Wärmepumpen-Effizienz verstehen
COP und Heizleistung hängen stark von zwei Temperaturen ab: Außentemperatur (Quelle) und Vorlauftemperatur (Senke, LWT). Die Diagramme zeigen die Kennlinien je LWT – und darunter eine einfache SCOP-Schätzung basierend auf Klimadaten.
1) COP & Heizleistung (Vollast)
COP (Coefficient of Performance) ist das Verhältnis aus abgegebener Wärmeleistung (kW) zu elektrischer Leistungsaufnahme (kW). Ein COP von 4 heißt: Aus 1 kWh Strom werden etwa 4 kWh Wärme.
Er hängt stark vom Temperaturhub ab: Je kälter die Außenluft (Quelle) und je höher die Vorlauftemperatur (Leave Water Temperature: LWT, Senke), desto härter muss der Verdichter arbeiten – COP sinkt. Zusätzlich wirken bei Frost Abtauzyklen und Betriebsgrenzen.
Datenquelle: LG Therma V R290 – Heizbetrieb, Maximum Capacity (inkl. Abtau-Effekt), Messverfahren EN14511. Laut Dokument ist Interpolation erlaubt, Extrapolation nicht.
Um den Gefrierpunkt ist die Außenluft häufig feucht, und der Verdampfer (Lamellen/„Coil“) liegt im Betrieb oft unter 0 °C. Dadurch bildet sich Eis, das die Wärmeübertragung verschlechtert. Die Wärmepumpe muss dann regelmäßig abtau(en)(Reverse-Cycle-Defrost): In dieser Zeit wird weniger nutzbare Wärme geliefert, aber Strom wird weiterhin verbraucht – der COP fällt sichtbar ab. In den LG-Tabellen ist dieser Effekt explizit enthalten.
- Unter ca. −5 °C ist die Luft oft trockener → tendenziell weniger Vereisung.
- Über ca. +5 °C bleibt die Coil-Temperatur häufiger über 0 °C → kaum Vereisung.
Hinweis: Das sind typische Tendenzen – Wind, Luftfeuchte, Geräteauslegung und Luftstrom können den Dip verstärken oder abschwächen.
2) Teillast: Warum steigt die Effizienz bei Teillast? (z. B. 25%, 50%)
In der Praxis läuft eine Wärmepumpe im Jahresverlauf sehr häufig nicht am Maximum, sondern in Teillast (z. B. 25% oder 50%). Viele Geräte sind in diesen milden Betriebsstunden insgesamt effizienter – vor allem, weil Nebenverluste kleiner werden und die Anlage stabiler durchläuft.
Inverter‑geregelt heißt: Verdichter, Ventilator und oft auch die Umwälzpumpe können ihre Drehzahl anpassen. So kann die Wärmepumpe näher am Bedarf laufen, statt ständig an/aus zu schalten.
- Weniger Start/Stop → geringere Anfahr‑ und Regelverluste (EN 14825 bildet Teillast-/Taktverluste über Cdh ab).
- Hilfsantriebe (Ventilator/Pumpe) können bei geringerer Drehzahl deutlich weniger Strom benötigen.
Für Pumpen/Ventilatoren gilt näherungsweise: Volumenstrom ∝ n, Druck ∝ n², Leistung ∝ n³. Das erklärt, warum Teillaststunden oft so „günstig“ sind: Halbiert man die Drehzahl, sinkt der Stromverbrauch (pro Zeit) grob um 87,5%.
Gelten die Pumpengesetze auch für Inverter‑Kompressoren? Nicht 1:1. Die n³‑Näherung passt für Pumpen/Ventilatoren (Strömungsmaschinen). Beim Verdichter hängt die Leistungsaufnahme u. a. von Druckverhältnis, Massenstrom und Betriebszustand ab – der Trend ist zwar „weniger Drehzahl = deutlich weniger Strom“, aber nicht als sauberes n³‑Gesetz.
- 75% Drehzahl → Stromverbrauch sinkt grob um 57,8% → ca. 0,422 kW
- 50% Drehzahl → Stromverbrauch sinkt grob um 87,5% → ca. 0,125 kW
- 25% Drehzahl → Stromverbrauch sinkt grob um 98,4% → ca. 0,016 kW
Je größer die Wärmepumpe, desto öfter kann sie im Winter/Übergang in Teillast laufen – gleichzeitig steigt aber das Risiko, dass die Heizlast unter die Mindestleistung fällt. Dann kann die WP nicht weiter runter modulieren und beginnt zu takten.
- Ist Takten bei modernen WPs noch ein Problem? Weniger als früher – aber die Mindestleistung beachten, da dauerhaftes Takten Effizienz kostet und den Verschleiß erhöhen kann.
- Typischer „Takt‑Trigger“: Warmwasser im Sommer (kurze Ladungen, hohe Temperaturen, wenig Abnahme).
- Ein größerer Speicher kann Starts reduzieren (längere Laufzeiten), bringt aber auch Speicherverluste – „einfach riesig“ ist nicht automatisch effizient.
Wichtig: COP hängt weiterhin stark vom Temperaturhub (Außenluft ↔ Vorlauf) ab. Teillast hilft oft über Nebenverluste und weniger Takten – ersetzt aber keine passende Auslegung und niedrige Vorlauftemperaturen.
3) SCOP nach EN 14825 (Bin‑Methode)
Die Berechnung erfolgt hier immer nach EN 14825 mit der Bin‑Methode im Standardklima „Straßburg“. Wenn Teillast‑Prüfpunkte (A‑7/A2/A7/A12) vorhanden sind, liegt der berechnete SCOP meist nahe an den Herstellerangaben.
Trage Werte aus Datenblatt/Label ein, wenn du den deklarierten SCOP möglichst exakt treffen willst.
Hintergrund: Unsere Kennlinien sind „Maximum Capacity“. Deklarierte EN‑14825 Werte basieren auf Teillast‑Messpunkten/Regelung und liegen oft höher. Kalibrierung skaliert COP, damit SCOP passt.
4) Wie wird SCOP nach EN 14825 berechnet?
SCOP (Seasonal COP) ist ein jahresgewichteter Wirkungsgrad: Jahres-Heizwärme geteilt durch den dafür benötigten Strom. EN 14825 macht das nicht über ein einzelnes Betriebspunkt-Paar, sondern über eine Bin-Methode (Temperaturklassen mit Stundenanteilen) – für das Durchschnittsklima „Straßburg“ sind diese Stunden je Außentemperatur fest vorgegeben.
Das Profil besteht aus Bins von −10 °C bis +15 °C mit jeweils Hj Stunden (Summe 4.910 h). Aus diesen Stunden wird die „equivalent full load hours“ HHE = Σ(pl(Tj) · Hj) berechnet. Für Straßburg ergibt sich HHE ≈ 2.066.
Farbe: COPbin (blau niedrig → rot hoch). Deckkraft: je mehr Stunden, desto „stärker“. Hover zeigt Details.
In diesem Rechner sind die Bins nach 813/2013 (Annex III) codiert und HHE wird zur Plausibilitätsprüfung angezeigt.
Man setzt eine Auslegungs-Heizleistung Pdesignh am Designpunkt Tdesignh (Straßburg: −10 °C) an. Daraus entsteht eine lineare Heizlastkurve über die Außentemperatur: pl(Tj) = (Tj − 16) / (Tdesignh − 16), begrenzt auf 0…1. Die Bin-Heizleistung ist dann Pdh(Tj) = Pdesignh · pl(Tj).
16 °C ist die Heizgrenze im Profil (darüber wird pl=0).
Linie = pl(T) nach Normformel. Punkte = Bins (nur Hj>0), Kreisgröße ~ Stunden Hj; Hover zeigt pl, Pdh und Hj.
Für die Anwendung wird eine feste Wasser-Austrittstemperatur angesetzt: W35 (35 °C) bzw. W55 (55 °C). Für jedes Bin Tj wird ein COP aus der Kennlinie abgefragt (Interpolation erlaubt, keine Extrapolation). Optional wird ein Teillast-/Taktverlust über den Koeffizienten Cdh abgebildet (vereinfacht): COPbin = COPfull · CR / (Cdh·CR + (1−Cdh)) mit CR = Pdh(Tj)/Ph(Tj).
In der Praxis stammen die deklarierten EN‑14825 Werte aus normierten Teillast-Messpunkten. Unsere Daten sind „Maximum Capacity (inkl. Abtau)“ – deshalb kann der berechnete SCOP niedriger ausfallen.
Farbe: COPbin (blau niedrig → rot hoch); Deckkraft ~ Hj. Hover zeigt COPfull, COPbin, Kapazität, Backup und Energie je Bin.
Plausible Hilfsverbräuche (für LG ~9kW, falls genutzt): Poff 10 W · Pto 30 W · Psb 10 W · Pck 0 W.
Pro Bin gilt: Heizenergie QH,j = Pdh(Tj) · Hj und Strom E,j = QH,j / COPbin. Über alle Bins summiert: QH = ΣQH,j und Eactive = ΣE,j. Daraus SCOPon = QH / Eactive. Zusätzlich werden (falls vorhanden) Hilfsverbräuche wie Standby/Off/Crankcase über feste Stundenanteile addiert; dann ergibt sich der finale SCOP.
Aus der Kennlinie (Auszug, Außentemperatur → COP):
- Teillast/Modulation: Mindestleistung, Regelstrategie und Cycling beeinflussen die Saison stark.
- Mess- vs. Tabellenraster: Deklaration nutzt definierte Prüfpunkt‑Kombinationen (A‑7/A2/A7/A12 …), wir interpolieren aus Hersteller‑Tabellen.
- Abtau/Feuchte: In „Maximum Capacity“ ist der Abtau‑Einfluss explizit drin, was einzelne Bins nach unten ziehen kann.