Heizung

Leistungszahl der Wärmepumpe

Häufig wird nicht die Arbeitszahl bei der Wärmepumpe und damit der Vergleich von abgeführter Energie (Arbeit und Wärme) betrachtet sondern der Vergleich zwischen Antriebsleistung und Heizleistung. Dieser Vergleich wird in der Leistungszahl einer Wärmepumpe wiedergegeben.

Für die Vergleichbarkeit von Wärmepumpen unterschiedlicher Hersteller ist die Leistungszahl der Wärmepumpe unverzichtbar und ist von daher auch Bestandteil der Hersteller Informationen. Bei der Leistungszahl handelt es sich um einen Wert der unter bestimmten Randbedingungen von der Wärmepumpe erzielt wird. Somit ist die Leistungszahl ein Momentanwert, der auf einem Prüfstand ohne Hilfsenergie erzielt wird.

Je höher die Leistungszahl der Wärmepumpe desto besser die Wirtschaftlichkeit und der nutzen für die Umwelt

Zum Betrieb einer Wärmepumpe wird im Regelfall Strom benötigt. Die Leistungszahl drückt dabei das Verhältnis der aufgenommen elektrischen Leistung zur abgegebenen Wärmeleistung aus. Eine Leistungszahl von 5 bedeutet somit, dass 5-mal mehr nutzbare Wärmeenergie zur Verfügung steht, als an elektrischer Leistung aufgebracht werden muss. Die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpenheizung ist von daher höher, je höher die Leistungszahl ist.

Carnot Prozess und Leistungszahl

Der ideale gedachte Prozeß für die Leistungszahl ist der Carnot Prozeß. Über den Carnot Prozess wird der theoretisch größte Wirkungsgrad eines Wärme-Arbeitsprozess dargestellt, dieser ist im Falle der Wärmepumpe die theoretisch größte Leistungszahl ε_c Dieser Wirkungsgrad ist allerdings in der Praxis nicht zu erzielen. Bei der Berechnung wird die reine Temperaturdifferenz zwischen der warmen Seite T und der kalten Seite T₀ berücksichtigt. Andere Faktoren wie der Temperaturabfall zwischen Verdampfer und Verflüssiger auf das Heizungswasser fließen in diese Berechnungen nicht ein von daher ist es praktisch nicht möglich den theoretisch ermittelten Wert zu erreichen.

Die Berechnung der Leistungszahl ε_c erfolgt nach:

ε_c = T / T- T₀

wobei

T  der Temperatur der Umbebung an die die Wärme abgegeben werden soll

T₀ der Temperatur der Umgebung aus der die Wärme entnommen werden soll

Entspricht.

Wie bereits oben ausgeführt handelt es sich hierbei um einen idealen Prozess der in der Praxis nicht vorkommt. Für eine überschlägige Berechnung kann ε gleich 0,5 x ε_c  gesetzt werden.

Aus diesem Zusammenhang lässt sich sehr schön ableiten warum etwa der Einsatz einer Fußbodenheizung in einer Wärmepumpenheizung deutlich effizienter ist, als der Einsatz von herkömmlichen Heizkörpern die mit vergleichsweise hohen Vorlauftemperaturen betrieben werden.

Ein weiterer Punkt da an der Leistungszahl sehr schön darzustellen ist, betrifft die Effizienz der Bauarten von Wärmepumpen. Luft/Wasser Wärmepumpen arbeiten im Normalfall mit Außenluft und die Temperaturen der Außenluft liegen im Winter oft deutlich unter 0 °C

Noch ein Beispiel dazu

T  =  -10 °C = 263 K

T₀ =  50 °C  = 323 K

Leistungszahl der Wärmepumpe = 323 K / 60 K  = 5,6

Die Leistungszahl der Luft/Wasser Wärmepumpe geht von daher bei niedrigen Außentemperaturen deutlich nach unten. Bei einer Erdwärmepumpe ist dieser Effekt nicht so stark, da die Temperaturen im Erdreich relativ konstant sind.

Die Herstellungskosten für eine Erdwärmepumpe liegen natürlich wegen der zusätzlichen Erdsonden oder Rohrschlangen deutlich höher. Hier sollte schon bei der Planung der Heizung und der Wärmepumpe eine genaue Wirtschaftlichkeitsbetrachtung erfolgen.

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