Kennzahlen und Dimensionierung von Wärmepumpen
Einleitung: Die richtige Wärmepumpe finden
Es ist soweit – eine Wärmepumpe soll eingebaut werden. Stellt sich nur die Frage: Welche?
Um Wärmepumpen zu vergleichen und die richtige Größe zu wählen, gibt es wichtige Kennzahlen. In diesem Artikel erklären wir alle relevanten Werte und geben praktische Faustformeln zur Dimensionierung.
Die wichtigsten Kennzahlen
COP – Coefficient of Performance
Definition: Das Verhältnis von erzeugter Wärmeleistung zu aufgewendeter elektrischer Leistung – gemessen unter Standardbedingungen (Laborbedingungen).
Formel: COP = Wärmeleistung (kW) / Elektrische Leistung (kW)
Die Bedeutung verschiedener COP-Werte lässt sich anschaulich darstellen:
| COP | Bedeutung |
|---|---|
| 3,0 | Für 1 kW Strom erhält man 3 kW Wärme |
| 4,0 | Für 1 kW Strom erhält man 4 kW Wärme |
| 5,0 | Für 1 kW Strom erhält man 5 kW Wärme |
Richtwert: Ein COP von über 4 gilt als gut, über 5 als sehr gut.
Wichtig: Der COP wird unter Laborbedingungen gemessen und ist nur ein Momentanwert. Die tatsächliche Effizienz im Alltag kann abweichen!
SCOP – Seasonal Coefficient of Performance
Definition: Der saisonale COP – ein gewichteter Durchschnittswert über eine typische Heizperiode.
Der SCOP berücksichtigt:
- Verschiedene Außentemperaturen
- Unterschiedliche Betriebszustände
- Realistischere Nutzungsbedingungen
Vorteil: Realistischer als der COP, da er verschiedene Bedingungen einbezieht.
JAZ – Jahresarbeitszahl
Definition: Die tatsächliche Effizienz einer Wärmepumpe über ein ganzes Jahr – gemessen im realen Betrieb.
Formel: JAZ = Erzeugte Wärme (kWh/Jahr) / Verbrauchter Strom (kWh/Jahr)
Je nach erreichter JAZ lässt sich die Effizienz der Anlage bewerten:
| JAZ | Bewertung |
|---|---|
| < 3,0 | Verbesserungsbedürftig |
| 3,0–3,5 | Akzeptabel |
| 3,5–4,0 | Gut |
| > 4,0 | Sehr gut |
Der Unterschied zu COP/SCOP:
- COP/SCOP sind Herstellerangaben unter definierten Bedingungen
- JAZ ist der tatsächliche Wert Ihrer konkreten Anlage
Weitere wichtige Kennzahlen
Neben COP und JAZ gibt es weitere wichtige Kennzahlen für die Auswahl einer Wärmepumpe:
| Kennzahl | Bedeutung |
|---|---|
| Heizleistung (kW) | Maximale Wärmeleistung |
| Vorlauftemperatur | Temperatur des Heizungswassers (optimal: 35–50°C) |
| Rücklauftemperatur | Temperatur des zurückfließenden Wassers |
| GWP | Global Warming Potential des Kältemittels |
| Schallleistungspegel (dB) | Lautstärke der Außeneinheit |
Vorlauf- und Rücklauftemperatur
Vorlauftemperatur: Die Temperatur des Heizungswassers, das zur Heizung fließt.
Die erforderliche Vorlauftemperatur hängt vom Heizsystem ab:
| Heizsystem | Typische Vorlauftemperatur |
|---|---|
| Fußbodenheizung | 30–40°C |
| Niedertemperatur-Heizkörper | 45–55°C |
| Alte Heizkörper | 60–70°C |
Wichtig: Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe!
Warum? Bei hohen Vorlauftemperaturen muss der Kompressor mehr arbeiten, was den Wirkungsgrad senkt.
GWP – Global Warming Potential
Das Treibhauspotenzial des verwendeten Kältemittels:
Je nach Kältemittel unterscheiden sich die Umweltauswirkungen erheblich:
| Kältemittel | GWP | Bewertung |
|---|---|---|
| R290 (Propan) | 3 | Sehr gut |
| R32 | 675 | Mittel |
| R410A | 2088 | Schlecht |
Je niedriger der GWP-Wert, desto umweltfreundlicher!
Schallleistungspegel
Die Lautstärke der Außeneinheit – wichtig für Nachbarschaft und Nachtruhe:
Um die Dezibelwerte einordnen zu können, hilft ein Vergleich mit Alltagsgeräuschen:
| Schallpegel | Vergleich |
|---|---|
| 40 dB | Leise Wohngebiete |
| 50 dB | Normales Gespräch |
| 60 dB | Büro-Geräuschpegel |
| 70 dB | Straßenverkehr |
Empfehlung: Außeneinheit mit maximal 50 dB wählen.
Faustformeln zur Dimensionierung
Um die richtige Wärmepumpe zu wählen, muss zunächst der Wärmebedarf ermittelt werden.
Schritt 1: Gesamtwärmebedarf berechnen
Formel: Wärmebedarf (kW) = Wohnfläche (m²) × Spezifischer Wärmebedarf (W/m²) / 1000
Spezifischer Wärmebedarf nach Gebäudetyp
Der spezifische Wärmebedarf variiert stark je nach Dämmstandard des Gebäudes:
| Gebäudetyp | Spezifischer Wärmebedarf |
|---|---|
| Passivhaus | 10–20 W/m² |
| KfW-40 Neubau | 25–35 W/m² |
| KfW-55 Neubau | 35–45 W/m² |
| Gut sanierter Altbau | 50–70 W/m² |
| Teilsanierter Altbau | 70–100 W/m² |
| Unsanierter Altbau | 100–150 W/m² |
Beispiel: 150 m² gut sanierter Altbau
- 150 m² × 60 W/m² = 9.000 W = 9 kW
Schritt 2: Sperrzeit berücksichtigen
Energieversorger bieten oft günstige Wärmepumpen-Tarife an – allerdings mit Sperrzeiten (z.B. 3 × 2 Stunden pro Tag).
Formel für Zusatzleistung:
Zusatzleistung = Grundlast × (Sperrzeit in Stunden / 24)
Beispiel: 9 kW Grundlast, 6 Stunden Sperrzeit
- 9 kW × (6/24) = 9 kW × 0,25 = 2,25 kW
- Gesamtleistung: 9 + 2,25 = 11,25 kW
Schritt 3: Warmwasser berücksichtigen
Wenn die Wärmepumpe auch Warmwasser bereiten soll:
Faustformel: ~0,25 kW pro Person
Je nach Haushaltsgröße muss ein entsprechender Zuschlag eingeplant werden:
| Haushaltsgröße | Zusätzlicher Bedarf |
|---|---|
| 2 Personen | 0,5 kW |
| 4 Personen | 1,0 kW |
| 6 Personen | 1,5 kW |
Gesamtberechnung Beispiel
Ein konkretes Beispiel zeigt, wie alle Faktoren zusammenspielen:
| Posten | Berechnung | Ergebnis |
|---|---|---|
| Grundlast | 150 m² × 60 W/m² | 9,0 kW |
| Sperrzeit | 9 kW × 0,25 | 2,25 kW |
| Warmwasser | 4 Personen × 0,25 kW | 1,0 kW |
| Gesamt | 12,25 kW |
→ Eine 12–14 kW Wärmepumpe wäre passend.
Überdimensionierung vermeiden!
Achtung: Eine zu große Wärmepumpe ist nicht besser!
Probleme bei Überdimensionierung
Eine zu große Wärmepumpe kann verschiedene Probleme verursachen:
| Problem | Erklärung |
|---|---|
| Takten | Ständiges Ein-/Ausschalten |
| Verschleiß | Höhere Belastung des Kompressors |
| Ineffizienz | Wärmepumpe arbeitet selten im Optimum |
| Höhere Kosten | Unnötig hohe Anschaffungskosten |
Die goldene Regel
Lieber etwas kleiner dimensionieren und bei Spitzenlasten einen Heizstab zuschalten, als zu groß dimensionieren!
Kennzahlen im Vergleich
Bei der Auswahl einer Wärmepumpe sollten Sie vergleichen:
Beim Kauf einer Wärmepumpe können einige Werte verglichen werden, während andere erst im Betrieb ermittelt werden:
| Vorab vergleichbar | Nach Betrieb ermittelbar |
|---|---|
| COP (Herstellerangabe) | JAZ (Ihre tatsächliche Effizienz) |
| SCOP | |
| Schallleistungspegel | |
| GWP des Kältemittels | |
| Heizleistung (kW) |
Worauf besonders achten?
- SCOP ist realistischer als COP
- Niedrige Vorlauftemperatur ermöglichen (Fußbodenheizung!)
- Niedriger GWP-Wert für Umweltschutz
- Angemessene Lautstärke für Ihr Wohnumfeld
- Passende Dimensionierung – nicht zu groß!
Wirtschaftlichkeitsrechnung
Jährliche Stromkosten berechnen
Formel: Stromkosten = Wärmebedarf (kWh) / JAZ × Strompreis (€/kWh)
Beispiel:
- Wärmebedarf: 15.000 kWh/Jahr
- JAZ: 4,0
- Strompreis: 0,30 €/kWh
→ 15.000 / 4 × 0,30 = 1.125 €/Jahr
Vergleich mit anderen Heizsystemen
Ein Kostenvergleich zeigt die Vorteile der Wärmepumpe gegenüber anderen Heizsystemen:
| System | Kosten für 15.000 kWh Wärme |
|---|---|
| Wärmepumpe (JAZ 4) | ~1.125 €/Jahr |
| Gasheizung | ~1.800 €/Jahr |
| Ölheizung | ~2.100 €/Jahr |
| Direktstrom | ~4.500 €/Jahr |
Die Wärmepumpe ist langfristig am wirtschaftlichsten!
Fazit
Kernaussage: Die wichtigsten Kennzahlen für die Wärmepumpen-Auswahl sind SCOP/COP (Effizienz – je höher, desto besser), Heizleistung (passend zum berechneten Bedarf), Vorlauftemperatur (je niedriger, desto effizienter), Schallpegel (für gute Nachbarschaft) und GWP (für Umweltschutz). Mit den Faustformeln lässt sich der Wärmebedarf grob abschätzen. Für eine genaue Planung empfiehlt sich eine professionelle Heizlastberechnung nach DIN EN 12831.
Ob Ihre Wärmepumpe allein heizen soll oder mit einem zweiten Wärmeerzeuger zusammenarbeitet, klärt der Artikel Betriebsweisen: Monovalent, Bivalent und Hybrid.
Die komplette Artikelserie „Wärmepumpen"
- Der Anti-Kühlschrank: Wie funktioniert eine Wärmepumpe? – Grundlagen
- Die Komponenten: Wärmetauscher, Kompressor und Expansionsventil – Bauteile
- Kennzahlen und Dimensionierung von Wärmepumpen – Sie sind hier
- Betriebsweisen: Monovalent, Bivalent und Hybrid – Betriebsarten
- Wärmepumpen-Typen und das Dreamteam mit Solaranlagen – Luft-Wasser, Sole-Wasser & Solar