Der Coefficient of performance (COP) bei Wärmepumpen

Bei einer Kompressionswärmepumpe ist der Coefficient of Performance (COP) als das Verhältnis zwischen der erzeugten Nutzwärme und der eingesetzten Antriebsenergie definiert. Sie lässt sich in „Leistungszahl“ übersetzen. Mit der eingesetzten Antriebsenergie ist jene mechanische oder elektrische Energie gemeint, die von außen zugeführt werden muss, damit die Wärmepumpe ihren Dienst überhaupt aufnehmen kann. Die elektrische Energie liegt regelmäßig etwas höher, da es im Elektromotor zu Verlusten kommt. Darüber hinaus ist in der Antriebsenergie auch der Verbrauch von Nebenaggregaten mit eingeschlossen. (z. B. der Ventilator bei der Luft-Wasser-Wärmepumpe). Der Energieverbrauch einer Umwälzpumpe wird hingegen nicht mit eingerechnet, da dieser auch bei der Verwendung eines normalen Heizkessels anfallen würde.

Wärmepumpe vor einer Außenwand - COP

Was sagt der COP bei Wärmepumpen aus?

Die Leistungszahl dient damit als ein Maß für die Energieeffizienz einer Wärmepumpe unter bestimmten Betriebsbedingungen. Hierbei spielen die Temperatur des zur Verfügung stehenden Wärmereservoirs (z. B. Außenluft, Grundwasser) und die Temperatur der gewonnenen Nutzwärme eine wichtige Rolle. Je größer der Temperaturunterschied zwischen Nutzwärme und Wärmequelle, umso geringer ist normalerweise auch die Leistungszahl.

Die Angabe der Betriebstemperaturen erfolgt bei Wärmepumpen üblicherweise über Kurzformen. Hierzu zwei Beispiele:

  • „Das Kürzel A5W35“ bedeutet, dass eine Luft-Wasser-Wärmepumpe gerade mit einer Außenlufttemperatur von 5 °Celsius arbeitet. Das „A“ steht für das englische „Air“. Die dabei erzeugte Vorlauftemperatur liegt bei 35 °Celsius.
  • Der Wert „W11W50“ gibt die Temperaturen einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe an. Die Wassertemperatur beträgt 11 °Celsius, während die Vorlauftemperatur bei 50 °Celsius liegt.

Die Rücklauftemperatur ist hierbei nicht angegeben. Stattdessen wird gemäß der Norm EN14511 einfach davon ausgegangen, dass diese regelmäßig 5 °Celsius unter der Vorlauftemperatur liegt.

COP im Teillastbetrieb

Üblicherweise wird der Coefficient of performance (COP) für den Volllastbetrieb angegeben. Bei leistungsgeregelten Wärmepumpen können im Teillastbetrieb aber auch günstigere Werte erreicht werden. Grundsätzlich stehen zwei Möglichkeiten zur Verfügung, die Leistung zu senken, deren Auswirkungen auf den COP unterschiedlich ausfallen.

Im Taktbetrieb wird die Wärmepumpe wiederholt ein- und ausgeschaltet, wobei die Regelung über ein Thermostat erfolgt. Diese Variante wirkt sich jedoch eher negativ auf die Leistungszahl aus. Es liegt unter anderem daran, dass die Effizienz der Pumpe während der Anlaufphase niedriger ist.

Daneben gibt es aber auch Wärmepumpen mit moduliertem Betrieb. Hier lässt sich die Wärmeleistung innerhalb eines bestimmten Spektrums dem Bedarf anpassen. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise die Drehzahl des Kompressors verändert werden. Alternativ kann an diesem auch eine Manipulation vorgenommen werden, mit deren Hilfe die Antriebsleistung bei konstanter Drehzahl reduziert wird. Gegenüber dem Volllastbetrieb kann sich der COP hier deutlich verbessern, Aus dem Grund haben sich leistungsgeregelte Wärmepumpen in der Praxis als energieeffizienter als im Taktbetrieb arbeitende Geräte erwiesen. Bei Heizungsanwendungen stellen sie aktuell sogar den Stand der Technik dar.

Zusammenhang zwischen COP und Jahresarbeitszahl

Der COP gilt nur bei bestimmten Bedingungen, die im Laufe des Jahres immer wieder variieren. Die Jahresarbeitszahl wird daher oftmals als die für die Energieeffizienz aussagekräftigere Kennzahl angesehen. Denn durch sie wird die im Mittel erreichte Leistungszahl zum Ausdruck gebracht. Die Jahresarbeitszahl hängt jedoch nicht allein von den Leistungsdaten der Wärmepumpe, sondern auch von den örtlichen klimatischen Verhältnissen ab. Zudem spielen das genutzte Wärmereservoir und die Qualität der Auslegung der Anlage eine wichtige Rolle.

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