COP der Wärmepumpe: Was er ist, wie er gemessen wird und warum er im Nebel nicht mehr derselbe ist
Wer zwei Wärmepumpen vergleicht, schaut zuerst auf eine Zahl: den COP. Es ist die richtige Zahl, und es ist auch die, die sich am leichtesten besser aussehen lässt, als sie ist. In diesem Tipp erklären wir, was der COP ist und wie man ihn erhält, warum der Katalogwert im Labor entsteht und nicht im Januarnebel, was sich mit der Außentemperatur und mit der Wassertemperatur ändert, was SCOP, EER und SEER sind, und welche Teile der Maschine entscheiden, ob diese Zahl auch im Winter hält.
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Was der COP ist und wie man ihn erhält
COP steht für coefficient of performance, auf Deutsch Leistungszahl. Es ist die Wärmeenergie, die die Wärmepumpe an die Heizung abgibt, geteilt durch die elektrische Energie, die sie dafür verbraucht. Bringt die Maschine 4 kW Wärme ins Haus und der Zähler zeigt 1, ist der COP 4: Für jede bezahlte kWh kommen vier bei den Heizkörpern oder im Fußboden an. Die anderen drei holt sie gratis aus der Außenluft.
Die Rechnung beginnt mit drei Messungen. Am Wasserkreis liest man den Durchfluss, die Vorlauf- und die Rücklauftemperatur ab. Die abgegebene Wärme ist Durchfluss mal Temperaturdifferenz mal spezifische Wärme des Wassers: 1,72 m³/h bei 5 °C Differenz ergeben 10 kW. Auf der elektrischen Seite misst ein Wattmeter, was Verdichter, Ventilator, Elektronik und interne Pumpen aufnehmen. Teilt man die erste Zahl durch die zweite, erhält man den COP.
Es ist die Zahl, die sagt, wie gut eine Maschine ist, und tatsächlich wird sie als erste verglichen. Das Problem ist, wo sie gemessen wird.
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Im Labor, nicht im Nebel
Der Katalog-COP entsteht in einer Klimakammer, unter Bedingungen, die die Norm EN 14511 festlegt. Der meistgenannte, A7/W35, bedeutet Luft bei +7 °C und Wasser bei 35 °C. Ein weiterer Prüfpunkt, A2/W35, hat Luft bei +2 °C mit einer Feuchte um 84 %. Das sind saubere, konstante Bedingungen, für alle gleich, und sie dienen dem Vergleich der Maschinen. Das Haus steht aber nicht im Labor.
Im Winter in der Poebene sieht die Wirklichkeit anders aus. Bei 2 °C draußen und Nebel erreicht die Feuchte 90 % und oft 100 %. Die Luft, die den Außenwärmetauscher durchströmt, kühlt sich um einige Grad ab, der Dampf schlägt sich auf den Lamellen nieder und gefriert. Der Reif wächst schnell und verschließt die Luftwege. Der Ventilator müht sich, der Wärmetauscher überträgt weniger, und die Maschine muss, um weiter zu heizen, anhalten und abtauen.
Während des Abtauens heizt die Wärmepumpe das Haus nicht: Einige Minuten lang entnimmt sie der Heizung Wärme und schickt sie nach draußen, um das Eis zu schmelzen. Diese Energie wird bezahlt und kommt nicht bei den Heizkörpern an, also sinkt der wahre COP des Tages.
Im Labor sieht man diesen Teil oft nicht. Eine Prüfung dauert kurz, oft anderthalb Stunden im stationären Betrieb. Bildet sich der Reif langsam, endet die Messung vor der ersten Abtauung, und die Maschine weicht ihr aus. Heraus kommt eine Tabelle, die die Abtauung nicht berücksichtigt, und das ist ein Weg, die Zahlen schöner aussehen zu lassen, als sie sind. Die Zahl ist wahr, aber sie beschreibt eine Maschine, die dem härtesten Teil des Winters ausgewichen ist.
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Was den Unterschied macht: Wärmetauscher, Ventilator und Kreislauf
Den Unterschied macht die Qualität des Kältekreislaufs, Teil für Teil.
- Wärmetauscher und Ventilator. Mit 2,5 mm Lamellenabstand und einer großen Austauschfläche braucht der Reif länger, um die Wege zu verschließen, und die Abtauungen sind seltener und kürzer. Wir haben das im Tipp zum Lamellenabstand und im Tipp zur Abtauung erklärt.
- Rohrdurchmesser. Enge Rohre kosten weniger, bremsen aber das Kältemittel: Der Verdichter muss stärker drücken, um dieselbe Gasmenge umzuwälzen, und diese Mehrarbeit zahlt man auf der Stromrechnung.
- Das 4-Wege-Ventil. Es ist das Ventil, das den Kreislauf zum Abtauen und zum Kühlen umkehrt. Ist es für die Maschine zu klein, kommt das Gas nur mühsam hindurch, und in jeder Betriebsstunde geht Wirkungsgrad verloren.
- Der Wasserwärmetauscher bei Luft-Wasser-Geräten. Mehr Platten bedeuten mehr Fläche zwischen Kältemittel und Wasser: Der Verdichter kann mit niedrigerem Druck arbeiten, um der Heizung dieselbe Temperatur zu liefern, und der COP steigt.
- Der Verteiler in den Platten. Wenn er da ist, teilt er das Kältemittel gleichmäßig auf alle Platten auf. Ohne ihn arbeiten einige Platten viel und andere fast gar nicht, und der Tauscher leistet, als wäre er kleiner.
- Verdichter und Inverter. Der Verdichter muss fürs Heizen im Winter gewählt werden, nicht vom Kühlen übernommen (Tipp zu den Verdichtern), und der Inverter muss ihn fast die ganze Saison bei halber Leistung arbeiten lassen, wo der Wirkungsgrad am höchsten ist (Tipp zur Auslegung). Auch der Inverter verbraucht: Ein Teil des Stroms, der in ihn hineinfließt, wird in seinen Bauteilen zu Wärme. Bei unseren Wohnhausgeräten ist der Inverter aus Siliziumkarbid (SiC): Er schaltet mit weniger Verlusten als herkömmliches Silizium, wird weniger warm und lässt dem Verdichter mehr Energie. Das ist Wirkungsgrad, gewonnen ohne den Kreislauf anzufassen: Den Unterschied zwischen SiC und IGBT erklären wir im Tipp zum Inverter.
Das sind Bauteile, die man in einem Datenblatt nicht sieht. Beim Labor-COP wiegen sie wenig, im Januarnebel machen sie den ganzen Unterschied.
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Der COP ändert sich mit der Luft draußen und dem Wasser drinnen
Derselbe Verdichter mit demselben Wärmetauscher liefert andere Zahlen, je nachdem, wie kalt es draußen ist und wie warm das Wasser sein muss. Je näher die beiden beieinander liegen, desto höher der COP. Man sieht es in den Datenblättern der europäischen HP-Keymark-Zertifizierung, gemessen von einem unabhängigen Labor bei Teillast nach EN 14825. Für eines unserer Luft-Wasser-Geräte mit 8 kW und Propan:
Zwei Dinge sind aus dieser Tabelle zu lesen. Erstens: Den „COP 10“, den manche suchen, gibt es, aber bei +12 °C mit Fußbodenheizung und der Maschine im Minimum, nicht im Januar. Zweitens: Der Schritt von 35 auf 55 °C Vorlauf kostet bei jeder Außentemperatur etwa ein Drittel des COP. Deshalb lohnt es sich, das Wasser mit der niedrigsten Temperatur zu schicken, die die Anlage annimmt, und die 70 °C für die Tage aufzuheben, an denen sie wirklich nötig sind, wie wir im Tipp zu den Heizkörpern erklären.
| Außenluft | Wasser 35 °C (Fußboden) | Wasser 55 °C (Heizkörper) |
|---|---|---|
| -7 °C | COP 3,59 | COP 2,56 |
| +2 °C | COP 5,84 | COP 4,19 |
| +7 °C | COP 7,64 | COP 5,77 |
| +12 °C | COP 10,37 | COP 8,16 |
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SCOP: die Zahl, die auf die Stromrechnung geht
Der COP ist eine Momentaufnahme bei einer einzigen Temperatur. Der SCOP, die saisonale Leistungszahl, ist der Film des ganzen Winters: Die Norm EN 14825 nimmt die Stunden eines typischen Winters, teilt sie nach Außentemperatur auf, misst den COP bei -7, +2, +7 und +12 °C und bildet den stundengewichteten Mittelwert. Das Ergebnis sagt, wie viel Wärme man je elektrischer kWh über die ganze Saison erhält, und daraus entsteht die Energieklasse auf dem Etikett.
Für dieselbe Maschine wie in der Tabelle ist der zertifizierte SCOP 5,75 bei Wasser von 35 °C und SCOP 4,20 bei 55 °C. Es ist die Zahl, die man zwischen zwei Wärmepumpen vergleicht, bei gleicher Wassertemperatur und gleichem Klima: Das Keymark-Datenblatt gibt sie für das mittlere Klima und, wenn vorhanden, für das kalte an. Auch der SCOP entsteht aber im Labor aus denselben Prüfungen, von denen oben die Rede war: Er sagt, wer effizienter ist, nicht, wie viel Sie in Ihrem Haus verbrauchen werden.
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EER und SEER: dasselbe im Sommer
Wenn die Wärmepumpe kühlt, heißt das Verhältnis zwischen abgegebener Kälte und verbrauchtem Strom EER, energy efficiency ratio. Der SEER ist seine saisonale Version, wie der SCOP fürs Heizen. Der Mechanismus ist identisch, mit vertauschten Rollen: Je wärmer die Außenluft und je kälter das Wasser sein muss, desto niedriger der EER. Eine Maschine mit großem Wärmetauscher und einem Ventilator, der ihn gut durchströmt, hat aus demselben Grund einen guten EER wie einen guten COP: Sie überträgt viel Wärme mit kleiner Temperaturdifferenz.
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Das Energielabel: was A+++ bedeutet
„Energieeffizienz Wärmepumpe“ wird in Deutschland 260-mal im Monat gesucht. Auf dem Label steht nicht der SCOP, sondern die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz ηs: der SCOP geteilt durch 2,5, den Faktor, mit dem Europa Strom in Primärenergie umrechnet, minus 3 Punkte für die Regelung.
Die Klasse hängt von dieser Zahl und von der Wassertemperatur ab. Mit Wasser von 35 °C, wie bei der Fußbodenheizung, bedeutet A+++ mindestens 175 %; mit Wasser von 55 °C, wie bei Heizkörpern, mindestens 150 % (Verordnung (EU) 811/2013; das heutige Label gilt seit dem 26. September 2019). Unsere Kita X hat 221,5 % bei 35 °C und 172,7 % bei 55 °C: beide Male A+++.
Zwei Geräte in A+++ können trotzdem sehr verschieden sein: Die Klasse ist eine Stufe und sagt nicht, wie weit ein Gerät über der Schwelle liegt. Zum Vergleich schaut man auf den SCOP oder die ηs, bei gleicher Wassertemperatur und im gleichen Klima.
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Was das für die Stromrechnung bedeutet
Ein Haus, das 15.000 kWh Wärme im Jahr braucht, kauft mit einem realen SCOP von 4 davon 3.750 kWh Strom. Mit einem realen SCOP von 3 kauft es 5.000: 1.250 kWh mehr, jedes Jahr, für dasselbe Haus bei derselben Temperatur. Der Unterschied zwischen 4 und 3 ist der zwischen einer Maschine, die auch im Nebel nahe an ihren Katalogwerten bleibt, und einer, die sie unterwegs verliert. Im Tipp zum Verbrauch haben wir nach Größe gerechnet; im Tipp zur Nutzleistung erklären wir, warum bei -7 °C die Leistung so viel zählt wie der COP.
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Wie man ein Datenblatt liest, ohne sich täuschen zu lassen
- Bei welchen Bedingungen der COP angegeben ist: Luft, Wasser, Voll- oder Teillast. Ein COP ohne die Bedingungen daneben sagt nichts.
- Wer ihn gemessen hat: Eine HP-Keymark-Zertifizierung oder ein unabhängiges Labor sind mehr wert als eine Katalogzahl.
- Der SCOP bei 35 und bei 55 °C, nicht nur bei 35.
- Die abgegebene Leistung bei -7 °C: Eine Maschine kann einen guten COP haben und trotzdem nicht genug Leistung, wenn sie gebraucht wird.
- Das Gewicht, das verrät, wie viel Wärmetauscher darin steckt (Tipp zu Klimagerät und Wärmepumpe).
- Der Lamellenabstand und wie die Abtauung geregelt wird.
- Bis zu welcher Wassertemperatur sie ohne Heizstab kommt.
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Der COP, der zählt, ist der auf dem Display
Das Labor dient dem Vergleich, das Haus dem Bezahlen. Deshalb sind unsere Maschinen für das Zweite gebaut: Wärmetauscher mit 2,5 mm Lamellen, Plattentauscher mit Reserve ausgelegt, Verdichter für die Kälte gewählt, Siliziumkarbid-Inverter bei den Wohnhausgeräten, Wasser mit 70 °C, wenn es nötig ist. Und die Effizienz versprechen wir nicht: Sie lesen sie auf dem Display ab.
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Häufige Fragen
Was ist der COP einer Wärmepumpe?
Das Verhältnis zwischen der Wärme, die die Maschine an die Heizung abgibt, und dem Strom, den sie verbraucht. COP 4 bedeutet vier kWh Wärme für jede bezahlte kWh.
Was ist ein guter COP?
Das hängt von den Messbedingungen ab. Bei +7 °C mit Wasser von 35 liegen die zertifizierten Werte über COP 7; bei -7 °C mit Heizkörpern bei 55 liegt auch eine ausgezeichnete Maschine zwischen COP 2,5 und 3. Zwei COP zu vergleichen hat nur bei gleichen Bedingungen Sinn.
Was bedeutet Wärmepumpe mit COP 5, 7 oder 10?
Das sind echte Werte bei milden Außentemperaturen und niedriger Wassertemperatur, typischerweise zwischen +7 und +12 °C mit Fußbodenheizung. Es ist nicht der COP vom Januar.
Was ist der Unterschied zwischen COP und SCOP?
Der COP wird bei einer einzigen Temperatur gemessen. Der SCOP ist der stundengewichtete Mittelwert über einen typischen Winter nach EN 14825 und die Zahl hinter der Energieklasse.
Was ist der EER?
Der COP des Kühlens: abgegebene Kälte geteilt durch verbrauchten Strom. Der SEER ist seine saisonale Version.
Warum sinkt der COP bei Kälte und Nebel?
Weil der Wärmetauscher in der Luft weniger Wärme findet und sich bei feuchter Luft mit Reif bedeckt. Die Maschine muss abtauen, und in diesen Minuten verbraucht sie, ohne das Haus zu heizen.
Siehe auch: Heizkurve der Wärmepumpe einstellen: Was sie ist, warum sie 5 Grad zu hoch steht und wie die Vorlauftemperatur ohne sie sinkt · Wärmepumpe im Winter: Wie gut arbeitet sie bei Minusgraden, bis -20 und -25 °C?
Alle Technik-Tipps stehen auf der Seite der Reihe. Der nächste in zwei Wochen.
