Coefficient of Performance (COP)

Was ist die Leistungszahl (COP)?

Die Leistungszahl, abgekürzt COP (Coefficient of Performance), gibt das momentane Verhältnis von abgegebener Heizleistung zur aufgenommenen elektrischen Leistung einer Wärmepumpe an einem bestimmten Prüfpunkt an. Ein COP von 3 bedeutet, dass die Pumpe für jede Kilowattstunde Strom, die sie bezieht, etwa 3 Kilowattstunden Wärme abgibt. Der COP wird von Herstellern häufig angegeben und findet sich in Produktdatenblättern, ist jedoch ohne die zugehörigen Prüfpunkttemperaturen aussagekraftlos. Eine Schlagzeile mit "COP 5" sagt einem slowakischen Käufer fast nichts über die Leistung an einem Januarmorgen mit minus 10 Grad aus, wenn die Heizkörper 50-Grad-Wasser benötigen.

Warum ist der COP kein Wirkungsgrad?

Die Effizienz von Wärmepumpen wird oft missverstanden. Im Gegensatz zu einem Heizkessel, der Brennstoff in Wärme umwandelt (durch die Gesetze der Thermodynamik auf etwa 85-95 Prozent Wirkungsgrad begrenzt), transportiert eine Wärmepumpe vorhandene Wärme von einem Ort zum anderen. Der COP misst diesen Transport: das Verhältnis von verschobener Wärmeenergie zu verbrauchter elektrischer Energie. Da Wärme in der Außenluft oder im Erdreich bereits vorhanden ist (selbst bei Minusgraden gibt es Molekularbewegung), verstößt ein COP größer als 1 gegen kein physikalisches Gesetz. Ein COP von 4 bedeutet nicht, dass die Pumpe Energie erzeugt; sie verlagert vier Einheiten Wärme mit einer Einheit Strom. Der zweite und dritte Hauptsatz der Thermodynamik setzen eine theoretische Obergrenze, das Carnot-Limit, das den maximal möglichen COP für eine gegebene Temperaturdifferenz definiert. Reale Wärmepumpen erreichen aufgrund von Verdichterverlusten, Wärmetauscherineffizienzen und anderen Irreversibilitäten 40-60 Prozent des Carnot-Limits.

Was bedeutet die Prüfpunkt-Notation?

Europäische Wärmepumpennormen (EN 14511, EN 14825) verwenden eine Kurzschreibweise für die Betriebsbedingungen. A7/W35 bedeutet Außenlufttemperatur 7 Grad Celsius und Vorlauftemperatur des Heizwassers 35 Grad Celsius. A minus 7/W35 (oft mit Minuszeichen, manchmal als "minus 7 Grad/W35") bedeutet minus 7 Grad außen, gleiche Senke. Diese milden Bedingungen werden für die Vergleichbarkeit zwischen den Herstellern gewählt, nicht weil sie den typischen slowakischen Winterbetrieb repräsentieren. An den kältesten Tagen in Mitteleuropa sinken die Außentemperaturen auf minus 15 Grad oder tiefer, und Heizkörper benötigen möglicherweise 55-60 Grad warmes Wasser, um Räume warm zu halten. Unter diesen Bedingungen bricht der COP ein.

Wie stark beeinflusst die Temperatur den COP?

Der Zusammenhang zwischen COP und Temperaturhub ist nahezu exponentiell. Betrachten Sie eine Luft-Wasser-Wärmepumpe mit einem Nenn-COP von 4,5 bei A7/W35 (28 Grad Hub: 7 außen, 35 Wasser). Sinkt die Außentemperatur und steigt der Heizbedarf, verschlechtert sich der COP. Dieselbe Pumpe könnte bei minus 10 Grad außen und 50-Grad-Wasser (60 Grad Hub) nur noch einen COP von 2 erreichen. Das ist kein Defekt, sondern Physik. Die Lösung ist nicht eine bessere Pumpe, sondern eine niedrigere Vorlauftemperatur: Gebäude, die für Fußbodenheizung oder Niedertemperatur-Heizsysteme ausgelegt sind, benötigen nur 30-35 Grad warmes Wasser und halten den COP auch im tiefsten Winter über 3. Jede Grad Reduzierung der Auslegungs-Vorlauftemperatur ist wertvoller als der Kauf eines geringfügig besseren Geräts.

Diese Tabelle verdeutlicht, warum eine Sole-Wasser-Wärmepumpe, die aus stabilen Erdreichtemperaturen schöpft, einen höheren COP aufrechterhalten kann als eine Luft-Wasser-Pumpe, die Außentemperaturschwankungen ausgesetzt ist. Sie zeigt auch, warum die Systemauslegung (Minimierung der Vorlauftemperatur) oft kosteneffizienter ist als die Wahl einer geringfügig effizienteren Pumpe.

Welche realen Verluste werden im COP nicht erfasst?

Abtauzyklen und elektrische Zusatzheizung sind im standardisierten Prüfpunkt-COP nicht enthalten. Sinkt die Außentemperatur unter etwa minus 5 Grad, bildet sich Reif auf dem Verdampfer einer Luft-Wasser-Wärmepumpe. Die Pumpe kehrt kurzzeitig den Kreislauf um, um abzutauen, und verbraucht dabei Strom, ohne Wärme an das Gebäude zu liefern. Bei starker Kälte schalten sich elektrische Widerstandsheizungen zu, was die saisonale Gesamteffizienz drastisch senkt. Keine dieser Strafen spiegelt sich in einem Nenn-COP wider. Deshalb sind saisonale Durchschnittswerte wie der SCOP für die Prognose der jährlichen Kosten unerlässlich: Sie berücksichtigen diese realen parasitären Lasten.

Was sind EER und SEER für die Kühlung?

Die Kühläquivalente zum COP sind EER (Energy Efficiency Ratio) und SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio). Der EER misst den momentanen Kühl-COP an einem einzigen Prüfpunkt (typischerweise 35 Grad außen, 27 Grad innen); der SEER mittelt über eine Kühlsaison. Eine Wärmepumpe im reversiblen Betrieb (Kühlmodus) hat andere COP-Werte als im Heizmodus, meist niedrigere, da sie Wärme von innen nach außen in eine wärmere Umgebung transportiert. Manche Systeme geben separate Heiz- und Kühl-COP an, andere einen kombinierten saisonalen Wert. Verwechseln Sie niemals COP mit EER oder SEER; sie messen unterschiedliche Richtungen und Prüfbedingungen.

Wie sollten Hausbesitzer COP-Informationen beim Produktvergleich nutzen?

Der COP ist eine Marketingzahl, keine Kaufkennzahl. Vergleichen Sie stattdessen SCOP-Werte; sie berücksichtigen die reale saisonale Leistung. Stellen Sie sicher, dass alle Produkte dieselbe Norm (EN 14825) und dieselbe Klimazone verwenden. Europäische Hersteller müssen den SCOP für mindestens eine kontinentale, gemäßigte oder mediterrane Klimazone angeben; bestehen Sie auf der Zone, die der Slowakei entspricht. Vergewissern Sie sich, dass der SCOP Abtau- und Zusatzheizungsverluste beinhaltet. Priorisieren Sie schließlich die Systemauslegung vor der Komponenteneffizienz: Eine Senkung der Vorlauftemperatur um 5 Grad bringt mehr Kostenvorteile als ein Upgrade von einer Pumpe mit COP 4 auf eine mit COP 5. Eine Fußbodenheizung oder ein Niedertemperatursystem in Kombination mit einer bescheidenen Pumpe übertrifft oft eine Hocheffizienzpumpe an herkömmlichen Heizkörpern bei den jährlichen Einsparungen.

Was ist das Carnot-Limit?

Der maximal theoretisch erreichbare COP für jede Wärmepumpe wird durch die Carnot-Gleichung bestimmt, die nur von den absoluten Temperaturen (in Kelvin) der Quelle und der Senke abhängt. Für eine Pumpe, die Wärme von 7 Grad Celsius außen auf 35 Grad Vorlauf anhebt, beträgt der Carnot-COP etwa 9. Reale Pumpen erreichen 40-60 Prozent dieses Limits: 4-5 COP. Diese Obergrenze erklärt, warum der COP mit steigendem Temperaturhub immer sinkt. Bei minus 10 Grad außen und 50 Grad Vorlauf liegt das Carnot-Limit bei etwa 4; reale Pumpen erreichen 1,5-2. Keine technische Innovation kann dieses Limit überwinden; es ist fundamental für die Thermodynamik.