Einfluss der Abtauung auf die Effizienz von Wärmepumpen

Der Abtaueffekt beschreibt, wie die Frostbildung und die anschließenden Abtauzyklen die Effizienz einer Luft-Wasser-Wärmepumpe beeinflussen. Wenn die Außentemperaturen niedrig sind und Luftfeuchtigkeit vorhanden ist, kann sich am Außenwärmetauscher Frost bilden. Dies reduziert den Wärmeübergang und macht regelmäßige Abtauzyklen erforderlich. Während dieser Zyklen verbraucht die Wärmepumpe vorübergehend Energie, ohne nutzbare Wärme an das Gebäude abzugeben. Das Verständnis des Abtaueffekts hilft zu erklären, warum die Effizienz unter bestimmten winterlichen Bedingungen sinkt.

Warum bildet sich Frost an Luft-Wärmepumpen?

Luft-Wärmepumpen entziehen der Außenluft Wärme. Wenn:

• Die Außentemperatur nahe oder unter 0°C liegt.

• Die Luftfeuchtigkeit moderat bis hoch ist.

Die Feuchtigkeit in der Luft kann dann an der Oberfläche des Außenregisters gefrieren. Reifbildung bewirkt:

• Einen verringerten Luftstrom.

• Einen schlechteren Wärmeübergang.

• Eine höhere Belastung für den Kompressor.

• Einen niedrigeren COP (Leistungszahl).

Um die Leistung aufrechtzuerhalten, muss das System diesen Frost regelmäßig entfernen.

Was ist ein Abtauzyklus?

Ein Abtauzyklus ist ein automatischer Vorgang, der Eis vom Außenwärmetauscher entfernt. Die meisten Luft-Wärmepumpen nutzen dafür die Kreislaufumkehr:

1. Der Kältekreislauf wird vorübergehend umgekehrt.

2. Wärme wird zum Außenregister geleitet.

3. Der Frost schmilzt.

4. Der normale Heizbetrieb wird fortgesetzt.

Während der Abtauung:

• Kann die Wärmeabgabe an das Gebäude pausieren oder sinken.

• Läuft der Stromverbrauch weiter.

• Tritt ein vorübergehender Effizienzverlust ein.

Wie die Abtauung die Effizienz beeinflusst

Abtauzyklen verringern die Effizienz, weil:

• Energie verbraucht wird, ohne Wärme nach innen zu liefern.

• Kompressor und Ventilatoren weiterlaufen.

• Vorübergehend Wärme aus dem Heizsystem entzogen werden kann.

Der gesamte saisonale Effekt hängt ab von:

• Außentemperatur und Luftfeuchtigkeit.

• Design des Registers und der Regelungsstrategie.

• Häufigkeit und Dauer der Abtauzyklen.

Der Abtaueffekt ist bei Temperaturen knapp über und unter dem Gefrierpunkt am stärksten spürbar.

Abtauung in standardisierten Tests

Saisonale Effizienzberechnungen nach EN 14825 berücksichtigen den Abtaubetrieb innerhalb der definierten Klimazone. Die für diese Berechnungen verwendeten Leistungsdaten werden nach EN 14511 gemessen. Dies stellt sicher, dass standardisierte saisonale Effizienzwerte wie der SCOP die typischen abtaubedingten Verluste widerspiegeln.

Luft-Wärmepumpen vs. Erdwärmepumpen

Luft-Wärmepumpen:

• Sind der Außenluft ausgesetzt.

• Neigen zur Frostbildung.

• Benötigen regelmäßige Abtauzyklen.

Erdwärmepumpen:

• Nutzen unterirdische Wärmequellen.

• Arbeiten bei stabilen Temperaturen.

• Sind in der Regel nicht von Frost betroffen.

Da die Erdbodentemperaturen meist über dem Gefrierpunkt bleiben, ist der Abtaueffekt primär ein Thema für Luftsysteme.

Wann ist der Abtaueffekt am stärksten?

Der Effekt ist am größten, wenn:

• Die Außentemperaturen zwischen ca. –5°C und +5°C liegen.

• Die Luftfeuchtigkeit hoch ist.

• Die Wärmepumpe bei niedrigen Temperaturen kontinuierlich läuft.

Bei sehr niedrigen Temperaturen und trockener Luft kann die Frostbildung sogar geringer ausfallen.

Reduziert die Abtauung die saisonale Effizienz erheblich?

Abtauzyklen verringern zwar die Momentaneffizienz während des Betriebs, moderne Systeme sind jedoch darauf ausgelegt, Dauer und Häufigkeit zu minimieren. Saisonale Kennzahlen wie der SCOP enthalten bereits die typischen Auswirkungen der Abtauung unter standardisierten europäischen Klimaprofilen.

Der reale Einfluss hängt ab von:

• Regionalem Klima und Installationsqualität.

• Optimierung der Steuerung.

• Platzierung der Außeneinheit.