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Was ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) einer Wärmepumpe?

Inhaltsverzeichnis

Was ist die Jahresarbeitszahl?

Ist der COP identisch mit der JAZ?

Die Berechnung der Jahresarbeitszahl

Die Anwendung von JAZ und COP in der Praxis

Wärmepumpenförderung und JAZ

Welche Faktoren beeinflussen die Jahresarbeitszahl?

Was ist die Jahresarbeitszahl?

Wenn Sie sich mit Wärmepumpen für Ihre neue Heizung auseinandersetzen, ist Ihnen bestimmt schon der Fachbegriff „Jahresarbeitszahl“, auch als JAZ bezeichnet, untergekommen. Die JAZ steht dabei für die Effizienz eines Heizsystems, das mit einer Wärmepumpe betrieben wird. Als Kenngröße für die Wirtschaftlichkeitsberechnung gibt sie das Verhältnis zwischen zugeführter Energie (Strom*) und der tatsächlich erzeugten Heizungswärme über die Dauer eines Jahres wieder. Da beide Werte über einen Strom- und einen Wärmemengenzähler gemessen werden, ist klar, dass sich die tatsächliche Jahresarbeitszahl nicht im Vorhinein berechnen lässt, sondern individuell für jedes Gebäude und die damit verbundene Nutzungssituation ermittelt wird.

Zahlreiche Faktoren, die wir im letzten Abschnitt dieses Ratgebers beleuchten, haben Einfluss auf die JAZ. Für die Förderung von Wärmepumpen muss jedoch die voraussichtliche Jahresarbeitszahl berechnet werden, denn davon hängt die BAFA-Förderung (Bundesamt für Wirtschaft und Außenkontrolle) ab. Ein statisches Berechnungsverfahren (nach VDI 4650) erlaubt es, anhand technischer Daten zu Wärmepumpe und Heizsystem die Jahresarbeitszahl zu berechnen. Im dritten Abschnitt gehen wir auf die Berechnungsmethode ein. Eine wesentliche Rolle spielt dabei die Leistungszahl „Coefficient of Performance“, abgekürzt COP. Was hat nun der 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. Unter dem Coefficient of Performance versteht man eine Leistungskennzahl, die bei einer Wärmepumpe das Verhältnis von Nutzwärme zur aufgewendeten elektrischen Energie bei definierten Betriebspunkten 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. Man misst den Coefficient of Performance unter Laborbedingungen und setzt dabei für verschiedene Typen von Wärmepumpen standardisierte Bedingungen an:

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 der Betriebsbedingung 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. Anhand der COP-Werte entscheidet sich nämlich, ob eine Wärmepumpe beim BAFA förderfähig ist. Es gibt zwei Möglichkeiten, um dies festzustellen:

  1. Die Wärmepumpe hat das EHPA-Gütesiegel erhalten: In diesem Fall werden die von der BAFA geforderten COP-Werte automatisch erreicht.
  2. Die Wärmepumpe ist auf der Liste der potenziell förderfähigen Wärmepumpen des BAFA mit den entsprechenden COP-Werten enthalten. Damit ist die Grundlage für die Förderung gegeben.

Übrigens: Bei Vaillant werden Wärmepumpen auf einem zertifizierten Prüfstand intern gemessen und extern geprüft. Ein großer Teil unserer Produkte ist in der BAFA-Liste zu finden.

Die Berechnung der Jahresarbeitszahl

Beim BAFA ist die Bestimmung der Jahresarbeitszahl einer elektrischen Wärmepumpe wie folgt beschrieben:

„Die Jahresarbeitszahl (JAZ) bei elektrisch angetriebenen Wärmepumpen ist nach der jeweils gültigen VDI 4650 Blatt 1 zu bestimmen. Dabei werden die Jahresarbeitszahlen für Raumheizung und für Warmwasserbereitung berechnet und entsprechend ihrem Anteil gewichtet. Unter Berücksichtigung der Betriebsweise der Wärmepumpe wird dann die Gesamt-JAZ ermittelt.“

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. Nehmen wir als Beispiel ein Heizsystem mit 10 kW Leistung, bei dem 2,5 kWh Strom eingesetzt und 7,5 kWh Umweltwärme gewonnen werden. Diese Heizung nutzt einen Teil Strom und drei Teile Umweltwärme, zusammen also vier Teile an gesamter Heizwärme. Teilt man diese vier Teile Wärmemenge (10 kWh) durch einen Teil aufgewendeten Strom (2,5 kWh), erhält man eine Jahresarbeitszahl von 4.

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

Der Bundesverband Wärmepumpe e.V. stellt auf seiner Webseite einen JAZ-Rechner nach VDI 4650 zur Verfügung. Hier können nach der Eingabe von Daten die Jahresarbeitszahlen unter verschiedenen Bedingungen ermittelt werden. Neben der Art des Gebäudes und der Vorlauf- und Rücklauftemperatur werden detailliert Eingaben zur Heizung und Wärmepumpe abgefragt. Alle Wärmepumpen, die von der BAFA als potenziell förderfähig eingestuft wurden, können per Klick über den Herstellerlink abgerufen werden. 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 die Wärmepumpe nicht in der BAFA-Liste erfasst 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. Damit wird es möglich, die Jahresarbeitszahl auch mit anderen Wärmepumpen zu berechnen. Wichtig für den Einsatz und die Förderfähigkeit in Deutschland ist jedoch, dass die Wärmepumpe das EHPA-Gütesiegel trägt.

Die Anwendung von JAZ und COP in der Praxis

Wie bereits geschrieben gibt es einen wesentlichen Unterschied zwischen Jahresarbeitszahl und Coefficient of Performance: Letzterer bezieht sich ausschließlich auf die Wärmepumpe selbst, während die JAZ das gesamte Heizsystem auf ein Jahr betrachtet und so dessen Effizienz beleuchtet. Es ist deshalb nicht möglich, die Jahresarbeitszahl vorher exakt zu berechnen, da sie von mehreren Faktoren, auf die wir im letzten Abschnitt eingehen, abhängt. Bei Wärmepumpen von Vaillant und anderen Herstellern finden Sie im technischen Datenblatt (3516 kB) nie die Angabe einer JAZ, sondern lediglich den COP, weil dieser unter definierten Bedingungen gemessen werden kann.

Für beide Werte gilt aber in der Praxis, dass eine höhere Zahl auch eine höhere Effizienz bedeutet: Eine JAZ bzw. ein COP von 5,5 heißt nichts anderes als ein Gewinn der 5,5-fachen Wärmemenge aus einem Teil Strom. Vom Gesetzgeber werden nun bestimmte Mindest-Jahresarbeitszahlen für Wärmepumpen gefordert. Warum? Damit die Technologie auch tatsächlicher effizienter ist als eine Versorgung mit fossilen Energieträgern. Im folgenden Abschnitt gehen wir auf die Förderrichtlinien ein.

Wärmepumpenförderung und JAZ

Generell werden Wärmepumpen durch Bund und Länder gefördert, sowohl in Bestandsgebäuden als auch bei Neubauten. Das sogenannte Marktanreizprogramm ist die Grundlage für die Förderung. Unterschieden wird dabei zwischen Modernisierung von Bestandsgebäuden und Neubauprojekten. Das BAFA teilt seine Zuschüsse in die Kategorien Basisförderung (ausschließlich Gebäudebestand) und Innovationsförderung (Gebäudebestand und Neubau) ein. Als förderfähig hinsichtlich der Innovationsförderung gelten zum einen Wärmepumpen mit einer hohen Jahresarbeitszahl (mindestens 4,5), die ausschließlich mit Flächenheizungen arbeiten und von einem Fachbetrieb ein Jahr nach Inbetriebnahme überprüft werden, zum anderen Wärmepumpen, die eine verbesserte Systemeffizienz aufweisen können. Im zweiten Fall ist keine erhöhte JAZ nach VDI 4650 nötig, sondern die Effizienz wird anhand der System-Jahresarbeitszahl (SJAZ) beurteilt.

Hinsichtlich der Basisförderung gilt, dass elektrische Wärmepumpen mindestens die folgenden Jahresarbeitszahlen erreichen müssen:

Art der WärmepumpeMindest-JAZ
Luft-Wasser3,50
Sole-Wasser/Wasser-Wasser3,80 (Wohngebäude)
Sole-Wasser/Wasser-Wasser4,00 (Nichtwohngebäude ohne Warmwasserbereitung)

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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. Neben dem COP-Wert gibt es noch andere wichtige Faktoren, die einen Einfluss auf die Jahresarbeitszahl haben.

Vorlauftemperatur

Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto effizienter kann eine Wärmepumpe arbeiten. Bei einem Neubau ist deshalb eine Flächenheizung (Fußbodenheizung, Wand-/Deckenheizung) zwingend erforderlich, um effizient heizen zu können. Bei Bestandsbauten kann auf größere Heizkörper oder direkt auf Flächenheizung umgestellt werden. Natürlich können mit einer Wärmepumpe auch hohe Vorlauftemperaturen erzeugt werden. Es ist nur alles andere als wirtschaftlich.

Wärmequelle

Je niedriger der Unterschied von der Temperatur der Wärmequelle zur gewünschten Vorlauftemperatur ist, desto höher kann auch die Jahresarbeitszahl ausfallen. Luft-Wasser-Wärmepumpen sind zwar durch den einfachen Aufbau vergleichsweise günstig, gegenüber Systemen mit Grundwasser und Erdreich als Wärmequelle aber benachteiligt, denn diese haben konstant hohe Temperaturen. Die Anschaffung einer Sole-Wasser- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpe bedeutet deshalb eine höhere Jahresarbeitszahl, gleichzeitig aber auch höhere Investitionskosten.

Gebäudedämmung und Warmwasserbereitung

Gut gedämmte Gebäude haben weniger Wärmebedarf, d.h. der Anteil der Warmwasserbereitung am Gesamtenergiebedarf nimmt zu. Es ist naheliegend, der Wärmepumpe gleichzeitig die Warmwasserbereitung zu übertragen und beispielsweise mit einem Frischwassersystem oder einem Warmwasserspeicher zu kombinieren. Der zusätzliche Einsatz von Solarthermie macht eine Wärmepumpe noch effizienter und steigert die Jahresarbeitszahl des Heizsystems.

Klimatische Situation

Je kälter ein Winter ist, desto mehr muss geheizt werden. Die Außentemperatur hat auch einen Einfluss auf die Jahresarbeitszahl, denn die jeweiligen Normtemperaturen nach DIN 12831 haben einen unterschiedlichen Temperaturhub (Differenz zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur) zur Folge. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen kann es vorkommen, dass die JAZ in kalten Gebieten deutlich niedriger ist als in Gegenden mit milden Temperaturen.

Heizverhalten der Bewohner

Nicht zuletzt hat das Heizverhalten der Hausbewohner einen Einfluss auf die Jahresarbeitszahl. In einem gut gedämmten Haus mit Flächenheizung sind 20 bis 21 Grad Celsius völlig ausreichen, um es komfortabel und warm zu haben. Mehr Wärme ist mit einer Wärmepumpe durchaus möglich, geht aber zulasten der Effizienz und damit der Jahresarbeitszahl. Wer falsch lüftet und die Räume zu sehr auskühlen lässt, trägt ebenfalls dazu bei, dass die Wärmepumpe in den ineffizienten Bereich gelangt. Eine witterungsgeführte Steuerung des Heizsystems und bewusstes Lüften ist daher die optimale Lösung, um eine hohe Jahresarbeitszahl zu erreichen.

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