oder elektrische Hilfslast eines installierten Heizsystems abbilden. Die Art und Weise, wie die Geräte in das Gesamtsystem integriert werden, beeinflusst daher, wie nah die tatsächliche Leistung an das erwartete saisonale Ergebnis herankommt.
Es gibt weder eine hydraulische Anordnung noch eine Regelungseinstellung, die für jedes Gebäude optimal ist. Das Ziel besteht darin, den erforderlichen Komfort sicherzustellen und gleichzeitig unnötig hohe Temperaturen, instabile Durchflussverhältnisse, übermäßiges Takten und einen vermeidbaren Hilfsstromverbrauch zu verhindern.
Von der Effizienz zum Stromverbrauch und zu den Betriebskosten
Effizienz ist ein Verhältniswert, während der Stromverbrauch eine Energiemenge darstellt. Der Gesamtverbrauch hängt sowohl vom Heiz- oder Kühlbedarf des Gebäudes als auch von der Effizienz ab, die bei der Deckung dieses Bedarfs erreicht wird.
Bei den Betriebskosten kommt eine weitere Variable hinzu: der Preis der elektrischen Energie. Zwei Systeme mit demselben saisonalen Stromverbrauch können daher unterschiedliche Kosten verursachen, wenn sich die Stromtarife oder Betriebszeiten unterscheiden.
Produktkennwerte können eine erste Verbrauchsschätzung unterstützen. Der tatsächliche Verbrauch wird jedoch auch vom Klima, den Komfortanforderungen, der Warmwasserbereitung, den Systemeinstellungen und dem Nutzerverhalten beeinflusst. Mithilfe eines Monitorings lässt sich zwischen normalen saisonalen Schwankungen und Problemen unterscheiden, die eine Nachjustierung oder eine technische Überprüfung erfordern.
So lässt sich die Effizienz einer Wärmepumpe bewerten
Eine zuverlässige Bewertung sollte einer klaren Abfolge folgen.
1. Erforderliche Funktion festlegen
Bestimmen Sie, ob Sie die Raumheizung, die aktive Kühlung oder das gesamte installierte System bewerten möchten. Daraus ergibt sich, ob eine Betriebspunktkennzahl, eine saisonale Kennzahl oder ein gemessener Leistungswert geeignet ist.
2. Prüfbedingungen kontrollieren
Vergleichen Sie keine isolierten Kennzahlen. Stellen Sie sicher, dass die Produkte für dieselbe Anwendung und unter gleichwertigen Bedingungen hinsichtlich Wärmequelle, Abgabetemperatur und Last bewertet wurden.
3. Saisonale Leistung berücksichtigen
Nutzen Sie SCOP oder SEER, um die standardisierte saisonale Produktleistung zu beurteilen, anstatt sich ausschließlich auf den günstigsten COP- oder EER-Wert in einem Datenblatt zu stützen.
4. Abstimmung zwischen Gebäude und System bewerten
Prüfen Sie die Heizlast des Gebäudes, die vorgesehenen Vorlauftemperaturen, die Leistung der Wärmeabgabesysteme, die Wärmepumpenleistung, das Hydraulikkonzept und die Regelstrategie. Ein sehr guter Produktkennwert kann ein schlecht auf das Gebäude abgestimmtes System nicht ausgleichen.
5. Mess- und Systemgrenze festlegen
Bei der Bewertung eines installierten Systems muss festgelegt werden, welche Wärmeabgaben und elektrischen Verbraucher berücksichtigt werden. Leistungswerte sind nur dann miteinander vergleichbar, wenn ihnen gleichwertige Systemgrenzen zugrunde liegen.
6. Betrieb über einen repräsentativen Zeitraum überwachen
Nutzen Sie Wärme-, Strom- und Betriebsdaten, um zu überprüfen, ob das System wie geplant arbeitet, und um Ursachen eines vermeidbaren Energieverbrauchs zu identifizieren.
Woran erkennt man einen effizienten Wärmepumpenbetrieb?
In der Praxis entsteht eine hohe Effizienz durch die richtige Abstimmung aller Komponenten und nicht durch eine einzelne hervorgehobene Kennzahl.
Eine effiziente Anlage ist auf den tatsächlichen Wärmebedarf des Gebäudes ausgelegt, stellt den erforderlichen Komfort bei geeigneten Betriebstemperaturen bereit, arbeitet im Teillastbereich gleichmäßig, verteilt die Wärme korrekt und verwendet eine Regelung, die auf den tatsächlichen Bedarf reagiert. Ihre Leistung kann außerdem anhand einer klar definierten und einheitlichen Systemgrenze gemessen werden.
Der Produktkennwert bleibt wichtig. Das endgültige Ergebnis entsteht jedoch erst durch das Zusammenspiel der Wärmepumpe, des Gebäudes und des gesamten Heizsystems.
Effizienz als Bestandteil des Gesamtsystems planen
Eine hohe saisonale Effizienz beginnt mit der richtigen Kombination aus Wärmequelle, Wärmepumpe, Wärmeverteilung, hydraulischer Auslegung und Regelstrategie.
Planen Sie für Ihren Neubau oder Ihre Sanierung eine iDM-Wärmepumpenlösung und schaffen Sie ein System, das auf Ihre Immobilie, Ihre Komfortanforderungen und Ihre Energieziele abgestimmt ist.
