Die Jahresarbeitszahl βWP (JAZ) stellt die mittlere Effizienz einer Wärmepumpenanlage über ein Jahr dar. Entgegen der üblichen Effizienzbezeichnung als Wirkungsgrad werden bei Wärmepumpen die Begriffe Leistungszahl εN (LZ oder COP) und Jahresarbeitszahl verwendet. Weil Umweltwärme genutzt wird, sind die Werte größer 1.
Die Leistungszahl beschreibt die maximal mögliche Wärmeerzeugung je eingesetzter Endenergie für einen bestimmten Wärmepumpentyp. Sie wird vom Hersteller am Prüfstand ermittelt. Die Jahresarbeitszahl berücksichtigt die besonderen Gegebenheiten des konkreten Bauvorhabens, wie z. B. die Heizkreistemperaturen und den Warmwasserbedarf. Die Antriebsenergie für den Verdichter und die erforderlichen Hilfsenergien (Umwälzpumpen, Regelungen, Quellenpumpen oder Ventilatoren) gehen in die Berechnung ein. (Abb.2) zeigt die relevanten Einflußfaktoren für die Berechnung. Wärmeverluste, wie Speicher- oder Zirkulationsverluste, sind nicht zu berücksichtigen.
Rechengang der VDI 4650
Auf https://www.geb-info.de/ unter Downloads/Technik steht eine Excel-Rechenhilfe zur VDI 4650 kostenfrei zur Verfügung (Abb.1). Sie enthält fünf Tabellenblätter: je eines für die Wärmequellen Erdreich, Grundwasser, Außenluft und Kellerluft sowie ein Deckblatt. Die Tabellenblätter können am unteren Rand angewählt werden. Die grauen Felder sind auszufüllen; dazu erscheint eine Ausfüllhilfe, wenn der Cursor die Felder berührt. Die gelben Felder zeigen Ergebnisse und Zwischenergebnisse. Die Tabellen können als Nachweisblatt ausgedruckt werden.
Wärmequelle Erdreich
Einige Angaben sind dem technischen Datenblatt der Wärmepumpe zu entnehmen: Leistungszahl (COP), Temperaturdifferenz am Verflüssiger bei der Prüfstandsmessung und die elektrische Antriebsleistung der Wärmepumpe. Die Soleeintrittstemperatur ist von der Art und Auslegung der Wärmequelle abhängig. Wenn sie in der Vorplanung nicht bekannt ist, können die empfohlenen Werte angesetzt werden. Die Temperaturdifferenz am Verflüssiger ist abhängig vom Heizkreis des Gebäudes. Bei einer Fußbodenheizung mit Vorlauf-/Rücklauftemperaturen von zum Beispiel 40/33°C beträgt die Differenz 7 K.
Die elektrische Leistung der Wärmequellenpumpe ist in der Fachplanung zu ermitteln. Der Deckungsanteil ist zu 1,0 zu setzen, wenn die Wärmepumpe der einzige Wärmeerzeuger ist – also bei monovalenten Systemen. Bei bivalenten Systemen wird der Deckungsgrad mit Hilfe des Bivalenzpunktes ermittelt. Er beschreibt diejenige Außentemperatur, bei der zur Deckung der Heizlast ein zusätzlicher Wärmeerzeuger erforderlich ist. Oberhalb des Bivalenzpunktes heizt nur die Wärmepumpe. Es kann gewählt werden, ob der zusätzliche Wärmeerzeuger parallel oder alternativ zu der Wärmepumpe arbeitet. Abb.3 stellt die Abhängigkeit zwischen Bivalenzpunkt und Deckungsanteil der Wärmepumpe dar. Die Anteile von Heizungs- und Warmwasserbedarf können gemäß EnEV, DIN V 4701-10 oder aus dem Verbrauch ermittelt werden. Nach Eingabe aller Daten, kann die Gesamt-Jahresarbeitszahl abgelesen werden.
Direktverdampfungsanlagen
Direktverdampfungsanlagen werden im Blatt „Erdreich“ berechnet. Der Korrekturfaktor zur Berücksichtigung der Wärmequellenpumpe FP wird zu 1,0 gesetzt, da diese Systeme keine Quellenpumpe benötigen.
Wärmequelle Grundwasser
Analog zu den Erdreich-Wärmepumpen werden die Wasser/Wasser-Wärmepumpen berechnet. Zusätzlich können hier Zwischenwärmetauscher berücksichtigt werden, die eingesetzt werden, um die Wärmepumpe nicht direkt mit Brunnenwasser zu durchspülen. Die Leistung der Zwischenkreispumpe ist zu der Wärmequellenpumpe hinzuzurechnen.
Wärmequelle Außenluft
Bei der Berechnung von Luft/Wasser-Wärmepumpen werden drei Leistungszahlen für unterschiedliche Temperaturen benötigt. Die Heizgrenztemperatur ist je nach Gebäudetyp auszuwählen: Bestandsgebäude, EnEV-Standard, KfW-40-Haus. Die Normaußentemperatur ist abhängig vom Standort des Gebäudes und ist in EN 12831 festgelegt.
Die verbreitete monoenergetische Betriebsweise von Luft/Wasser-Wärmepumpen wird mit Hilfe des Bivalenzpunktes berechnet. Der elektrische Direktheizanteil wird im Heizbetrieb sowie bei der Warmwasserbereitung gleichermaßen einkalkuliert.
Wärmequelle Kellerluft
Bei der Berechnung von Wärmepumpen für die Warmwasserbereitung werden die Gerätedaten aus Prüfstandsbedingungen und Zapfprofilen nach DIN EN 255-3 verwendet, die bereits Aufheiz- und Nachheizeffekte berücksichtigen. Eine absinkende Kellerraumtemperatur während des Wärmepumpenbetriebs wird pauschal durch einen zehnprozentigen Abschlag eingerechnet.
Nachweis im Marktanreizprogramm
Bei der Beantragung der Förderzuschüsse im Marktanreizprogramm (MAP) beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) ist die Einhaltung folgender Mindestjahresarbeitszahlen nachzuweisen:
Wärmequelle: Erdreich und Grundwasser
- Basisförderung Neubau: 4,0
- Basisförderung Altbau: 3,7
- Innovationsförderung Neubau: 4,7
- Innovationsförderung Altbau: 4,5
Wärmequelle: Luft
- Basisförderung Neubau: 3,5
- Basisförderung Altbau: 3,3
- Innovationsförderung Neubau: 4,7
- Innovationsförderung Altbau: 4,5
Das BAFA schreibt als Randbedingungen vor, dass für Bestandsgebäude eine Heizungsvorlauftemperatur von 55°C und eine Heizgrenztemperatur von 15°C anzusetzen ist, sofern nicht geringere Werte nachgewiesen werden. Ab 1. Juli 2009 muss mit der überarbeiteten VDI-Richtlinie im BAFA-Nachweis auch die Warmwasserbereitung berücksichtigt werden.
Peter Mellwig
