Was genau ist die Jahresarbeitszahl?
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) ist eine der Größen, mit der sich die Effizienz von Wärmepumpen messen bzw. ausdrücken lässt. Dabei gibt sie über einen numerischen Wert an, wie viel thermische Energie die gesamte Anlage aus der zugeführten elektrischen Energie im Verhältnis erzeugt. Durch die Wirkungsweise der Wärmepumpen können diese nämlich aus einer Kilowattstunde Strom mehrere Kilowattstunden Heizenergie bereitstellen. Dies geschieht durch die Aufbereitung der der Wärmequelle entzogenen Wärme mittels Kompression.
Die JAZ wird darüber hinaus über ein gesamtes Jahr bestimmt – folglich lässt sie sich nicht von vornherein berechnen. Eine Momentaufnahme der Effizienz geschieht über den so genannten COP-Wert, den „Coefficient of Performance“, zu deutsch auch „Leistungszahl“ genannt. Hierbei wird das Verhältnis von aufgewendeter elektrischer Energie zu produzierter Nutzwärme unter bestimmten Normbedingungen aufgezeichnet, etwa bei einer Lufttemperatur von zwei Grad und einer nötigen Vorlauftemperatur des Heizwassers von 35 Grad. Der COP-Wert ist nicht mit der Jahresarbeitszahl gleichzusetzen, ist aber für deren Berechnung zwingend erforderlich.
Um die JAZ einer Wärmepumpe zu ermitteln, sind verschiedene Faktoren mit zu berücksichtigen. Zum einen stellt der Wert die Effizienz der gesamten Heizanlage mit all ihren Nebenmodulen dar – etwa Umwälzpumpen und Regelungstechnik – während der COP-Wert hingegen nur die Effizienz der Wärmepumpe selbst in genau definierten Szenarien erfasst. Zudem bezieht die Jahresarbeitszahl auch Temperaturschwankungen der Umweltwärmequelle und weitere Störfaktoren mit ein und gibt die Leistung des Heizsystems damit genauer wieder. Um die beiden Größen für die Berechnung (aufgewendete elektrische sowie abgegebene thermische Energie) festzustellen, werden ein Strom- und ein Wärmemengenzähler benötigt. Um die Jahresarbeitszahl für Beispielsysteme zu ermitteln, kommen verschiedene Simulationsprogramme zum Einsatz. Auf diese Weise lassen sich jedoch nur Richtwerte etwa für Produktbeschreibungen ermitteln. Im wirklichen Einsatz kann die JAZ dann allerdings anders ausfallen – abhängig vom Standort der Wärmepumpe, der Dämmung des Hauses, den individuellen Heizgewohnheiten und weiteren Faktoren.
Welche Voraussetzungen müssen für eine hohe JAZ gegeben sein?
Damit ein Wärmepumpensystem eine hohe Jahresarbeitszahl erreicht und zuverlässig sowie kostengünstig Wärmeenergie bereitstellt, sind verschiedene Aspekte zu berücksichtigen. Dies betrifft zum einen das zu beheizende Gebäude. Da eine Wärmepumpe umso besser arbeitet, je geringer die Differenz zwischen Temperatur der Umweltwärmequelle und Vorlauftemperatur des Heizkreislaufs ist, wirkt sich das Heizverteilsystem maßgeblich auf die Effizienz aus. Empfehlenswert sind hier Flächenheizungen in Wand oder Fußboden oder aber großflächige bzw. Niedertemperaturheizkörper, denn diese lassen sich auch mit etwas kühlerem Heizwasser noch unproblematisch betreiben. Ebenso spielt die Dämmung des Gebäudes eine wichtige Rolle. Je weniger Wärme wieder nach draußen abgestrahlt wird, umso geringer muss die Heizanlage nachheizen, was logischerweise den Energieverbrauch senkt und somit die allgemeine Effizienz steigert. Auch das individuelle Heizverhalten kann sich stark auf die Jahresarbeitszahl im individuellen Betrieb auswirken.
Besonders wichtig für eine hohe Effizienz der Wärmepumpe ist jedoch die von ihr genutzte Umweltwärmequelle. Diese sollte zum einen möglichst warm sein und zum anderen nur geringen Schwankungen unterliegen. Nicht umsonst weisen Grundwasserwärmepumpen in der Regel die höchsten und Luft-Wasser-Wärmepumpen die niedrigsten Jahresarbeitszahlen auf. Grundwasser- und Erdwärmepumpen sind zwar teurer in der Anschaffung – da auch die Erschließung der Umweltwärmequelle deutlich kostspieliger ist – dafür bieten Boden und Grundwasser jedoch ganzjährig nahezu konstante Temperaturen. Wasser ist zudem ein hervorragendes Wärmespeichermedium. Im Vergleich dazu hängt die Effizienz von Luftwärmepumpen von der stark in der Temperatur schwankenden Außenluft ab. Aus diesem Grund erreichen sie vor allem in kälteren Klimazonen eine niedrigere Jahresarbeitszahl als in wärmeren Gegenden.
In den letzten Jahren wurde auch eine alternative Wärmequelle für den Betrieb von Wärmepumpen immer interessanter: das Abwasser. So lassen sich ebenfalls in der Kanalisation (und zwar vergleichsweise einfach) Wärmetauscher installieren, die dem verbrauchten und abgeführten Wasser von Haushalten, Gewerbe und Industrie einen Teil seiner thermischen Energie entziehen und sie wiederverwerten können. Dabei ist auch Abwasser über das ganze Jahr hinweg recht warm und praktisch endlos verfügbar, da es stetig anfällt. Über dieses „Energierecycling“ mittels Abwasserwärmerückgewinnung lassen sich Schätzungen zufolge etwa 14 Prozent des gesamtdeutschen Wärmebedarfs wirtschaftlich decken, die dann nicht mehr mit fossilen Brennstoffen bereitgestellt werden müssten. Dies ist sowohl günstig als auch umweltfreundlich. Abwasser gehört damit defacto zu den regenerativen Energiequellen und kann für die Wärmewende eine wichtige Rolle spielen.
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