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Berechnen Sie den COP einer Wärmepumpe an einem Betriebspunkt oder ihre Arbeitszahl über einen Zeitraum aus abgegebener Wärme und eingesetztem Strom.
COP im Heizbetrieb
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Prüfen Sie die Werte, um ein Ergebnis zu sehen.
Heizleistung und elektrische Leistungsaufnahme müssen über dasselbe Intervall gemessen werden.
Momentaner COP = Wärmeleistung (kW) ÷ elektrische Leistung (kW)Arbeitszahl = abgegebene Wärme (kWh) ÷ Stromverbrauch (kWh)
300 kW Heizleistung bei 100 kW elektrischer Leistungsaufnahme ergeben einen COP von 3.
Tipp: Beziehen Sie elektrische Zusatzheizungen und Umwälzpumpen ein, wenn Sie Ihr Ergebnis mit einer saisonalen Kennzahl vergleichen. Ihr Ausschluss lässt die Kennzahl künstlich besser erscheinen.
Der COP ist die abgegebene Wärme einer Wärmepumpe geteilt durch ihre Stromaufnahme an einem Betriebspunkt. Dasselbe Verhältnis aus Energiesummen einer ganzen Heizperiode ist die saisonale Arbeitszahl (SPF); sie bestimmt die Betriebskosten. Beide Werte sind nur vergleichbar, wenn die einbezogenen Stromverbräuche angegeben sind. Eine Anlage mit 300 kW Wärme bei 90 kW Stromaufnahme hat COP 3,333. Mit weiteren 10 kW für Umwälzpumpen sinkt der COP auf 3.
COP = abgegebene Wärme (kW) ÷ Stromaufnahme (kW)
Mitteln Sie Wärme und Strom über dasselbe Intervall mit derselben Uhr. Der COP hängt von Quellentemperatur, Vorlauftemperatur, Last und Abtauung ab. Erfassen Sie Außen- und Vorlauftemperatur zu jedem Wert, denn ein Wert beschreibt nur diese Bedingungen.
Arbeitszahl = abgegebene Wärme (kWh) ÷ verbrauchter Strom (kWh)
Verwenden Sie die Änderung des Wärmezählerregisters und des Stromzählerregisters zwischen denselben Anfangs- und Endzeitpunkten. Über eine ganze Heizperiode ist das Ergebnis der SPF. Über eine Woche oder einen Monat ist es die Arbeitszahl dieses Zeitraums. Sie eignet sich für Trends, aber ein milder Monat ergibt einen höheren Wert als die ganze Heizperiode.
Stromaufnahme = Wärmepumpe + einbezogene Hilfsaggregate
Das Feldversuchsprojekt SEPEMO definierte vier Bilanzgrenzen. H1 umfasst Verdichter und Steuerung. H2 ergänzt den Quellventilator oder die Solepumpe. H3 ergänzt Zusatz- und Heizstabheizung. H4 ergänzt die Umwälzpumpen auf der Heizseite. Bei einer Luft-Wasser-Monoblockanlage versorgt der Stromkreis des Außengeräts Verdichter und Ventilator, sodass dieser Zähler allein H2 liefert. Geben Sie Zusatzheizung und Umwälzpumpen als Hilfsaggregate ein, um H4 zu erhalten. Bei H3 und H4 muss der Wärmezähler auch die Wärme der Zusatzheizung erfassen.
COP- und SCOP-Werte im Datenblatt stammen aus Prüfungen nach EN 14825 bei festgelegten Bedingungen. Der SCOP gewichtet diese Prüfpunkte über eine Referenzheizperiode für mittleres, kälteres oder wärmeres Klima bei 35 °C oder 55 °C Vorlauftemperatur. Der gemessene SPF eines realen Gebäudes ist meist niedriger. Die britische Studie Electrification of Heat von Energy Systems Catapult überwachte von 2020 bis 2022 insgesamt 742 Wärmepumpen in Wohnhäusern. Der Median der Luftwärmepumpen lag bei SPF 2,80 an der H4-Grenze und an den kältesten Tagen bei 2,44.
Die Vorlauftemperatur ist vor Ort der wichtigste veränderbare Faktor. Der ideale Carnot-COP ist T_Vorlauf ÷ (T_Vorlauf − T_Quelle), mit Temperaturen in Kelvin. Bei einer Quelle von 0 °C sinkt er von 8,8 bei 35 °C Vorlauf auf 6,0 bei 55 °C, etwa 2 % je Kelvin. Reale Anlagen erreichen in diesem Bereich ungefähr einen konstanten Anteil des Ideals, sodass dasselbe Verhältnis gilt. Heizen mit 55 °C statt 35 °C kostet etwa ein Drittel des COP.
Der Wärmezähler bestimmt die Genauigkeit. Nach MID-Anhang MI-004 kann ein Wärmezähler der Klasse 2 bei einem Zehntel seines Dauerdurchflusses und 5 K Temperaturdifferenz um 5,6 % abweichen, hauptsächlich wegen des Fühlerpaars. Wärmepumpen arbeiten häufig bei höchstens 5 K. Ein wahrer COP von 3,0 kann deshalb als 2,8 bis 3,2 erscheinen, bevor der Stromzähler etwa 1 % eigenen Fehler hinzufügt. Vergleichen Sie den Verlauf einer Anlage mit sich selbst und ignorieren Sie die zweite Nachkommastelle. Der Leitfaden für Wärmezählerdaten beschreibt die Fehleranteile.
300 kW Wärme bei 90 kW Strom für die Wärmepumpe und 10 kW für ihre Umwälzpumpen ergeben COP 300 ÷ 100 = 3. Die Wärmepumpe allein erreicht 3,333. Prüfen Sie den Pumpenanteil auch über einen Tag. Eine Pumpe mit fester Drehzahl, die bei abgeschaltetem Verdichter weiterläuft, beansprucht mehr Tagesenergie als ihr Anteil an einer einzelnen Messung vermuten lässt.
COP im Heizbetrieb 3 Im Rechner öffnen
Über eine Heizperiode erfasste der Wärmezähler 24.000 kWh. Die Wärmepumpe verbrauchte 7.000 kWh und ihre Umwälzpumpen 600 kWh. Der SPF ist 24.000 ÷ 7.600 = 3,158. Das ist nur dann ein H4-Wert, wenn während der Heizperiode keine Zusatzheizung und kein Heizstab lief.
Arbeitszahl für den Zeitraum 3,158 Im Rechner öffnen
Die Zusatzheizung lief bei Kälte und verbrauchte 1.500 kWh in einem eigenen Stromkreis. Sie liegt vor dem Wärmezähler, dessen 24.000 kWh somit bereits etwa 1.500 kWh Wärme der Zusatzheizung enthalten. Mit Heizung betragen die Hilfsenergien 2.100 kWh und der SPF ist 24.000 ÷ 9.100 = 2,637.
Die Wärmepumpe selbst lieferte 22.500 kWh bei 7.000 kWh Stromaufnahme, ein Verhältnis von 3,21. Bei diesem Verhältnis hätte die Wärme des Heizstabs von 1.500 kWh etwa 470 kWh Strom benötigt. Messen Sie die Zusatzheizung in einem eigenen Stromkreis. Steigt ihr Anteil, prüfen Sie ihren Sollwert und die Außentemperatur, bei der sie einschalten darf.
Arbeitszahl für den Zeitraum 2,637 Im Rechner öffnen
Gemeinsamer COP bei jedem COP der Wärmepumpe allein, wenn Hilfsaggregate einen prozentualen Anteil zum eigenen Stromverbrauch der Wärmepumpe hinzufügen.
| Hilfsaggregate (% des Wärmepumpenstroms) | COP 2,5 | COP 3 | COP 3,5 | COP 4 | COP 5 |
|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 2,5 | 3 | 3,5 | 4 | 5 |
| 5 | 2,381 | 2,857 | 3,333 | 3,81 | 4,762 |
| 10 | 2,273 | 2,727 | 3,182 | 3,636 | 4,545 |
| 15 | 2,174 | 2,609 | 3,043 | 3,478 | 4,348 |
| 20 | 2,083 | 2,5 | 2,917 | 3,333 | 4,167 |
| 30 | 1,923 | 2,308 | 2,692 | 3,077 | 3,846 |
| 50 | 1,667 | 2 | 2,333 | 2,667 | 3,333 |
COP beschreibt einen Betriebspunkt. SCOP ist eine nach EN 14825 aus Prüfpunkten und Referenzklima berechnete saisonale Kennzahl hinter dem ErP-Energielabel. SPF wird an einer realen Anlage über eine echte Heizperiode gemessen. Nennen Sie beim SPF stets die Bilanzgrenze H1 bis H4.
An der H4-Grenze erreichte die mittlere Luftwärmepumpe der britischen Electrification-of-Heat-Studie 2,80. Eine für 35 °C bis 45 °C Vorlauf ausgelegte Anlage sollte darüber liegen. Eine Anlage mit Heizkörpern bei mindestens 55 °C wird das schwer erreichen. Erdgekoppelte Anlagen halten ihre Leistung im Winter meist besser, weil die Erdsonde nicht den kältesten Tagen folgt. Vergleichen Sie SPF-Werte nur an derselben Bilanzgrenze.
Prüfen Sie Daten mit Ein- oder Fünf-Minuten-Intervallen auf drei Muster. Beim Abtauen fällt die Wärmeabgabe einige Minuten auf null oder darunter, während der Verdichter weiter Strom aufnimmt, meist bei feuchtem Wetter zwischen 0 °C und 5 °C. Kurzes Takten zeigt sich an Verdichterläufen unter zehn Minuten mehrmals pro Stunde, oft an milden Tagen bei Last unter der Mindestleistung. Zusatzheizung zeigt sich als Stromaufnahme ihres eigenen Kreises bei Außentemperaturen, bei denen die Wärmepumpe allein ausreichen sollte.
Setzen Sie einen Stromzähler auf jeden Stromkreis innerhalb Ihrer Bilanzgrenze und messen Sie die Zusatzheizung getrennt. Setzen Sie einen Wärmezähler in den Wärmepumpenvorlauf hinter jeder in Reihe eingebauten Zusatzheizung. Lesen Sie beide im selben Intervall aus und erfassen Sie Außentemperatur und Betriebsart. Siehe Überwachung der Wärmepumpenleistung für ein vollständiges System.
Ein ZEM misst den Strom der Wärmepumpe und ihrer Hilfsaggregate. Ein ZHM liest die abgegebene Wärme über den M-Bus-Anschluss des Wärmezählers aus.
