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April 2019

Welche Bedeutung haben Jahresarbeitszahl und COP?

In Datenblättern von Wärmepumpen werden häufig der COP-Wert und eine Jahresarbeitszahl angegeben. Was ist eigentlich der Unterschied zwischen beiden Angaben?


Sowohl der COP als auch die Jahresarbeitszahl (JAZ) geben eine Aussage dazu, wie effizient eine Wärmepumpe arbeitet.

Die Leistungszahl bzw. der COP ist das Verhältnis von Nutzen (z.B. Kälteleistung) zu Aufwand (z.B. elektrische Leistungsaufnahme). COP ist die Abkürzung des englischen Begriffs „coefficient of performance“.

Hierzu ein praktisches Beispiel: Eine Wärmepumpe nimmt unter definierten und reproduzierbaren Bedingungen 15 Kilowatt (kW) Leistung in Form von elektrischem Strom auf. Dabei wird eine Wärmeleistung von 45 kW erzeugt. Das Verhältnis von abgegebener zu zugeführter Leistung errechnet sich zu
COP = 45 kW/15 kW = 3

Es handelt sich beim COP um eine dimensionslose Zahl.

Der COP-Wert wird beispielsweise als Bewertungskriterium zur Beurteilung der Förderfähigkeit von Wärmepumpen nach den „Richtlinien zur Förderung von Maßnahmen zur Nutzung erneuerbarer Energien im Wärmemarkt“ von der BAFA verwendet.

Tabelle: COP-Werte von elektrisch betriebenen Wärmepumpen als Mindestforderung für die BAFA-Förderung (Werte in Bezug auf Prüfnorm EN 14511):

Wärmepumpentyp

geforderter COP

Betriebspunkt

Luft/Wasser-Wärmepumpen:

3,10

A2/W35

Sole/Wasser-Wärmepumpen:

4,30

B0/W35

Wasser/Wasser-Wärmepumpen:

5,10

W10/W35

 

Ein COP-Wert gilt natürlich nur für bestimmte Betriebsbedingungen. Dies wird durch den Zusatz hinter dem COP-Wert (Betriebspunkt) ausgedrückt. Dabei steht die erste Zahl für die Temperatur der Wärmequelle und die zweite für die Heizungswasservorlauf­temperatur. Die Medien werden mit ‚A‘ für Luft (englisch „air“), ‚B‘ für Sole (englisch „brine“) und ‚W‘ für Wasser abgekürzt. Der Betriebspunkt A2/W35 bedeutet also, dass der Wärmepumpe eine Lufttemperatur im Eintritt von 2 °C als Wärmequelle zur Verfügung steht und die Heizungswasservorlauftemperatur auf 35 °C festgelegt ist.

In der Praxis werden die genormten Betriebspunkte natürlich nur gelegentlich und zufällig erreicht. Die realen Bedingungen sind wetterabhängig und ändern sich ständig.

Daher eignet sich der COP-Wert nur für den Vergleich von verschiedenen Wärmepumpen unter gleichen Bedingungen. Er hat nichts mit den Gegebenheiten in der Praxis zu tun.

Die Jahresarbeitszahl ist der Maßstab für die tatsächliche Effizienz einer Wärmepumpenanlage im Verlauf einer Heizperiode. Sie macht eine Aussage dazu, wie viel Heizungswärme im Verhältnis zum Stromverbrauch von der Wärmepumpe im Laufe eines ganzen Jahres erzeugt wurde. Mit den verbrauchten Kilowattstunden stehen damit auch die Betriebskosten fest. Und es lassen sich Rückschlüsse auf die durch die Stromerzeugung entstehenden Emissionen ziehen. Deshalb dient die Jahresarbeitszahl ebenfalls als Kriterium für die Förderungen von Wärmepumpen. Im Englischen wird für die JAZ die Bezeichnung SCOP „seasonal coefficient of performance“ verwendet, was die Berücksichtigung eines saisonalen Verlaufes von Einzel-COPs deutlich macht.

Folgendes Beispiel soll die Aussage verdeutlichen: Für eine Wärmepumpe wird auf dem zugehörigen Stromzähler ein Verbrauch von 5.000 kWh innerhalb eines Jahres abgelesen. Der Wärmemengenzähler dieser Wärmepumpe weist 17.500 kWh aus. Das Verhältnis von abgegebener zu zugeführter Energie errechnet sich daher zu

JAZ = 17.500 kWh/5.000 kWh = 3,5.

Die Jahresarbeitszahl beträgt in diesem Beispiel 3,5. Auch hier handelt es sich um eine dimensionslose Zahl.

Die Jahresarbeitszahl bildet die realen Bedingungen ab, wenn im Jahresverlauf die erzeugte Wärmemenge und der Stromverbrauch gemessen werden.

Eine andere Methode zur Bestimmung der JAZ ist die Berechnung, z.B. gemäß VDI 4650. Da bei der rechnerischen Ermittlung der JAZ sowohl klimatische Einflüsse als auch das Nutzungsverhalten berücksichtigt werden, kommt diese den tatsächlichen Bedingungen näher als die einzelnen COP-Werte.

Auch für die Jahresarbeitszahl gibt es eine Mindestanforderung, um eine durch das BAFA förderfähige Anlage zu erhalten. Da bei der Antragsstellung keine gemessenen Werte vorliegen, wird hierfür eine nach VDI 4650 errechnete JAZ gefordert, wobei genormte Klimabedingungen eingesetzt werden.

Auch bei der Jahresarbeitszahl handelt es sich nicht um eine einklagbare Größe für den Kunden. Im praktischen Betrieb gibt es zu viele Bedingungen, die nicht vollständig im Vorfeld in die Berechnung einfließen können. So spielen die tatsächlichen Außentemperaturen, das individuelle Nutzerverhalten und die Gebäudebeschaffenheit eine große Rolle für die tatsächliche Effizienz der Wärmepumpe.