Die Jahresarbeitszahl ist nicht immer entscheidend

Energieeffizienz bedeutet, mit einem möglichst geringen Einsatz von Energie einen möglichst großen Nutzen zu erzielen. Für den ­Betrieb einer Wärmepumpenheizung heißt das konkret, mit einem möglichst kleinen Anteil an Antriebsenergie (Strom) einen ­möglichst großen Anteil an Umweltenergie aus Erdreich, Grundwasser oder Luft in Wärme für Raumheizung und Warmwasser umzuwandeln. Welche Faktoren beeinflussen die Effizienz der Wärmepumpe? Welche Rolle spielt das Nutzerverhalten? Geht es am Ende um Effizienz oder Effektivität?

Eine Wärmepumpe kann unterschiedliche Vorlauftemperaturen erzeugen. Der übliche Bereich liegt zwischen 30 und 55 °C. Die Vorlauftemperaturen sind mit entscheidend für die Effizienz: Je niedriger die Temperatur (der Temperaturhub), desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Allerdings reagiert die Wärmepumpe sensibel auf Fehler. Entscheidend für den effizienten Einsatz der Wärmepumpe ist deshalb zunächst die besonders sorgfältige Planung und Auslegung der Anlage, abgestimmt auf die Gegebenheiten der Umgebung, des Gebäudes und auf den Nutzerbedarf. Äußerst wichtig ist auch die fachgerechte Installation der Anlage. Der Fachhandwerker leistet durch die Einhaltung der Installationsanleitungen der Hersteller, ein abgestimmtes Hydraulikkonzept, fachgerechtes Dämmen der Leitungen, den hydraulischen Abgleich und eine professionelle Übergabe und Einweisung des Nutzers den wichtigsten Beitrag zum effizienten Betrieb der Anlage.

Jahresarbeitszahl, Effizienz und Effektivität
Die Effizienz einer Wärmepumpe wird ausgedrückt in der Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie beschreibt das Verhältnis zwischen abgegebener Wärmeenergie und eingesetzter Antriebsenergie (Strom) über den Zeitraum eines Jahres. Die berechnete Jahresarbeitszahl nach VDI 4650 Blatt 1 ist aktuell für die Beantragung staatlicher Fördergelder relevant. Im Rahmen der Novellierung der Förderstruktur wird sich dies jedoch unter Umständen ändern ­(siehe Textkasten). Für den Verbraucher bleibt die Jahresarbeitszahl unabhängig davon zur Ermittlung seiner Verbrauchskosten wichtig. Aber auch hier muss differenziert werden: Die Berechnung der Jahresarbeitszahl und die in der Praxis gemessenen Werte weisen üblicherweise Unterschiede auf, denn die Jahresarbeitszahl hängt erheblich von den Betriebsbedingungen der Wärmepumpe ab. Für die Darstellung der Effizienz einer Anlage sind Arbeitszahlen damit wichtig, allerdings nicht immer entscheidend. Effizienz ist eine reine Input/Output-Relation. Eine hohe Jahresarbeitszahl bedeutet nicht notwendigerweise auch niedrige Stromkos­ten. Hierzu und zur Effizienz von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden werden vom Fraunhofer Institut für Solare Energiesysteme ISE seit 2009 umfangreiche Feldtests durchgeführt.
Wichtiger hierfür ist die Effektivität, also das Maß der Zielerreichung. Der Unterschied wird bei der Betrachtung des Heizenergiebedarfs deutlich, also dem Verhältnis zwischen Heizwärme- und Trinkwarmwasserbedarf. Um den Heizwärmebedarf eines Gebäudes zu senken, kann beispielsweise an zwei Stellschrauben gedreht werden: an der wärmeübertragenden Hülle und an der Heizkreistemperatur. Da sich letztere direkt in der Wärmepumpeneffizienz niederschlägt, sollte sie so gering wie möglich sein. Das ist in allen Häusern mit Flächenheizung (z. B. Fußboden- oder Wandheizung) der Fall. Dennoch erreichen Wärmepumpen in Passivhäusern selten eine hervorragende Arbeitszahl, was daran liegt, dass durch die extrem niedrigen Energiebedarfe für die Heizung der Energieanteil für die Trinkwassererwärmung besonders hoch liegt. Da für die Erwärmung des Trinkwassers ein höheres Temperaturniveau als zur Raumheizung nötig ist, sinkt die JAZ also insgesamt. Dennoch ist die Kombination von Wärmepumpe und Passivhaus effektiv, da der Verbrauch gering ist.

Nutzerverhalten, Wärmebedarf und Umweltbewusstsein
Eine Anlage kann nur so effizient sein, wie es das Heizverhalten seines Nutzers zulässt – das gilt natürlich nicht nur für erneuerbare Heizsysteme wie Wärmepumpenanlagen. Das Nutzerverhalten wird zwar bei der Planung eingerechnet (angenommene Innentemperaturen, Warmwasserbedarf etc.), ob sich der Bewohner am Ende jedoch tatsächlich so verhält wie vorausgesetzt, steht auf einem anderen Blatt: Exzessives Lüften bei niedrigen Außentemperaturen, der übermäßige Verbrauch von warmem Wasser oder eine unnötig hohe Temperatur von Räumen und/oder Warmwasser wirken sich unmittelbar auf die Effizienz und damit auf die Heizkosten aus. Verändert der Nutzer die Vorlauftemperatur, um beispielsweise einen schnelleren Aufheizeffekt zu erreichen, arbeitet die Wärmepumpe weniger effizient. Wird dabei sogar die Zuschaltung des Elektroheizstabs zugelassen, erfolgt ein kurzfris­tiger, bedeutsamer Anstieg des Stromverbrauchs – und damit einhergehend eine Reduzierung der Systemeffizienz.

Kleine Anpassungen, große Wirkung
Abgesehen von diesen „soften“ Einflussfaktoren durch die Verhaltensmuster der Bewohner, kann der Nutzer außerdem durch kleine Veränderungen an den Einstellungen Einfluss auf die Effizienz der Anlage nehmen. Einige Beispiele aus der Praxis:

• Die Außentemperatur-Abschaltgrenze ist zu hoch eingestellt – d. h. die Wärmepumpe ist in Betrieb, obwohl es eigentlich gar nicht notwendig ist: Die allgemeine Effizienz der Anlage (JAZ) kann dadurch unter Umständen sogar steigen, unnötigerweise aber auch der Stromverbrauch.
• Der Betriebswahlschalter ist nicht korrekt eingestellt: Der Sommer-, Winter- oder Ferienbetriebsmodus wird nicht genutzt. 
• Der Bivalenzpunkt für die Zusatzheizung ist falsch eingestellt, d. h., der Heizstab springt an, obwohl gar kein Bedarf an zusätzlicher Wärmeleistung besteht.
• Die Sondertarife für Wärmepumpenstrom werden nicht effektiv genutzt.

Schon in der Planungsphase ist es wichtig, dass der Nutzer sein Heizverhalten gemeinsam mit dem Planer oder Installateur genau bespricht, damit es nicht zu Effizienzverlusten beim Betrieb kommt, wie bei diesen Beispielen:

• Bei der Auslegung der Fußbodenheizung wurden die Fußbodenbeläge (z. B. Teppich) nicht angegeben. Die Fußbodenheizung ist dann zu gering dimensioniert, die Wärmepumpe muss mehr leisten, damit die gewünschte Raumtemperatur erreicht wird, und sie benötigt entsprechend mehr Antriebsenergie. Hier ist generell zu empfehlen, die Fußbodenheizung großzügig zu planen (zum Beispiel die Rohre mit geringerem Abstand zu verlegen – dies erlaubt eine spätere Absenkung der Vorlauftemperatur und damit eine Steigerung der Effizienz)
• Die Daten zur Gebäudehülle sind nicht korrekt, wodurch es zu Fehlern bei der Heizlastberechnung und damit bei der Auslegung der Heizungsanlage kommt.

Einstellungsmodalitäten in Zusammenhang mit der Trinkwassererwärmung sind häufig ein Grund für eine mangelnde Effizienz der Wärmepumpe. Auch hier kann der Nutzer Einfluss nehmen:

• Die Warmwassersperre ist nicht aktiviert: Es wird in Zeiten mit tiefster Außentemperatur Warmwasser bereitet.
• Die Zirkulation des Warmwassers ist nicht korrekt eingestellt, z. B. dauerhafter Betrieb in Einfamilienhäusern.

Sorgfalt ist oberstes Gebot
Wie bei allen Heizungssystemen ist bei Wärmepumpenanlagen bei Planung und Auslegung besondere Sorgfalt geboten. Planungs- und Installationsfehler wirken sich hier allerdings besonders stark auf die Effizienz aus. Auch der Nutzer selbst sollte sich der erhöhten Sensibilität des Systems bewusst sein, damit er die umweltschonende erneuerbare Wärme optimal genießen kann. Wenn zur Erhöhung des Anteils der Eigenstromnutzung z. B. mit einer PV-Anlage höhere Temperaturen im Pufferspeicher erzeugt werden, sinkt die JAZ (erhöhter Stromverbrauch) aber die Stromkosten steigen nicht – auch ein solches Szenario muss bei der Effizienzberechnung zunehmend mehr berücksichtigt werden. Daraus folgt: Arbeitszahlen sind wichtig, aber für den Energieverbrauch des Heizsystems nicht immer entscheidend.

Autor: Alexander Sperr,
Referent Normung und Technik,
Bundesverband Wärmepumpe (BWP)

Bilder: Bundesverband Wärmepumpe

www.waermepumpe.de

Leistungszahlen und Relationen: Exkurs im Rahmen der aktuellen Fördergeld-Debatte
Die vorliegenden Eckepunkte der neuen Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) beinhalten eine Umstellung der Effizienzanforderungen auf den ηs-Wert (Eta-s), dieser gibt die jahreszeitbedingte Raumheizungsenergieeffizienz für die Förderungswürdigkeit einzelner Geräte an. Der ηs wird aus dem SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) nach EN 14825 durch Division mit 2,5 errechnet und drückt „quasi“ aus, wie viel Primärenergie für eine Kilowattstunde Wärme benötigt wird. Die Berechnung erfolgt unter der Annahme eines Primärenergiefaktors für den europäischen Strommix von 2,5.
Für die Bestimmung des SCOP wird bei vier unterschiedlichen Temperaturwerten gemessen. Das bedeutet, dass mehrere Messpunkte innerhalb des Jahresverlaufs betrachtet und nach ihrer Verteilung gewichtet werden. Dies ermöglicht es u. a., die Effizienzvorteile des Teillastbetriebes einer leistungsgeregelten Wärmepumpe mit mehr als 90 % der Betriebszeit darzustellen.