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Letzte Aktualisierung: 09.07.2025
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Leistungszahl von Wärmepumpen
- Definition und Berechnung der Leistungszahl (COP): Die Leistungszahl (COP) einer Wärmepumpe gibt das Verhältnis der abgegebenen Wärmeleistung zur aufgenommenen elektrischen Leistung in einem definierten Betriebszustand an. Sie wird mit folgender Formel berechnet: COP = QH / Pel. Dabei ist QH die Heizleistung der Wärmepumpe in kW und Pel die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe in kW. Ein COP von 4 bedeutet, dass aus 1 kWh Strom 4 kWh Wärme erzeugt werden.
- Unterschiede zwischen COP, SCOP und ESCOP: Der COP (Coefficient of Performance) misst die Effizienz unter festen Laborbedingungen. Der SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) berücksichtigt saisonale Schwankungen und bietet einen realistischeren Jahreswert. Der ESCOP (European Seasonal Coefficient of Performance) ist ein europäischer Standard, der verschiedene Klimazonen einbezieht, um die Effizienz besser vergleichen zu können.
- Einflussfaktoren auf die Leistungszahl: Die Leistungszahl wird maßgeblich durch die Temperaturdifferenz beeinflusst: Je geringer der Unterschied zwischen Wärmequelle und Heizsystem, desto höher der COP. Sole-Wasser- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen erreichen in der Regel höhere COP-Werte als Luft-Wasser-Wärmepumpen. Die Leistungszahl wird zudem von der Effizienz von Pumpen, Ventilatoren und anderen Komponenten der Wärmepumpe beeinflusst.
- Carnot-Wirkungsgrad als theoretische Obergrenze: Der maximale theoretische COP einer Wärmepumpe wird durch den Carnot-Wirkungsgrad begrenzt und mit folgender Formel berechnet: COPmax = Twarm / (Twarm - Tkalt). Hierbei sind Twarm und Tkalt die Temperaturen des Heizsystems und der Wärmequelle in Kelvin. In der Praxis liegt die tatsächliche Leistungszahl immer unter diesem theoretischen Maximum.
- Bedeutung der Leistungszahl für Verbraucher: Ein hoher COP bedeutet geringere Betriebskosten durch weniger Stromverbrauch für die gleiche Wärmeleistung, einen reduzierten CO2-Ausstoß durch effizientere Energieausnutzung und eine höhere Wirtschaftlichkeit durch langfristige Einsparungen trotz möglicherweise höherer Anschaffungskosten. Die Leistungszahl spielt zudem eine wichtige Rolle bei Förderprogrammen.
- Praktische Tipps zur Optimierung: Um die Leistungszahl zu maximieren, sollten Sie auf niedrige Vorlauftemperaturen achten, Fußbodenheizungen sind vorteilhaft. Eine gute Gebäudedämmung reduziert den Wärmebedarf und verbessert die Effizienz. Und eine regelmäßige Wartung der Wärmepumpe stellt sicher, dass alle Komponenten immer optimal funktionieren.
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Berechnung der Leistungszahl COP
Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe wird durch die Leistungszahl - auch Coefficient Of Performance oder kurz COP genannt - beschrieben.
Die Leistungszahl drückt das Verhältnis von Nutzleistung zu aufgenommener Leistung in Abhängigkeit einer bestimmten Quellentemperatur und Vorlauftemperatur aus.
Die Hersteller geben diese Randbedingungen in Buchstaben wie W = water (Wasser), B = brine (Sole), A = air (Luft) an.
Muss z. B. bei einer Luftwärmepumpe mit einer Außenlufttemperatur von 0 °C (A0) und einer Vorlauftemperatur im Heizungssystem von 35 °C (W35) eine Kilowattstunde Strom eingesetzt werden, um 3 Kilowattstunden Wärme zu erzeugen, so beträgt die Leistungszahl (COP) in diesem Fall eine Drei.
Der Coefficient of Performance ist also der Quotient aus entstehender Wärmemenge und eingesetzter Strommenge in einem bestimmten Betriebszustand.
Während der COP üblicherweise als Effizienzkriterium für die Heizleistung herangezogen wird, so ist die Energy Efficiency Ratio (EER) das Synonym zur Beschreibung der Effizienz der Kälteleistung.
Die Kälteleistungszahl ε ist das Verhältnis zwischen Leistungsaufnahme (Stromverbrauch) und Leistungsabgabe (Kälteleistung) beim Kühlbetrieb. Er wird, wie der COP-Wert, unter gleichen Messbedingungen (35 °C Außenlufttemperatur und 27 °C Innenlufttemperatur) gemessen.
Beispielsweise bedeutet ein EER-Wert von 4, dass für die Klimatisierung eines Raums, der 4 Kilowatt Kälteleistung benötigt, 1 Kilowatt elektrische Leistung aufgewendet werden muss (4:1).
Berechnung der Leistungszahl über die elektrische Leistungsaufnahme
Um eine möglichst hohe Energieeffizienz (= hohe Leistungszahl) einer Wärmepumpe zu erzielen, sollte die Differenz zwischen der Temperatur der Wärmequelle (Wärmesenke) und der Temperatur der Wärmenutzungsanlage möglichst gering sein.
Die Berechnung über das Verhältnis der Heizleistung zu elektrischer Leistungsaufnahme erfolgt über folgende Formel:
\(ε = {Q_H \over P_{el}}\)
QH = Heizleistung der Wärmepumpe in kW
Pel = elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe in kW
Berechnung der Leistungszahl über die Temperatur
Eine weitere Berechnungsart ermöglicht die Ermittlung der Leistungszahl über die Temperaturdifferenz zwischen der Wärmequelle und der Vorlauftemperatur des Heizkreises anhand folgender Formel:
\(ε = {0,5 \cdot {T \over (T - T_0)}}\)
T = Systemtemperatur (Fußboden-, Radiatorheizung) in K
T0 = Temperatur der Wärmequelle in K
| Parameter | Berechnung Leistungszahl Fußbodenheizung | Berechnung Leistungszahl Heizkörper |
|---|---|---|
| Vorlauftemperatur T | 35 °C = (273 + 35) K = 308 K | 50 °C = (273 + 50) K = 323 K |
| Temperatur der Wärmequelle T0 | 0 °C = (273 + 0) K = 273 K | 0 °C = (273 + 0) K = 273 K |
| Leistungszahl ε | 0,5 * (308 K / (308 K - 273 K)) = 4,4 | 0,5 * (323 K / (323 K - 273 K)) = 3,2 |
Unterschiede zur Jahresarbeitszahl
Während die Leistungszahl (COP) eine Momentaufnahme bei genau definierten Zuständen ist, gibt die Jahresarbeitszahl β (SPF) (auch engl. Seasonal Performance Factor) das Verhältnis der abgegebenen Wärmeenergie zur aufgebrachten elektrischen Energie der gesamten Wärmepumpenanlage im Zeitraum eines Jahres wieder.
Im Gegensatz zur Jahresarbeitszahl, die den Wirkungsrad der Wärmepumpe über den sich ganzjährig verändernden Temperaturbedingungen wiedergibt, bewertet die Leistungszahl damit ausschließlich die Qualität des Wärmepumpenprozesses unter realen Bedingungen.
Die Leistungszahl wird vom Wärmepumpenhersteller unter Laborbedingungen gemäß nach EN255 und EN14511 gemessen und für bestimmte Betriebspunkte d.h. bei bestimmten Wärmequellen-Eintrittstemperaturen und Heizwasser-Vorlauftemperaturen ermittelt.
Leistungszahlen dienen der Planung der Heizleistung von Wärmepumpenanlagen und können nicht zur Aussage des letztlichen Stromverbrauchs der Wärmepumpe herangezogen werden.
Um die Effizienz bereits in der Planungsphase über ein gesamtes Jahr betrachten zu können, ist die Berechnung der Jahresarbeitszahl nach VDI 4650 notwendig.
Berechnung der Jahresarbeitszahl über die elektrische Leistungsaufnahme
Die Jahresarbeitszahl kann mit der folgenden Formel vereinfacht ermittelt werden:
\(β = {Q_{WP} \over P_{el}}\)
QWP = von der Wärmepumpe innerhalb eines Jahres abgegebene Wärmemenge in kWh
Pel = der Wärmepumpe innerhalb eines Jahres zugeführte elektrische Energie in kWh
Eine Jahresarbeitszahl von 3,0 bedeutet also, dass über das ganze Jahr gesehen das 3-fache der eingesetzten elektrischen Leistung in Wärmeenergie umgesetzt wird.
Experten-Wissen: Die Berechnung der Leistungszahl nach DIN EN 255 bezieht sich eigentlich auf die Warmwasserbereitung. Sie wird bei einer Spreizung auf der Verflüssigungsseite von 10 K gemessen und stimmt mit den tatsächlichen Bedingungen bei einer Flächenheizung nicht unbedingt überein. Bei nur 25 °C Rücklauftemperatur ist eine Heizsituation kaum mehr gegeben, aber die gemessenen Werte sind besser als bei der DIN EN 14511, hier wird mit einer Spreizung von 5 °K gemessen. Die Leistungszahl wird dadurch etwa 8 % schlechter. Die DIN EN 14511 ist heute die entscheidende Richtlinie zur Feststellung der Leistungszahlen EER und COP sowie des Stromverbrauchs, der Leistung und der Leistungsaufnahme und offiziell etablierter Nachfolger der zurückgezogenen Reihen DIN EN 12055 und DIN EN 255, welche nicht mehr an den Stand der Technik sowie die Richtlinien angepasst wurden.
Auswahl nach Wärmepumpenleistung
Die Leistungszahl kann im Gegensatz zur Jahresarbeitszahl nicht durch die Wahl der Wärmequelle und des Wärmeverteilsystems beeinflusst werden, sondern ist aus systemtechnischer Sicht vom Hersteller vorgegeben. Daher dient die Leistungszahl Endkunden und auch Installateuren von Wärmepumpen als ein Kriterium bei der Auswahl von Wärmepumpen.
Neben den Herstellerangaben bietet dabei die Interstaatliche Hochschule für Technik Buchs in der Schweiz eine übersichtliche Orientierung anhand umfangreicher Listen mit unabhängig in der Praxis gemessenen Leistungszahlen für Luft/Wasser-Wärmepumpen, Sole/Wasser-Wärmepumpen, Wasser/Wasser-Wärmepumpen und Brauchwasser-Wärmepumpen.
Trotzdem ist bei der Auswahl von Wärmepumpen nach der Leistungszahl zu beachten, dass hohe Leistungszahlen einzelner Wärmepumpen unter anderen Temperaturbedingungen wiederum schlechter als andere Leistungszahlen ausfallen können. Daher sollte zur Beurteilung der Leistung einer Wärmepumpe eher die Jahresarbeitszahl herangezogen werden.
| Kürzel | Bezeichnung | Anwendung |
|---|---|---|
| COP | Coefficient Of Performance | Heizen |
| SCOP | Seasonal Coefficient Of Performance | Heizen |
| ESCOP | European Seasonal Coefficient Of Performance | Heizen |
| EER | Energy Efficiency Ratio | Kühlen |
| SEER | Seasonal Energy Efficiency Ratio | Kühlen |
| ESEER | European Seasonal Energy Efficiency Ratio | Kühlen |
Saisonale Leistungszahlen SCOP und ESCOP
Die Leistungszahl COP (Coeffizient of Performance) ist ausschließlich auf einen einzigen Betriebspunkt hin ausgelegt. Das führte dazu, dass Wärmepumpen-Hersteller teilweise ihre Geräte genau auf diesen Betriebspunkt hin optimierten. So wurde von der Gesamtleistung des Produktes her eine Effizienz bescheinigt, die durch die technische Ausstattung der Wärmepumpe unter Umständen nicht gerechtfertigt war.
Neben der klassichen Leistungszahl COP wurden im Zuge der Energy related Product-Richtline (ErP) daher die Seasonal EER (SEER) bzw. der Seasonal COP (SCOP) gemäß der DIN EN 14 825 als weitere Maßzahlen für die Leistung von Wärmepumpen eingeführt, um insbesondere die saisonal schwankende Effizienz besser abbilden zu können.
SCOP
Der gravierende Unterschied zu COP und EER ist, dass die Leistungsmessung des SCOP - das "S" steht für "seasonal" - nicht nur bei einer einzigen Temperatur, sondern bei vier unterschiedlichen Temperaturwerten stattfindet (Quellentemperatur -7°C, 2°C, 7°C und 12°C).
Das bedeutet, dass mehrere realistische Messpunkte innerhalb der vier Jahreszeiten definiert sind. Diese fließen alle in die Einstufung der Energieeffizienzklasse ein. Dies ermöglicht es u.a., die Effizienzvorteile eines vermehrt üblichen Teillastbetriebes u.a. mit Inverter-Kompressoren einer Wärmepumpe nun mit mehr als 90 % der Betriebszeit innerhalb einer Leistungszahl auszudrücken.
Zudem berücksichtigt der SCOP auch die Leistung des elektrischen Heizstabes. Auch hierdurch konnten die Angaben zur Effizienz einer Wärmepumpe bisher verzerrt werden.
ESCOP
Die Leistungszahlen ESEER und ESCOP (das „E“ steht für „European“) basieren ebenfalls auf die saisonale Effizienz berücksichtigende Berechnungsmethoden, sind jedoch deutlich einfacher als SEER und SCOP zu berechnen, da z. B. Standby-Verluste unberücksichtigt bleiben. Da nicht alle Hersteller die gleichen Verfahren bzw. Messwerte anwenden, sollten diese Leistungszahlen vor einem Vergleich näher geprüft werden.
ETAs oder „jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz“
Die „Jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz ηS“ bezeichnet den Quotienten aus dem von einem Raumheizgerät, einem Kombiheizgerät, einer Verbundanlage gedeckten Raumheizungsbedarf in einer bestimmten Heizperiode und dem jährlichen Energieverbrauch zur Deckung dieses Bedarfs in %.
Die ETA wird aus der jahreszeitbedingten Leistungszahl (SCOP) durch Division mit 2,5 errechnet und drückt „quasi“ aus, wie viel Primärenergie für eine Kilowattstunde Wärme benötigt wird.
\(η_s = {SCOP \over PEF}\)
Die Berechnung erfolgt unter der europäischen Annahme, dass der Primärenergiefaktor für Strom bei 2,5 liegt. Der Sinn der ηs-Kennzahl liegt darin, unterschiedliche Heizungsarten in ihrer Effizienz miteinander vergleichen zu können.
Es gilt: Solange der SCOP der Wärmepumpe über 2,5 liegt, liegt auch die Effizienz immer über 100%, was mit einer fossilen Heizung technisch unmöglich ist!
Fazit: COP und EER verlieren als Leistungsindikatoren an Bedeutung
An die Stelle der Leistungszahlen COP und EER treten SCOP und SEER, die nicht nur eine breitere Beurteilungsbasis bieten, sondern auch den Teillastbetrieb von Inverter-Kompressoren und damit den Stand der Technik für diese Maßzahlen berücksichtigen. ESEER und ESCOP bieten eine ähnliche Basis, jedoch ausschließlich für Kaltwassererzeuger.
Um die Wirtschaftlichkeit von Produkten neutral beurteilen zu können, müssen die Wärmepumpen-Hersteller die Grundlagen ihrer Messungen transparent darstellen, um so den Fachplaner, Anlagenbauer oder das Fachhandwerk zu unterstützen.
Experten-Wissen: Seit dem 01. Januar 2012 gilt für Wärmepumpen die Leistungszahl als Förderkriterium des EU-Umweltzeichens (auch Euro-Blume oder EU-Blume genannt): Der COP-Wert elektrisch betriebener Wärmepumpen sowie die Heizzahl bei Gasmotor- oder Gasabsorptionswärmepumpen müssen die Mindestwerte gemäß dem europäischen Umweltzeichen "Euroblume" einhalten.
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