Häufig wird nicht die Arbeitszahl bei der Wärmepumpe und damit der Vergleich von abgeführter Energie (Arbeit und Wärme) betrachtet sondern der Vergleich zwischen Antriebsleistung und Heizleistung. Dieser Vergleich wird in der Leistungszahl einer Wärmepumpe wiedergegeben. In diesem Zusammenhang hört man auch häufig vom COP-Wert (Coefficient of Performance). Also ist die Leistungszahl = COP.
Für die Vergleichbarkeit von Wärmepumpen unterschiedlicher Hersteller ist die Leistungszahl der Wärmepumpe unverzichtbar und ist von daher auch Bestandteil der Hersteller Informationen. Doch auch hier wird manchmal geschummelt, so geben einige WP-Hersteller ihre Leistungszahl nach der abgelösten EN 255 an. Nach dieser Norm wurde auf der Seite der Wärmesenke beim Normpunkt mit einer Temperaturdifferenz am Verflüssiger von 10 Kelvin (K) geprüft. Nach der aktuellen EN 14511 werden noch 5 K zugrunde gelegt.
Diese Absenkung hat - im Vergleich zur EN 255 - eine Verminderung des COP-Wertes (Leistungszahl) zur Folge.
Bei der Leistungszahl handelt es sich also um einen Wert der unter bestimmten Randbedingungen von der Wärmepumpe erzielt wird. Somit ist die Leistungszahl ein Momentanwert, der auf einem Prüfstand ohne Hilfsenergie, wie Sole-Pumpen, Heizungspumpen, Brunnenpumpen etc. erzielt werden. Je höher die Leistungszahl der Wärmepumpe desto besser die Wirtschaftlichkeit und der nutzen für die Umwelt.
Zum Betrieb einer Wärmepumpe wird im Regelfall Strom benötigt. Die Leistungszahl drückt dabei das Verhältnis der aufgenommen elektrischen Leistung zur abgegebenen Wärmeleistung aus. Eine Leistungszahl von 5 bedeutet somit, dass 5-mal mehr nutzbare Wärmeenergie zur Verfügung steht, als an elektrischer Leistung aufgebracht werden muss. Die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpenheizung ist von daher höher, je höher die Leistungszahl ist.
Carnot Prozess und Leistungszahl
Der ideale gedachte Prozeß für die Leistungszahl ist der Carnot Prozeß. Über den Carnot Prozess wird der theoretisch größte Wirkungsgrad eines Wärme-Arbeitsprozess dargestellt, dieser ist im Falle der Wärmepumpe die theoretisch größte Leistungszahl εc Dieser Wirkungsgrad ist allerdings in der Praxis nicht zu erzielen. Bei der Berechnung wird die reine Temperaturdifferenz zwischen der warmen Seite T und der kalten Seite T0 berücksichtigt. Andere Faktoren wie der Temperaturabfall zwischen Verdampfer und Verflüssiger auf das Heizungswasser fließen in diese Berechnungen nicht ein von daher ist es praktisch nicht möglich den theoretisch ermittelten Wert zu erreichen.
Die Berechnung der Leistungszahl εc erfolgt nach:
εc = T / T- T0
wobei
T die Temperatur der Umbebungist an die die Wärme abgegeben werden soll
T0 die Temperatur der Umgebung aus der die Wärme entnommen werden soll.
Wie bereits oben ausgeführt handelt es sich hierbei um einen idealen Prozess der in der Praxis nicht vorkommt. Für eine überschlägige Berechnung kann ε gleich 0,5 x εc gesetzt werden.
Aus diesem Zusammenhang lässt sich sehr schön ableiten warum etwa der Einsatz einer Fußbodenheizung in einer Wärmepumpenheizung deutlich effizienter ist, als der Einsatz von herkömmlichen Heizkörpern die mit vergleichsweise hohen Vorlauftemperaturen betrieben werden.
Bei einer Außentemperatur T von 0 °C = 273 K und einer Heizwasser Vorlauftemperatur von T0 55 °C = 328 K. Ergibt sich eine theoretische Leistungszahl der Wärmepumpe nach Carnot von 6,0. Dieser Fall würde bei Verteilung der Raumwärme über Heizkörper eintreten. Berücksichtigt man nun eine Fußbodenheizung, deren Vorlauftemperatur bei 32°C liegt ergibt sich für die Beispielberechnung eine Leistungszahl der Wärmepumpe von 9,5, also deutlich höher. Wie gesagt je höher die Leistungszahl einer Wärmepumpe je höher die Energieeffizienz.
Ein weiterer Punkt da an der Leistungszahl sehr schön darzustellen ist, betrifft die Effizienz der Bauarten von Wärmepumpen. Luft/Wasser Wärmepumpen arbeiten im Normalfall mit Außenluft und die Temperaturen der Außenluft liegen im Winter oft deutlich unter 0 °C
Noch ein Beispiel dazu
T = -12 °C = 261 K
T0 = 55 °C = 328 K
Leistungszahl der Wärmepumpe = 328K / 67 K = 4,9
Die Leistungszahl der Luft/Wasser Wärmepumpe geht von daher bei niedrigen Außentemperaturen deutlich nach unten. Bei einer Erdwärmepumpe ist dieser Effekt nicht so stark, da die Temperaturen im Erdreich relativ konstant sind.
