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Effizienz von Wärmepumpen: Was ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) und andere Leistungszahlen?

Inhaltsverzeichnis

Nach wie vor gilt die „Jahresarbeitszahlt“ (JAZ) als wichtige Größe, um die Effizienz einer Wärmepumpe auszudrücken. Gebräuchlich ist auch die Leistungszahl „Coefficient of Performance“ (COP). Die neue Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) gibt allerdings die „jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz“ (ETAs) als Fördervoraussetzung an. Was diese verschiedenen Werte aussagen, wie sie berechnet werden und in welchem Zusammenhang sie stehen, können Sie hier lesen.

Was ist die Jahresarbeitszahl?

Die Jahresarbeitszahl steht für die Effizienz eines Heizsystems, das mit einer Wärmepumpe betrieben wird. Sie gibt das Verhältnis zwischen zugeführter Energie (Strom*) und der tatsächlich erzeugten Heizungswärme über die Dauer eines Jahres wieder. Dafür sind beide Werte während des Betriebs über einen Strom- und einen Wärmemengenzähler zu messen. Daher lässt sich die tatsächliche Jahresarbeitszahl nicht im Vorhinein berechnen. Denn sie wird nicht nur von der Wärmepumpe allein, sondern auch von der Effizienz des gesamten Gebäudes und der individuellen Nutzung bestimmt. Welche Faktoren Einfluss auf die JAZ haben, wird im letzten Abschnitt dieses Ratgebers beschrieben.

Ein statisches Berechnungsverfahren (nach VDI 4650) erlaubt es allerdings, eine theoretische Jahresarbeitszahl zu berechnen. Im dritten Abschnitt erfahren Sie Details zur Berechnungsmethode. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Leistungszahl Coefficient of Performance. Was hat nun dieser COP mit der JAZ zu tun?

(* Wir beziehen uns in diesem Ratgeber ausschließlich auf mit Strom betriebene Wärmepumpen.)

Ist der COP identisch mit der JAZ?

Nein, der COP ist nicht gleich der JAZ, wird aber für die Berechnung der Jahresarbeitszahl unbedingt benötigt. Der Coefficient of Performance ist eine Leistungszahl, die das Verhältnis von Nutzwärme zur aufgewendeten elektrischen Energie bei definierten Betriebspunkten der Wärmepumpe ausdrückt. Was heißt das genau? Der COP ist eine Momentaufnahme zu bestimmten Normbedingungen und bezieht sich ausschließlich auf die Wärmepumpe, nicht aber auf das gesamte Heizungssystem. Der Coefficient of Performance wird unter standardisierten Laborbedingungen gemessen, die von der Wärmequelle abhängen:

COP-Wert*Erklärung
A2/W35Lufttemperatur 2 °C, Vorlauftemperatur 35 °C
A7/W35Lufttemperatur 7 °C, Vorlauftemperatur 35 °C
W10/W35Grundwassertemperatur 10 °C, Vorlauftemperatur 35 °C
B0/W35Soletemperatur 0° C, Vorlauftemperatur 35 °C
E4/W35Erdreichtemperatur 4 °C, Vorlauftemperatur 35 °C

* A = Air (Luft-Wasser-Wärmepumpe), W = Water (Wasser-Wasser-Wärmepumpe), B = Brine (Sole-Wasser-Wärmepumpe), E = Exchange (Direktverdampfer-Wärmepumpe)

Das Wertepaar des Betriebspunkts setzt sich immer aus der Temperatur der Wärmequelle (Luft, Boden, Wasser) und der Temperatur am Austritt der Wärmepumpe zusammen. Die fest definierten Bedingungen sind wichtig, um Wärmepumpen überhaupt vergleichbar zu machen.

Eine Erweiterung der Leistungszahl COP ist der SCOP. Diese Abkürzung steht für “Seasonal Coefficient of Performance”. Zur Ermittlung des SCOP wird die Effizienz der Wärmepumpe an vier Betriebspunkten ermittelt, die den durchschnittlichen Außentemperaturen der vier Jahreszeiten entsprechen: 12 °C, 7 °C, 2 °C und -7 °C. (Der “European Seasonal Coefficient of Performance” (ESCOP) wird unter Prüfbedingungen ermittelt, die mehr den europäischen Klimabedingungen entsprechen). Der SCOP ist entscheidend für die Berechnung der jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs) als Fördervoraussetzung einer Wärmepumpe.

Die Berechnung der Jahresarbeitszahl

Wie die JAZ bei elektrisch angetriebenen Wärmepumpen zu berechnen ist, beschreibt die VDI-Richtlinie 4650 Blatt 1. Dabei werden die Jahresarbeitszahlen für Raumheizung und für Warmwasserbereitung getrennt ermittelt und entsprechend ihrem Anteil gewichtet. Unter Berücksichtigung der Betriebsweise der Wärmepumpe ergibt sich daraus die Gesamt-JAZ.

Vereinfacht ausgedrückt ist die JAZ der Quotient aus erzeugter Heizwärme und dem dafür benötigten Strom, was sich in einer Formel so ausdrücken lässt:

JAZ = Heizwärme (kWh/a) / Strom (kWh/a)

Beide Werte sind jeweils auf ein volles Jahr (a = anno) bezogen, woraus sich die Jahresarbeitszahl ergibt. Dazu die Beispielrechnung eines Heizsystems mit einer Leistung von 10 kWh (Kilowatt pro Stunde), bei dem 2,5 kWh Strom eingesetzt und 7,5 kWh Umweltwärme gewonnen werden: Heizwärme (10 kWh) geteilt durch den aufgewendeten Strom (2,5 kWh) ergibt eine Jahresarbeitszahl von 4. Oder in anderen Zahlen ausgedrückt: Diese Wärmepumpe nutzt 25 Prozent Strom und 75 Prozent Umweltwärme, um 100 Prozent Heizwärme bereitzustellen.

Die Berechnung der Jahresarbeitszahl erfolgt komfortabel über den Rechner des Bundesverbands Wärmepumpe e.V.

Der Bundesverband Wärmepumpe e.V. stellt einen JAZ-Rechner nach VDI 4650 zur Verfügung. Hier können die Jahresarbeitszahlen unter verschiedenen Bedingungen ermittelt werden. Neben der Art des Gebäudes und der Vorlauf- und Rücklauftemperatur werden Angaben zur Heizung und Wärmepumpe abgefragt. Diese lassen sich aus einer Herstellerliste mit zahlreichen Wärmepumpen-Modellen automatisch eintragen. Der Hausbauer muss dann nur noch wissen, welchen Anteil der Gesamtwärme er für die Warmwasserbereitung benötigt. Anschließend werden die Jahresarbeitszahlen für den Heizbetrieb, das Warmwasser und die Gesamtbetrachtung ermittelt. Wichtig zu wissen: Die Berechnung nach VDI 4650 berücksichtigt nicht das Nutzungsverhalten der Hausbewohner.

Falls eine Wärmepumpe nicht hinterlegt ist, kann der Nutzer die individuellen Daten des Geräts eingeben. Dazu gehören die Leistung im Auslegungspunkt, die Leistungszahl COP sowie die Temperatur am Verflüssiger und die Leistung der Quellenpumpe. So ist es möglich, die Jahresarbeitszahl auch mit anderen Wärmepumpen zu berechnen.

Die Anwendung von JAZ, COP und ETAs in der Praxis

Wie bereits beschrieben, gibt es einen wesentlichen Unterschied zwischen Jahresarbeitszahl und Coefficient of Performance: Der COP bezieht sich ausschließlich auf die Wärmepumpe als Wärmeerzeuger, während die JAZ die Effizienz des gesamten Heizsystems über ein Jahr betrachtet – also Wärmeerzeuger und Wärmeverteilung zusammen. Da diese Betriebsbedingungen immer individuell sind, finden Sie in den technischen Datenblättern der Wärmepumpen von Vaillant und anderen Herstellern nicht die JAZ, sondern nur den COP. Für beide Werte gilt aber, dass eine höhere Zahl auch eine höhere Effizienz bedeutet: Eine JAZ beziehungsweise ein COP von 5,5 heißt nichts anderes als ein Gewinn der 5,5-fachen Wärmemenge aus einem Teil Strom.

Aus dem SCOP, der die Effizienz der Wärmepumpe im Verlauf der Heizperioden eines Jahres zusätzlich abbildet, wird die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ETAs) errechnet. Die technischen Mindestvoraussetzungen einer Wärmepumpe als Fördervoraussetzung wird über die ETAs (Formelzeichen ηs) definiert. Die Formel dazu ist sehr einfach:

ETAs = SCOP / 2,5 x 100

Der Divisor 2,5 steht für den derzeitigen Primärenergiefaktor des europäischen Strommix. Damit gilt als Förderbedingung außer die Effizienz der Wärmepumpe auch die Umweltbelastung für die Erzeugung des Stroms als Antriebsenergie. Dieser Faktor wird umso günstiger, je mehr Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Für den deutschen Strommix ist der Primärenergiefaktor bereits auf 1,8 abgesenkt worden. Noch ökologischer ist es, die Wärmepumpe mit selbst erzeugtem Sonnenstrom durch eine Photovoltaikanlage zu betreiben.

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Die neue Wärmepumpenförderung ab 2021

Für Wärmepumpen fällt die neue Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) besonders großzügig aus. Der Grund ist, dass Wärmepumpen den Anteil erneuerbarer Energien für die Wärmeerzeugung in Gebäuden drastisch erhöhen.

Bei Neubauten entscheidet das erzielte Effizienzhaus-Niveau über die Höhe der Förderung (entsprechend der Richtlinie BEG WG). Bei Einzelmaßnahmen, wie dem Austausch einer alten Heizung, muss gegenüber dem Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) der Nachweis erbracht werden, dass die neue Wärmepumpe die technischen Mindestvorrausetzungen erfüllt (entsprechend der Richtlinie BEG EM). Dieser Nachweis ist dann sehr einfach, wenn Sie eine Wärmepumpe installieren, die das EPHA-Gütesiegel trägt oder in der BAFA-Liste „Wärmepumpen mit Prüf- / Effizienznachweis“ aufgeführt ist.

Das EPHA-Gütesiegel wird von der „european heat pump association“ verliehen und ist als unabhängiger Zertifizierer in Deutschland anerkannt.

Übrigens: Bei Vaillant werden Wärmepumpen auf einem zertifizierten Prüfstand intern gemessen und extern geprüft. Ein großer Teil unserer Produkte ist daher sowohl mit dem EPHA-Gütesiegel ausgezeichnet als auch in der BAFA-Liste zu finden und somit förderfähig.

Technische Mindestvoraussetzungen für die Förderung elektrisch betriebener Wärmepumpen nach BEG EM:

Art der WärmepumpeMindesteffizienz ETAs*
Bei 35 °C Vorlauftemperatur
Mindesteffizienz ETAs*
Bei 55 °C Vorlauftemperatur
Wärmequelle Luft135 % (~ SCOP 3,375)120 % (~ SCOP 3)
Wärmequelle Erdwärme150 % (~ SCOP 3,75)135 % (~ SCOP 3,375)
Wärmequelle Wasser150 % (~ SCOP 3,75)135 % (~ SCOP 3,375)

*) Jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz ƞs (ETAs)

Welche Faktoren beeinflussen die Jahresarbeitszahl?

Das Ziel einer Wärmepumpenheizung wird immer sein, eine möglichst hohe Jahresarbeitszahl zu erreichen. Als Kennzahl für Effizienz und Wirtschaftlichkeit bedeutet die JAZ weniger Kosten, mehr Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen und weniger CO2-Emissionen. Folgende Faktoren nehmen Einfluss auf die Jahresarbeitszahl:

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