Leistungszahl Wärmepumpe

Wärmepumpenkoeffizient der Leistungswärmepumpe

Die Wärmepumpen beziehen kostenlose Energie aus der Umwelt und benötigen Strom. Der Leistungsfaktor ist das Verhältnis der Heizleistung (in kW) zur Antriebsleistung (kW) der Wärmepumpe in einem bestimmten Betriebszustand. Die Grafik zeigt den Leistungskoeffizienten der Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Außenlufttemperatur bei unterschiedlichen Heizkreisvorlauftemperaturen (THV). Der Leistungskoeffizient einer Wärmepumpe ist. Worin besteht der Unterschied zwischen dem Jahresleistungsfaktor und dem Leistungsfaktor einer Wärmepumpe?

Hast du es kapiert?

Für die Wärmepumpe wird der Leistungskoeffizient als COP (coefficient of performance) bezeichnet. Bei der Wärmepumpe wird der Leistungskoeffizient als COP (coefficient of performance) bezeichnet. Der Leistungskoeffizient (COP) ? einer Kompressorwärmepumpe ist als Quotient aus den erzeugte Nutzwärmemengen und der eingesetzten Antriebsenergie festgelegt. Es ist ein Mass für die Energie-Effizienz unter gewissen Einsatzbedingungen, gekennzeichnet durch die Technologie des verwendeten Wärmespeichers und die Technologie der produzierten Nutz-Wärme.

Der Leistungskoeffizient nimmt in der Regelfall ab, je höher die Temperaturdifferenz zwischen Nutz-Wärme- und Kältespeicher ist. Für Kaltwassersätze ist der Leistungskoeffizient EER (Energieeffizienzverhältnis). Für Kaltwassersätze (z.B. B. von Klimaanlagen) kann auch ein Leistungsfaktor festgelegt werden, der sich hier auf das Übersetzungsverhältnis zwischen Kühlleistung und Antriebsleistung bezieht. Für Arbeitsmaschinen mit mechanischen Antrieben wird es als Energieeffizienzverhältnis (EER) oder auch als Leistungsfaktor oder Leistungsfaktor beschrieben.

Diese ist bei vorgegebenen Temperaturwerten immer niedriger, da die Kühlleistung um etwa die Antriebsleistung niedriger ist als die Wärmekapazität. Dennoch erzielen Kaltwassersätze oft wesentlich bessere Wirkungsgrade als eine Wärmepumpe, da sie in der Regel mit niedrigeren Temperaturunterschieden arbeitet. Für Kaltwassersätze, die mit zugeführter Wärmemenge arbeiten (z.B. B. Absorptionskältemaschinen), wird der Leistungskoeffizient als Wärmekoeffizient bezeichnet. In diesem Fall wird er als Wärmekoeffizient verwendet.

Der Leistungskoeffizient ist nicht unmittelbar mit dem Heizwert einer Absorberwärmepumpe zu vergleichen, da es sich um verschiedene Formen von Energien handelt. Als Antriebsebene wird die angewandte Mechanik oder bei elektronisch betriebenen Wärmetauschern die absorbierte Elektroenergie bezeichnet. Generell einbezogen ist auch der Stromverbrauch von Zusatzgeräten, insb. Soleumwälzpumpen (mit Erdwärmesonden) oder Lüfter (für Luft-Wasser-Wärmepumpen).

Weshalb können die Performance-Zahlen grösser als 1 sein? Im Gegensatz zu Effizienzsteigerungen können die Leistungskoeffizienten leicht signifikant über 1 (= 100?%) liegen. Denn eine Wärmepumpe oder Kälteanlage verlagert die Wärmemenge praktisch von einem Standort zum anderen und generiert nicht nur Wärmeenergie aus der bereitgestellten Antriebsebene. Oftmals werden die Einsatztemperaturen von WPs in gekürzter Form angegeben:

Die Wärmepumpe wird mit einer Solentemperatur von 0 C (gemessen am Eingang zur Wärmepumpe) und einer Vorlauftemperatur von 0,5 C betrieben. Die Wärmepumpe ist für den Betrieb bei einer Temperatur von 0,5 C (gemessen am Eingang zur Wärmepumpe) ausgelegt. 2W35 heißt, dass eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einer Aussenlufttemperatur von 2 C und einer Lufttemperatur von 3 C und einer Lufttemperatur von 1 C betrieben wird. Mit W10W50 ist gemeint, dass eine Wasser/Wasser-Wärmepumpe (z.B. B. für die Grundwassernutzung) mit einer Wasser-Temperatur von 10 C und einer Wasservorlauftemperatur von 15 C betrieben wird.

In der EN14511 wird davon ausgegangen, dass sie 5 Grade niedriger als die Fließtemperatur ist, d.h. h, dass die Temperaturverteilung 5 Küvetten ist. Gleiches trifft auf die Wärmequellentemperatur zu, z.B. wird nach EN14511 für den Arbeitspunkt B0/W35 nicht davon ausgegangen, dass die Solesole mit 0 dC in die Wärmepumpe eindringt und dort um 3 K heruntergekühlt wird.

Die Leistungsdaten im Mittellastbetrieb können wesentlich größer sein - aber nur bei Anlagen mit leistungsgesteuertem Verdichter! Im folgenden Kapitel "COP und Jahresleistungsfaktor" geht es um die Fragestellung, wie die Energie-Effizienz im Jahresdurchschnitt unter realen Rahmenbedingungen beurteilt wird. Der Leistungskoeffizient wird in der Regelfall bei voller Belastung der Wärmepumpe gegeben. Wird im Istbetrieb (Teillastbetrieb) eine niedrigere Leistungsabgabe gefordert, muss die Leistungsabgabe dementsprechend angepaßt werden.

Dazu gibt es prinzipiell zwei Varianten mit unterschiedlichem Einfluss auf den Leistungsfaktor: Der Leistungsfaktor kann sich im Mitlastbetrieb noch erhöhen - aber nur bei richtiger Leistungssteuerung. Das gebräuchlichste Verfahren ist der zyklische Betrieb, d.h. h. Ein- und Abschalten der Wärmepumpe, das bei ?B von einem Thermostat geregelt wird.

Das hat einen negativen Einfluss auf den Leistungskoeffizienten. Auf der anderen Seite verlieren Sie die Chance, die Temperaturunterschiede im Verdunster und Verflüssiger zu verringern, indem Sie den Verdichter mit geringerer Energie betreiben. Für den modulierenden Einsatz (insbesondere für Heizungsanwendungen) gibt es eine Wärmepumpe, die die abgegebene Heizleistung in gewissen Grenzwerten regulieren kann. Der Leistungskoeffizient kann im Vergleich zum Volllastbetrieb noch einmal erheblich besser sein.

Leistungsgesteuerte WPs sind daher im praktischen Einsatz deutlich energiesparender als solche, die im zyklischen Betrieb funktionieren müssen, und müssen als State-of-the-Art für Heizanwendungen angesehen werden. Der mittlere Leistungskoeffizient wird bei Luft-Wasser-Wärmepumpen auch dadurch reduziert, dass der Kondensator oft gefriert und mit Energie aufgetaut werden muss, vor allem bei Aussentemperaturen um 0 C - vor allem an Tagen mit erhöhter Feuchtigkeit.

Bei einer Wärmepumpe mit dem höchstmöglichen Leistungskoeffizienten ist Folgendes erforderlich: So ist zum Beispiel eine Fussbodenheizung, die in der Regel mit einer maximalen Zulauftemperatur von 35 C arbeitet, in dieser Hinsicht viel kostengünstiger als eine zentrale Heizung mit Radiatoren, die oft mehr als 70 C benötigt. Durch eine gute Gebäudedämmung wird nicht nur der Heizwärmebedarf, sondern auch die notwendige Vorlauftemperatur verringert, so dass auch der Wirkungsgrad der Wärmeerzeugung steigt.

Der Temperaturstand des verwendeten Wärmespeichers sollte so hoch wie möglich sein. In dieser Hinsicht ist beispielsweise das lauwarme Schmutzwasser aus einer industriellen Anlage optimal, da es Leistungskoeffizienten über 5 zulässt. Andererseits ist der Einsatz von Kaltaußenluft mit einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe nachteilig; an kühlen Tagen können der Leistungskoeffizient und ?U. unter 2 fallen. Bei der Wärmepumpe selbst ist eine technische Optimierung erforderlich.

Dazu gehört ein hoher Wirkungsgrad aller Bauteile wie E-Motor und Verdichter sowie ein optimiertes Design von Verdunster und Verflüssiger (mit bestmöglicher Wärmeleitung), etc. Bei Heizwärmepumpen ist es auch besonders bedeutsam, dass ein leistungsgesteuerter Verdichter (meist über einen Wechselrichter betrieben) verwendet wird (siehe oben). Im Rahmen der Optimalisierung des Jahresleistungsfaktors sind weitere Gesichtspunkte von Bedeutung (siehe unten).

Es gibt eine physische Begrenzung des Leistungsfaktors. Dies ist jedoch noch lange nicht durch die Wärmepumpe möglich. Das zweite Gesetz der Wärmelehre beschränkt den erreichbaren Leistungskoeffizienten einer Wärmepumpe auf den Wechselwert des Carnot-Wirkungsgrades, der sich aus den Temperaturwerten der Nutzabwärme und des verwendeten Speichers berechnet: So ergeben sich z. B. für eine Anströmtemperatur To von 50 C und einen Kältespeicher mit Tu = 0 C ein maximaler Leistungskoeffizient von ca. 6,5. In der praxisnahen Anwendung werden jedoch meist in der Regel zu erreichende Grenzwerte erzielt, die maximal der Halbwertszeit dieser kalkulatorischen Oberschnittmenge entspricht (siehe Bild 1).

Es gibt noch ein großes technisches Verbesserungspotenzial für die Wärmepumpe. Als Qualitätsgrad wird das Verhätnis des erzielten Leistungsfaktors zum prinzipiell erreichbaren Leistungsfaktor bezeichnet. In diesem Fall handelt es sich um einen Qualitätsgrad. Typische Ausprägungen liegen im Bereich von 0,5. Das heißt, dass weitere technologische Weiterentwicklungen den Energieverbrauch für den Einsatz einer Wärmepumpe um bis zu ca. ? reduzieren könnten.

Dazu zählen unter anderem Temperaturgefälle in Wärmetauschern, die unumkehrbare Ausdehnung des Kühlmittels an der Drosselklappe, Temperaturverluste und Verlust im E-Motor. Im Falle einer Kälteanlage ist der prinzipiell höchstmögliche Leistungskoeffizient 1 kleiner als der prinzipiell erreichbare Leistungskoeffizient einer Wärmepumpe bei gleichem Temperaturniveau. Bei den oben genannten Zahlen (Kühlung bei 0 C, Heizleistung bei 50 C) wäre das höchstmögliche EWR 5,5. In der Realität ist es oft nur etwa die Hälfte so viel.

Allerdings wäre ein EWR von 5,5 durchaus sinnvoll, wenn die Wärmeabfuhr z. B. mit 25 C stattfinden könnte. ?B. mit 25?°C. Letztendlich ist nicht der Leistungskoeffizient in einem Unternehmenspunkt ausschlaggebend, sondern der jährliche Leistungskoeffizient. Vgl. die Aussagen zum SEER im Beitrag zum Energieeffizienzverhältnis. Der Leistungskoeffizient einer Wärmepumpe ist nur für gewisse Betriebszustände gültig, die bei einer Wärmepumpen-Heizungsanlage im Jahresverlauf stark schwanken.

Aus diesem Grund ist der jährliche Leistungsfaktor, der den durchschnittlichen Leistungskoeffizienten bezeichnet, für die erzielte Energie-Effizienz sinnvoller. Der erzielte Jahresleistungsfaktor ist nicht nur von der Wärmepumpe selbst abhängig, sondern auch von den Klimabedingungen, dem verwendeten Wärmespeicher und der Güte der Gesamtsystemkonstruktion. Weitere Informationen, einschließlich der SCOP-Werte, finden Sie im jährlichen Leitsatz.

Die mitunter verwendete Bezeichnung "Performancezahl" ist etwas undeutlich; sie kann die Performancezahl oder die jährliche Performancezahl sein.

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