Der starke Abfall der Jahresarbeitszahl in den schlechteren Effizienzklassen wird deutlich. Die Effizienz der Wärmepumpe ist in der schlechtesten Gebäudeklasse H um 36% geringer als in Klasse A+. Dies wirkt sich linear auf die Treibhausgasemissionen und die Heizkosten aus, die dann entsprechend höher sind.
Schlagwort: JAZ
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Beispielhafte Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Gebäude-Effizienzklasse
Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur (gemessene Werte, eigene Darstellung, Quelle: Fraunhofer ISE 2020)
Ein wesentlicher Einfluss auf die Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen ist die Vorlauftemperatur – also die Temperatur, die die Wärmepumpe dem Haus zur Verfügung stellt. Sie kann nicht frei gewählt werden, sondern ergibt sich aus
- den Wärmeverlusten des Gebäudes, und
- der Leistungsfähigkeit der Heizkörper oder der Fußbodenheizung.
Je niedriger die Vorlauftemperatur ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Dieser Zusammenhang ist in der Abbildung dargestellt mit gemessenen Werten aus einem Feldtest des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE). Die Abbildung zeigt ebenfalls, dass Wärmepumpen, die Luft als Wärmequelle nutzen, grundsätzlich eine geringere Jahresarbeitszahl haben als solche, die das Erdreich nutzen. Die Abbildung zeigt: bei höheren Vorlauftemperaturen fällt die Effizienz deutlich ab, was zu höheren Kosten und Treibhausgasemissionen führt.
Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur (berechnet nach VDI 4650)
Ein wesentlicher Einfluss auf die Jahresarbeitszahl von Wärmepumpen ist die Vorlauftemperatur – also die Temperatur, die die Wärmepumpe dem Haus zur Verfügung stellt. Sie kann nicht frei gewählt werden, sondern ergibt sich aus
- den Wärmeverlusten des Gebäudes, und
- der Leistungsfähigkeit der Heizkörper oder der Fußbodenheizung.
Je niedriger die Vorlauftemperatur ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Dieser Zusammenhang ist in der Abbildung mit berechneten Werten aus einem Feldtest des Fraunhofer Instituts für Solare Energiesysteme (ISE). Die Abbildung zeigt ebenfalls, dass Wärmepumpen, die Luft als Wärmequelle nutzen, grundsätzlich eine geringere Jahresarbeitszahl haben als solche, die das Erdreich nutzen. Die Abbildung zeigt: bei höheren Vorlauftemperaturen fällt die Effizienz deutlich ab, was zu höheren Kosten und Treibhausgasemissionen führt.
Beispielhafte Abfolge einer Gebäudesanierung: gezielte Vorbereitung mit NT-ready-Maßnahmen, Wechsel zu Erneuerbaren Energien, klimaneutrales Gebäude in der Zukunft
- Ist-Zustand: Dach und oberste Geschossdecke wurden bereits im Jahr 2010 gedämmt. Unter der Kellerdecke gibt es eine alte, dünne Dämmung. Die Heizkörper sind großzügig dimensioniert; eine Vorlauftemperatur von 63°C wäre ausreichend, jedoch hat das bisher niemand detailliert berechnet und so läuft die Heizung mit 70°C.
- Dämmung der Außenwand: Die Fassade ist nach 44 Jahren unansehnlich und soll erneuert werden. Bei dieser Gelegenheit wird gleich ein Wärmedämm-Verbundsystem aufgebracht. Im Zuge der BEG-Förderung musste auch ein hydraulischer Abgleich durchgeführt werden. Eine Vorlauftemperatur von 57°C reicht nun aus.
- Optimierung der Wärmeverteilung: Der hydraulische Abgleich ergibt, dass der Heizkörper im Bad die Höhe der Vorlauftemperatur vorgibt. Er wird gegen einen hohen Handtuchtrockner ausgetauscht. Die Heizkörper werden an den Thermostatventilen abgeglichen, Heizungsregelung und Pumpe auf die neuen Vorgaben eingestellt. Die Vorlauftemperatur sinkt auf 53°C; das Gebäude ist jetzt NT-ready.
- Einbau einer Wärmepumpe: Die nächste Chance zum Umstieg auf Erneuerbare Energien wird genutzt. Die Wärmepumpe läuft nur mit einer JAZ von 2,8, aber stößt damit schon 30% weniger CO2 aus als ein Gasbrennwertkessel. Durch den künftig immer weiter wachsenden Anteil von Erneuerbarem Strom steigen die Einsparungen jährlich weiter.
- Klimaneutrales Gebäude: In den verbleibenden Jahren bis 2045 werden weitere Instandhaltungserfordernisse genutzt, um das Gebäude vollständig zu dämmen. Nun kann die Vorlauftemperatur auf 41°C gesenkt werden und die JAZ der Wärmepumpe steigt auf effiziente 3,4.
Jahresarbeitszahlen in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur (eigene Darstellung auf Basis Fraunhofer ISE)
Wärmepumpen nutzen Umweltwärme aus der Luft, dem Erdreich oder dem Grundwasser mit Temperaturen zwischen -2 und 12°C. Sie heben diese niedrigen Temperaturen unter Einsatz von Strom auf ein Temperaturniveau, das für Heizung und Warmwasserbereitung nutzbar ist, an. Je höher sie die Temperatur anheben müssen, desto mehr Strom brauchen sie dafür. Das Verhältnis von erzeugter Wärme zu eingesetztem Strom wird als Jahresarbeitszahl (JAZ) bezeichnet. Je höher die JAZ, desto effizienter läuft die Wärmepumpe.
In einem Forschungsprojekt wurden 56 reale Wärmepumpen vermessen (Fraunhofer ISE 2020). Die Abbildung zeigt die gemessenen JAZ in Abhängigkeit von der Vorlauftemperatur. Es wird deutlich, dass die höchsten JAZ bei den niedrigsten Vorlauftemperaturen erreicht werden. Die Grafik zeigt aber auch, dass Wärmepumpen technisch gesehen auch mit höheren Temperaturen betrieben werden können, wobei eine JAZ von 2,0 einen doppelt so hohen und damit meist unwirtschaftlichen Stromverbrauch bedeutet wie eine JAZ von 4,0.