Arbeitszahl - Jahresarbeitszahl
Die Arbeitszahl βa (Jahresarbeitszahl) beschreibt die Effizienz von Elektrowärmepumpen über einen längeren Zeitraum (ein Jahr). Dabei wird die abgegebene Nutzarbeit zur aufgewendeten Antriebsarbeit (auch die Pumpen auf der Wärmequellenseite) ins Verhältnis gesetzt.
Im Gegensatz zur Leistungszahl, die unter vorgegebenen Betriebsbedingungen (Temperaturen) ermittelt wird, stellen sich diese Größen bei der Arbeitszahl durch den praktischen Betrieb im System ein. Dadurch ist die JAZ eine aussagekräftigere Beschreibung der Effizienz der oberflächennahen Erdwärmenutzung durch Elektrokompressorwärmepumpen.
Bei Grundwasserwärmepumpen liegen die Jahresarbeitszahlen bei β 4,0 bis 4,5, bei Erdreichwärmepumpe β = 3,8 bis 4,3 erreichen. Bei Direktverdampfung kann die JAZ 10 bis 15 % höher liegen.
Eine hohe Arbeitszahl wird durch eine ausreichende Dimensionierung der Wärmequellenanlage und eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur der Wärmenutzungsanlage (< 35 °C) erreicht.
Jahresaufwandszahl
Neuerdings wird die Jahresaufwandszahl eWP als Kenngröße verwendet. Die VDI 4650 setzt dabei den in ein System hineingegebenen Aufwand ins Verhältnis zu dem erzielten Nutzen (Wärmebedarf). Die Jahresaufwandszahl eWP ist im Prinzip der Kehrwert der Jahresarbeitszahl βa. Durch die VDI 4650 kann die auf einem Prüfstand gemessenen Leistungszahl die Jahresaufwandszahl für eine Wärmepumpenanlage vorausgesagt werden.
Die Formel für Berechnung einer erdgekoppelten Elektrowärmepumpe, die nur die Raumheizung versorgt, lautet nach VDI 4650, Bl. 1:
ewp = FP / εN * FΔθ * Fθ
εN Leistungszahl der Wärmepumpe nach DIN EN 255 bei folgenden Werten:
für Erdreich B0/W35
für Grundwasser W10/W35
FΔθ Korrekturfaktor für abweichende Temperaturdifferenzen am Verflüssiger
bei Messung und Betrieb
Fθ Korrekturfaktor für unterschiedliche Betriebsbedingungen
FP Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Wärmequellenpumpe
- In der Vorplanung: 1,075
- Im Betrieb: 1+PP / PWP
PP Antriebsleistung Wärmequellenpumpe
PWP Antriebsleistung Wärmepumpe bei Normbedingungen
Die Korrekturfaktoren FΔθ und Fθ werden aus Tabellen ermittelt, FP wie angegeben berechnet.
Ob dieses Verfahren bzw. die angegebenen Tabellenwerte eine zuverlässige Aussage ermöglichen, muss sich in der Praxis der kommenden Jahre zeigen.
Leistungszahl
Die Leistungszahl εN ist ein Wert, der zu einer bestimmten Zeit vorhanden ist. Er wird unter Normbedingungen auf einem Prüfstand ermittelt. Sie beschreibt das Verhältnis der bei bestimmten Betriebsbedingungen abgegebenen thermischen Leistung der WP QWP (kW) bezogen auf die zugeführte elektrische Leistung Pel (kW) für den Antrieb des Verdichters und der Hilfsantriebe nach DIN EN 255:
εN = QWP / Pel
Die Leistungszahl ist mit den Betriebstemperaturen (Wärmequellenanlage [Wasser bzw. Sole] bzw. Heizungsanlage [Heizungsvorlauftemperatur]) in den technischen Daten der Hersteller angegeben. Die Leistungszahl berücksichtigt nicht die Leistung elektrischer Hilfsaggregate, die nicht unmittelbar zum Wärmepumpenprozess gehören (so z. B. Abtau-Energie, Heizungs- und Grundwasser- bzw. Solepumpen).
Elektro-Wärmepumpen haben je nach Wärmequelle Leistungszahlen zwischen 3,0 und 5,0. So wird also aus 1 kW Strom theoretisch 3 bis 5 kW Heizenergie. Dabei ist die Leistungszahl ist umso höher, je niedriger die Temperaturdifferenz zwischen der Heizwassertemperatur (Vorlauftemperatur) und der Wärmequellentemperatur (Grundwasser bzw. Erdreich) ist.
Die Leistungszahl kann nach 2 verschiedenen Normen ermittelt werden.
Die DIN EN 255 legt die Bedingungen für die Warmwasserbereitung zugrunde. Das bedeutet, dass eine Spreizung von 10 K auf der Verflüssigungsseite gemessen wird.
Die DIN EN 14511 legt eine Spreizung von 5 °K zugrunde, was den tatsächlichen Bedingungen einer Flächenheizung näher kommt.
Also müssen bei einem Vergleich von verschiedenen Wärmepumpen immer die Norm und die Messbedingungen angegeben werden.
COP-Wert (Coeffizient of Performance)
Der COP-Wert gibt das Verhältnis von abgegebener Wärmeleistung (kW) zu aufgewendeter elektrischer Antriebsleistung inkl. Hilfsenergie unter Prüfbedingungen (bestimmte Temperaturverhältnisse, festgelegte Zeitpunkte).
COP = QWP / Pel
Im Gegensatz zur Leistungszahl εN sind im COP-Wert auch die elektrischen Leistungen von Hilfsaggregaten (Abtau-Energie, Pumpenleistung für Heizungs-, Sole- bzw. Grundwasserpumpen) aufgenommen.
Prüfinstitute ermitteln diesen Wert nach einer definierten Messmethode (DIN EN 255). Die Leistungszahl und COP-Wert können keine energetische Bewertung der Gesamtanlage darlegen.
Sie sind nur eine Momentaufnahme eines bestimmten WP-Typs bei günstigen Betriebsbedingungen (z. B. bei 35°C VL-Temperatur). Wesentlich aussagefähiger ist die Jahresarbeitszahl.
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Die energetische Bewertung von
Wärmepumpen, die als Nachweis der
Jahresarbeitszahl für Anlagen im Neubau nach dem
Erneuerbare-Energien-Wärmegesetz (EEWärmeG) gefordert wird, kann nach mehreren Berechnungsverfahren durchgeführt werden. Häufig wird das
Kurzverfahren nach
VDI 4650 verwendet. Diese Richtlinie ist nach Meinungen aus den Fackreisen überarbeitungsbedürftig.