Hausbesitzer lesen 12.000 Kilowattstunden am Wärme- und 4.000 Kilowattstunden am Stromzähler ab. Eingesetzt in die obige Gleichung ergibt sich dabei eine Arbeitszahl von drei.
Jahresarbeitszahl: Wärmepumpe effizient betreiben
Beratung anfordern
Bild: © Andrey Popov / Shutterstock.com
Lässt sich die Effizienz meiner Wärmepumpenheizung steigern oder läuft die Anlage im optimalen Bereich? Eine Antwort auf diese Frage gibt die Jahresarbeitszahl (kurz JAZ). Sie beschreibt, wie viel Strom nötig ist, um Wärme bereitzustellen und bezieht sich in der Regel auf ein volles Jahr. Dabei gilt: Je höher der Betrag ausfällt, umso geringer sind die Heizkosten. Doch was ist eine gute Jahresarbeitszahl? Wie lässt sich der Kennwert berechnen und was hilft, wenn das Ergebnis weit unter dem Durchschnitt liegt? Wir geben Antworten auf die wichtigsten Fragen.
So sparsam läuft die Wärmepumpe
Geht es um die Effizienz von Heizsystemen, kennen viele den Wirkungsgrad. Er ist das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand und gut, wenn sein Betrag hoch ist. Ähnlich verhält es sich mit der Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe. Während der Nutzen mit der abgegebenen Heizwärme gleichzusetzen ist, entspricht der Aufwand der eingesetzten Strommenge. Anders als die Leistungszahl einer Wärmepumpe, die nur für einen Betriebspunkt gilt, bezieht sich die Jahresarbeitszahl auf einen Zeitraum. In der Regel handelt es sich dabei um ein ganzes Jahr oder eine Heizperiode.
Verschiedene Methoden zur Ermittlung der Jahresarbeitszahl
Geht es um die Ermittlung der Jahresarbeitszahl, haben sich verschiedene Verfahren etabliert. Am sichersten ist dabei die Berechnung auf Basis von Messwerten, bei der Experten auch vom Seasonal Performance Factor (SPF) sprechen. Zuverlässige Ergebnisse liefert diese jedoch erst nach der ersten Heizperiode. Um die Jahresarbeitszahl schon vor dem Einbau der Wärmepumpe abschätzen zu können, gibt es zusätzlich theoretische Verfahren. Diese sind in der VDI 4650 definiert und wichtig, zum Beispiel um Fördermittel beantragen zu können.
Theoretische Berechnung des Kennwerts nach VDI 4650
Liegen zum Zeitpunkt der Planung keine Informationen zu Wärmeabgabe oder Stromverbrauch vor, lässt sich die Jahresarbeitszahl nach den Anforderungen der VDI 4650 ermitteln. Mit einer Simulation auf Stundenbasis oder einem vereinfachten, auf verschiedenen Leistungszahlen basierenden Verfahren, ermitteln Planer und Fachhandwerker dabei den sogenannten Seasonal Coefficient of Performance (SCOP). Da für die Berechnung Standardklimadaten und -raumtemperaturen zum Einsatz kommen, kann das Ergebnis allerdings von der Realität abweichen.
Übrigens: Es gibt online Arbeitszahl-Rechner für Wärmepumpen. Diese fragen wichtige Einflussfaktoren ab und helfen dabei, den Betrag vorläufig abzuschätzen. Interessant ist das vor allem für die Planung, wenn es um den Vergleich verschiedener Heizsysteme oder Heizgeräte geht.
Berechnung der Jahresarbeitszahl mit Messwerten (SPF)
Neben der theoretischen Berechnung der Jahresarbeitszahl lässt sich der Kennwert auch anhand realer Messwerte (Seasonal Performance Factor) bestimmen. Diese liefern Wärmemengen- und Stromzähler, die zum einen die abgegebene Wärmemenge und zum anderen die aufgenommene Strommenge erfassen.
Wichtig: Für einheitliche Ergebnisse müssen die richtigen Systemgrenzen gewählt werden. Erfassen die Zähler beispielsweise nur den Stromverbrauch des Verdichters, ist der Ablesewert am Ende eines Jahres niedriger als bei der Messung des Verbrauchs der gesamten Heizungsanlage. Das wirkt sich wiederum auf die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe aus. In der Praxis berücksichtigen Experten die für Steuerung, Verdichtung und Wärmequellenerschließung verbrauchte Strommenge sowie den Stromverbrauch eines Heizstabes, wenn ein solcher vorhanden ist.
Einfache Gleichung für die Ermittlung des Effizienzkennwerts
Sind die Zähler installiert und in Betrieb, lässt sich die Jahresarbeitszahl berechnen. Dazu lesen Sie die Messgeräte in regelmäßigen Abständen ab und notieren die Beträge. Anschließend berechnen Sie die Energiemengen, die in einem Jahr abgegeben beziehungsweise aufgenommen wurden. Dazu ziehen Sie den Stand des Vorjahres vom Stand des aktuellen Jahres ab. Mit diesen Ergebnissen und der folgenden Gleichung lässt sich die Jahresarbeitszahl berechnen:
- Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe = Abgegebene Wärme / Stromverbrauch
Da alle Beträge in Kilowattstunden einzutragen sind, handelt es sich bei dem Ergebnis um eine dimensionslose Kennzahl. Mit der folgenden Gleichung lässt sich diese nutzen, um den Stromverbrauch und die Heizkosten abzuschätzen:
- Stromverbrauch = Abgegebene Wärme / Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe
Soll kein anderer Wärmeerzeuger ins Haus kommen, lässt sich die abgegebene Wärme mit dem Gebäudewärmebedarf gleichsetzen. Diesen lesen Sie aus alten Abrechnungsdaten oder den Unterlagen Ihres Energieberaters ab. Anschließend dividieren Sie den Wärmebedarf durch die geschätzte Arbeitszahl der Wärmepumpe und erhalten den Stromverbrauch in Kilowattstunden. Multipliziert mit dem aktuellen Strompreis ergeben sich daraus die möglichen Heizkosten eines Jahres. Die zwei folgenden Beispiele zeigen, wie die Berechnung der Jahresarbeitszahl funktioniert.
Ein Altbau benötigt 15.000 Kilowattstunden Wärme im Jahr und soll auf eine Wärmepumpe umgerüstet werden. Ein Experte prüft die örtlichen Gegebenheiten und rechnet mit einer Jahresarbeitszahl von drei. Eingesetzt in die zweite Gleichung ermittelt er daraufhin einen Stromverbrauch von 5.000 Kilowattstunden. Diesen multipliziert er mit dem aktuellen Strompreis, um die Heizkosten vorläufig zu ermitteln.
Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe verbessern
In einigen Fällen lässt sich das Ergebnis verbessern, indem Sie den Temperaturhub senken. Dabei handelt es sich um die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur. Ist diese niedrig, muss der Verdichter bei gleicher Wärmeabgabe der Anlage weniger leisten. Das führt zu einem geringeren Stromverbrauch und dazu, dass die Jahresarbeitszahl steigt.
Bereits bei der Planung für maximale Effizienz sorgen
Um eine hohe Jahresarbeitszahl zu erreichen und Heizkosten zu sparen, kommt es bereits bei der Planung auf eine ganzheitliche Herangehensweise an. Das betrifft vor allem die Wahl der passenden Wärmepumpenart.
- Entscheiden sich Verbraucher beispielsweise für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe, fällt die Anfangsinvestition etwas geringer aus. Durch die niedrigen Außenlufttemperaturen im Winter ist dafür allerdings mit einem höheren Stromverbrauch zu rechnen.
- Sole- und Wasser-Wasser-Wärmepumpen greifen auf eine Wärmequelle mit höherem Temperaturniveau zu und erreichen eine bessere Jahresarbeitszahl. Sie verbrauchen dadurch weniger, kosten in der Anschaffung allerdings mehr.
Jahresarbeitszahl im Bestand nachträglich optimieren – Tipps vom Experten
Läuft die eigene Heizung schon und der JAZ-Wert liegt deutlich unter dem theoretisch ermittelten Wert, lässt sich die Effizienz auch nachträglich steigern. Wie das geht, erklärt unser Viessmann Wärmepumpen-Experte Egbert Tippelt. Er beschäftigt sich seit beinahe vier Jahrzehnten mit dem Thema "Wärmepumpe" und weiß genau, worauf es ankommt. Diese Maßnahmen kommen laut seiner Expertise bei einer Optimierung infrage:
- Heizkurve einstellen: Indem Sie die Heizkurve richtig einstellen, passen Sie die Regelung der Heizung optimal an Ihr Gebäude an. Die Vorlauftemperatur sinkt, Ihre Wärmepumpe verbraucht weniger Strom und Sie sparen Heizkosten ein.
- Hydraulischer Abgleich: Bei einem hydraulischen Abgleich stellen Experten die Heizung so ein, dass diese alle Räume mit der exakt benötigten Wärme versorgt. In der Praxis führt das in der Regel zu niedrigeren Vorlauftemperaturen und damit auch zu einer höheren Jahresarbeitszahl.
- Heizflächen austauschen: Ein großes Einsparpotenzial verbirgt sich im Bereich der Heizflächen. Sind diese sehr klein, benötigen sie hohe Temperaturen, um die erforderliche Wärme übertragen zu können. Ein Austausch durch größere Heizkörper, Niedertemperatur- sowie Wärmepumpenheizkörper oder Flächenheizsysteme trägt zu einer Absenkung der Wärmesenkentemperatur (Heizungsvorlauftemperatur) bei. Denn damit erreichen Sie mit niedrigeren Heizwassertemperaturen den gleichen Komfort und betreiben die Wärmepumpe effizienter.
Eine interessante Lösung: Die smarten Thermostate von Viessmann. Diese sorgen nicht nur für einen höheren Komfort beim Einstellen der Raumtemperaturen. Sie optimieren auch Heizkennlinie und Anlagenhydraulik automatisch, um die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe zu speichern und Heizkosten einzusparen.
Mit einer Sanierung den Wärmeschutz verbessern
Ratsam sind darüber hinaus auch Arbeiten an der thermischen Gebäudehülle. Lassen Sie Fenster tauschen oder Wände und Dächer dämmen, sinkt der Wärmebedarf. Die Heizung kann mit niedrigeren Vorlauftemperaturen arbeiten und die Arbeitszahl fällt höher aus. Die gestiegene Effizienz führt daraufhin zu einem geringeren Stromverbrauch und sinkenden Heizkosten.
Welche Maßnahmen für wen infrage kommen, um Wärmepumpe und Jahresarbeitszahl zu optimieren, hängt vom individuellen Gebäude ab. Fachhandwerker und Energieberater nehmen dieses genau unter die Lupe. Sie stellen Einsparpotenziale heraus und schlagen daraufhin günstige Sanierungslösungen vor.
Weitere Kennwerte für die Effizienz der Umweltheizung
Neben der Jahresarbeitszahl gibt es weitere Kennwerte für die Effizienz einer Wärmepumpe. Dazu gehören die Leistungszahl (auch Coefficient of Performance oder COP) und die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs). Die folgende Übersicht erklärt, was diese Angaben voneinander unterscheidet und wann sie jeweils zum Einsatz kommen.
- Leistungszahl (COP): Die unter Laborbedingungen ermittelte Leistungszahl einer Wärmepumpe findet sich häufig in den Herstellerunterlagen. Sie beschreibt das Verhältnis von Wärmeabgabe zu Stromaufnahme und gilt für einen bestimmten Betriebspunkt. Welcher das ist, lässt sich an den verwendeten Indizes erkennen. Diese bestehen aus zwei Buchstaben und je einer Zahl. Die Buchstaben stehen dabei für die Medien Luft (A), Erdreich (B) oder Wasser (W) und werden mit einem Zahlenwert für die Medientemperatur ergänzt. Bei einem COP A5 W35, geht es also um die Leistungszahl bei einer Außenlufttemperatur von fünf und einer Vorlauftemperatur von 35 Grad Celsius.
- Jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs): Die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs) beschreibt die Umweltauswirkung der Heizung. Um den Kennwert zu berechnen, multiplizieren Fachleute den SCOP mit dem Primärenergiefaktor des europäischen Strommix. Der Kennwert gehört zu den Kriterien der Förderung für eine Wärmepumpe und ist damit von besonderer Relevanz.
Von allen vorgestellten Kennwerten sagt allein die Jahresarbeitszahl etwas über die tatsächliche Effizienz einer Wärmepumpe aus. Denn diese basiert auf realen Messwerten, während alle anderen Werte unter Laborbedingungen entstehen.