Wärmepumpen / 3.1 Effizienz

Jahresarbeitszahl (JAZ)

Ein wesentliches Messkriterium für die Effizienz und Qualität einer Heizungsanlage mit Wärmepumpe ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie gibt Auskunft über die Energieeffizienz der Heizanlage, indem sie das Verhältnis von gelieferter Wärme und elektrischer Antriebsenergie beschreibt. Hierzu sind die Temperatur der Wärmequelle (Luft, Wasser, Erde) und die des Wärmeverbrauchs von entscheidender Bedeutung. Je höher die Wärmequellentemperatur und je niedriger die Vorlauftemperatur der Heizung ist, desto höher ist somit auch die Jahresarbeitszahl.

Berechnung der JAZ

Um die JAZ zu berechnen, bedarf es eines Wärmemengenzählers und eines gesonderten Stromzählers. Anhand ihrer Daten lässt sich dann die Jahresarbeitszahl ermitteln. Beide Größen werden in Kilowattstunden angegeben, wodurch die Jahresarbeitszahl selbst ohne Einheit bleibt. Wenn also eine Wärmepumpe 20.000 kWh Heizenergie unter Zuhilfenahme von 5.000 kWh elektrischer Energie erzeugt, beträgt ihre Jahresarbeitszahl 4. Sie kann also 4 Mal mehr Wärme bereitstellen als sie an Strom verbraucht. Allgemein gilt: Je höher die Jahresarbeitszahl, desto effizienter das Heizsystem. Denn bei einer hohen Jahresarbeitszahl gewinnt die Wärmepumpe einen Großteil der benötigten Energie aus der Umwelt (in diesem Fall 75 %).

Hinweis

Praxistest

Nach Auffassung der Verbraucherzentrale kann eine Wärmepumpe aktuell erst ab einer JAZ von mindestens 3 als effizient gelten, da auch heute noch ein Großteil des Stroms aus umweltschädlichen Großkraftwerken kommt, die mit fossilen Brennstoffen arbeiten. Zudem beruhen die Effizienzangaben des Herstellers auf Messungen unter Laborbedingungen. In den meisten Fällen erreichen die Geräte die Laborwerte in der Praxis nicht.

Die Höhe der JAZ hängt auch von der Art der Energiezufuhr ab. Jede Wärmepumpe arbeitet mit Umweltenergie aus einer anderen Quelle (Luft, Sole, Wasser). So sollte eine Wärmequelle eine möglichst hohe Temperatur haben. Je niedriger diese ist, desto mehr Arbeit hat die Wärmepumpe, um sie auf das für die Heizung benötigte Temperaturniveau zu bringen.

Da die Wärmespeicherfähigkeit der 3 Quellen unterschiedlich hoch ist, unterscheiden sich auch die durchschnittlich zu erreichenden Jahresarbeitszahlen der einzelnen Wärmepumpentypen:

– Luft/Wasser-Wärmepumpe	2,5 bis 3
– Sole/Wasser-Wärmepumpe (Flächenkollektoren)	3,5 bis 4
– Sole/Wasser-Wärmepumpe (Erdsonden)	4 bis 4,5
– Wasser/Wasser-Wärmepumpe	5

Bei niedriger Vor- und Rücklauftemperatur und einer daraus resultierenden angemessenen Temperaturspreizung kann die Wärmepumpe besonders energieeffizient arbeiten. Die Spreizung sollte möglichst gering sein, damit die Differenz zwischen den beiden Werten, die die Wärmepumpe ausgleichen muss, nicht allzu groß ist. Ideal sind 35 °C. Am ehesten erreicht man dies im Neubau mit Flächenheizungen (Fußbodenheizungen) und im Altbau mit Niedertemperaturheizkörpern. Sie stellen die Wärme auf wirtschaftliche Art und Weise zur Verfügung und nutzen niedrige Vorlauftemperaturen zwischen 30 und 35 °C. Zudem kann in Verbindung mit dem Flächenheizsystem auch gekühlt werden. Inzwischen sind auch Hochtemperatur-Wärmepumpen auf dem Markt erhältlich, jedoch leidet die Effizienz unter dem benötigten energetischen Mehraufwand.

Vergleich

Bei der Luft/Wasser-Wärmepumpe ist die JAZ am geringsten, da sie wegen der abgekühlten Außenluft im Winter nur eine recht niedrige Quellentemperatur zur Verfügung hat. Bei der Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Flächenkollektoren in den oberen Bodenschichten sinkt das Temperaturniveau im Winter zwar ebenfalls, allerdings nicht so stark wie das der Außenluft. Noch weniger von Temperaturschwankungen sind die tieferen Bodenschichten betroffen, die für eine Sole/Wasser-Wärmepumpe mit Erdsonden angezapft werden. Die beste Wärmequelle stellt das Grundwasser dar, da es ganzjährig hohe Temperaturen aufweist. Daher ist die JAZ einer Wasser/Wasser-Wärmepumpe auch am höchsten.

Zunehmend wird mittlerweile nicht mehr nur die Jahresarbeitszahl betrachtet, da sie Laborwerte vergleicht, aber nicht die tatsächliche Effizienz der Wärmepumpe während des Einsatzes vor Ort. So wurden das Nutzerverhalten, die Dämmung des Hauses oder auch der genaue Aufstellort nicht wirklich berücksichtigt. Die Einsatzbedingungen von Wärmepumpen können aber je nach Einsatzort und den dort vorherrschenden Bedingungen stark abweichen.

Jahreszeitlicher Leistungskoeffizient

Beim inzwischen verwendeten sogenannten jahreszeitlichen Leistungskoeffizienten (abgekürzt SCOP für Seasonal Coefficient of Performance) werden 4 verschiedene Betriebspunkte berechnet. Dabei werden 4 in Europa typische Klimabedingungen berücksichtigt und die einzelnen Ergebnisse unterschiedlich gewichtet. Die Berechnung des auch für Fördermöglichkeiten entscheidenden SCOP ist in der Richtlinie EN 14825 festgelegt.

Berücksichtigung des Primärenergiefaktors

Als weitere Messgröße ist der Primärenergiefaktor (PEF) zu berücksichtigen. Durch ihn sollen Energieträger wie Gas, Strom oder Öl besser verglic...