Jahresarbeitszahl Wärmepumpe: JAZ verstehen und optimieren
Sie wollen im Neubau oder im Rahmen einer Sanierung eine Wärmepumpe installieren? Dann werden Sie früher oder später auf den Begriff Jahresarbeitszahl stoßen. Wir erklären Ihnen, was es damit auf sich hat und welche anderen Kennwerte Sie als Sauer- oder Siegerlänger noch beachten müssen.
Die Jahresarbeitszahl ist vermutlich der auch bei Laien bekannteste Kennwert für die Effizienz einer Wärmepumpe. Daneben gibt es noch die Leistungszahl COP, die saisonale Leistungszahl SCOP und die jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz (ηS oder ETAs). Im Folgenden erfahren Sie, wie sich die Berechnungen unterscheiden und wann Sie welchen Kennwert brauchen.
Was bedeutet die Jahresarbeitszahl bei einer Wärmepumpe?
Die Jahresarbeitszahl ist eine Kenngröße für die Effizienz des Heizsystems. Sie beschreibt das Verhältnis der tatsächlich in einem Jahr erzeugten Heizenergie zu der im selben Zeitraum aufgewendeten Antriebs- und Hilfsenergie.
Als Faustregel gilt: Je größer die Jahresarbeitszahl ist, umso effizienter arbeitet die Wärmepumpe und umso niedriger sind die Betriebskosten.
Die Jahresarbeitszahl kann erst rückwirkend nach der Installation verlässlich ermittelt werden. Sie hängt nicht nur von der Wärmepumpe allein ab, sondern auch von vielen anderen Faktoren. Dazu zählen beispielsweise der energetische Standard des Gebäudes und die Dämmung der Gebäudehülle oder auch die individuelle Nutzung.
Neben der Jahresarbeitszahl gibt es noch weitere Kennwerte für die Effizienz von Wärmepumpen:
die Leistungszahl (COP)
die saisonale Leistungszahl (SCOP) und
die jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz (ɳs oder ETAs)
Diese Kennwerte unterscheiden sich jedoch in der Berechnung und damit auch in ihrer Aussagekraft. Mehr dazu unten.
Wie wird die Jahresarbeitszahl berechnet?
Vereinfacht kann man sagen: Die Jahresarbeitszahl ist der Quotient aus der erzeugten Heizwärme und dem dafür erforderlichen Strom. In einer Formel sieht das so aus:
JAZ = Heizwärme (kWh/a) / Strom (kWh/a)
Beide Werte beziehen sich jeweils auf ein volles Jahr.
Ein Beispiel: Eine Wärmepumpe erzeugt 20.000 kWh Heizenergie und braucht dafür 5.000 kWh elektrische Wärme. Ihre Jahresarbeitszahl beträgt dann 4. Sie nutzt 75 Prozent Umweltwärme und 25 Prozent Strom, um 100 Prozent Heizwärme zu produzieren.
Sobald die Wärmepumpe in Betrieb ist, kann die Jahresarbeitszahl zur Kontrolle und Bewertung der Energieeffizienz herangezogen werden. Voraussetzung ist, dass mindestens zwei Messgeräte eingebaut sind – ein Wärmemengenzähler, der die abgegebene thermische Energie aufzeichnet, und ein gesonderter Stromzähler, der ausschließlich den Verbrauch der Wärmepumpenheizung misst.
Fällt die Jahresarbeitszahl deutlich schlechter aus als vom Hersteller oder Installateur versprochen, kann das ein Zeichen für Störungen im System oder für eine falsche Einstellung der Heizung sein.
Die oben genannte Formel ist allerdings nur ein Hilfsmittel für eine grobe Rechnung. Heizungsinstallateure und Planer greifen bei der Berechnung der Jahresarbeitszahl auf die VDI-Richtlinie 4650 Blatt 1 zurück. Sie differenziert zwischen der Ermittlung der Jahresarbeitszahl für Raumheizung und der für Warmwasserbereitung.
Lässt sich die Jahresarbeitszahl vor der Inbetriebnahme der Wärmepumpe berechnen?
Die exakte Berechnung der Jahresarbeitszahl ist nur auf Grundlage von Daten zur real erzeugten und zur verbrauchten Energie möglich, also im Betrieb. Der Bundesverband Wärmepumpe e.V. stellt jedoch mit seinem JAZ-Rechner auf seiner Internetseite ein gutes Hilfsmittel bereit.
In diesem Tool machen Sie Angaben zum Standort und zur Vor- und Rücklauftemperatur und wählen dann aus zahlreichen hinterlegten Wärmepumpen-Modellen Ihr Modell aus. Daraus ermittelt das System nach dem Verfahren der VDI 4650 die Jahresarbeitszahlen für die Heizung, der Warmwasserbereitung und den Gesamtbetrieb. Mit dem JAZ-Rechner können Sie also auch verschiedene Wärmepumpen vergleichen.
Welche Jahresarbeitszahl ist gut?
Bei effizienten Wärmepumpen liegt die Jahresarbeitszahl zwischen 3,0 und 4,5. Es gibt jedoch auch bereits Modelle, die eine Jahresarbeitszahl von 5,0 oder mehr erreichen.
Die Jahresarbeitszahl ist je nach Wärmequelle unterschiedlich. Der Hersteller Bosch benennt folgende durchschnittlichen Jahresarbeitszahlen für die einzelnen Bauweisen:
Durchschnittliche Jahresarbeitszahlen für Wärmepumpen unterschiedlicher Bauweise
Wärmepumpenart
Durchschnittliche Jahresarbeitszahl
Luftwärmepumpe
2,5 bis 3
Sole-Wasser-Wärmepumpe (Erdsonde)
4 bis 4,5
Sole-Wasser-Wärmepumpe (Kollektoren)
3,5 bis 4
Wasser-Wasser-Wärmepumpe
5
Quelle: www.bosch-thermotechnology.com
Welche Faktoren haben Einfluss auf die Jahresarbeitszahl?
Je höher die Jahresarbeitszahl ist, umso wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. Das schlägt sich in den Betriebskosten nieder. Es lohnt sich also, die Faktoren zu beachten, die sich günstig auf die Jahresarbeitszahl auswirken.
Wärmequelle: Zwar sind Luft-Wasser-Wärmepumpen in der Anschaffung günstiger als Sole- oder Grundwasser-Wasser-Wärmepumpen, sie erreichen jedoch meist eine geringere Jahresarbeitszahl, da die Wärmepumpe größere Temperaturunterschiede bewältigen muss.
Vorlauftemperatur: Je niedriger sie eingestellt werden kann, umso weniger Antriebsstrom benötigt die Wärmepumpe. Neben der Wärmequelle spielen dafür die Dämmung der Außenwände und das Heizverteilsystem eine Rolle. Optimal sind Flächenheizungen.
Außentemperatur: Vor allem bei Luft-Wasser-Wärmepumpen kann die Jahresarbeitszahl in Regionen mit kalten Wintern niedriger ausfallen als bei milden Außentemperaturen.
Nutzungsverhalten: Werden die Räume kuschelig warmgehalten, erhöht das den Heizbedarf. Das verringert die Jahresarbeitszahl. Das gilt auch bei falschem Lüftungsverhalten und Auskühlen der Räume.
Welche Jahresarbeitszahl kann im Altbau erreicht werden?
Im Altbau fällt die Jahresarbeitszahl oft niedriger aus als im Neubau. Wenn das Gebäude schlecht gedämmt ist, muss die Wärmepumpe mehr leisten und die Vorlauftemperatur höher eingestellt werden. Hinderlich sind auch kleine Heizflächen. Auch sie erfordern höhere Vorlauftemperaturen.
Das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme, kurz: Fraunhofer ISE, hat 2018 / 2019 eine umfangreiche Studie zu Wärmepumpen in Bestandsgebäuden durchgeführt. Dabei erreichten Luft-Wasser-Wärmepumpen Jahresarbeitszahlen zwischen 2,5 und 3,8. Bei den Erdreich-Wärmepumpen ermittelten die Wissenschaftlicher JAZ zwischen 3,3 und 4,7.
Was ist der Unterschied zwischen der Jahresarbeitszahl und der Leistungszahl?
Genau wie die Jahresarbeitszahl beschreibt die Leistungszahl – auch Coefficient of Performance, kurz: COP – das Verhältnis der erzeugten Nutzwärme zur aufgewendeten elektrischen Energie. Doch die beiden Werte werden unterschiedlich ermittelt.
Wie oben dargestellt, kennzeichnet die Jahresarbeitszahl die realen Ergebnisse im Betrieb eines Jahres. Der COP hingegen wird vom Gerätehersteller unter standardisierten Laborbedingungen gemäß EN255 und EN12511 für einen bestimmten Betriebszustand gemessen. Der wird durch zwei Parameter definiert – die Wärmequellen-Eintrittstemperaturen und Heizwasser-Vorlauftemperatur.
Der COP findet sich auf dem Datenblatt der Wärmepumpe. Dabei nutzen die Hersteller meist eine Codierung, um zu kennzeichnen, auf welchen Betriebszustand sich die Leistungszahl bezieht. In diesen Code finden sich zum einen Buchstaben für die Wärmequellen
A für Air (Luft)
B für Brine (Sole / Erdreich)
W für Water (Grundwasser)
Die Codierung ist so aufgebaut:
COP Wert = Abkürzung Wärmequelle + Temperaturzahl Wärmequelle in °C + Abkürzung Wärmeträger + Temperaturzahl Vorlauftemperatur in °C
Zwei Beispiele:
Der COP-Wert A2/W35 wurde für eine Luft-Wasser-Wärmepumpe bei einer Lufttemperatur von 2° C und einer Vorlauftemperatur von 35° Celsius ermittelt.
Der COP-Wert B0/W35 beschreibt die Leistung einer Sole-Wasser-Wärmepumpe bei einer Soletemperatur von 0°C und einer Vorlauftemperatur von 35 °C.
Gute COP-Werte liegen zwischen 3 und 5. Nach Angaben des Herstellers Bosch betragen typische COP-Werte für
Luft-Wasser-Wärmepumpe: 3,4 bis 4,1
Sole-Wasser-Wärmepumpe: 4,4 – 4,8
Wasser-Wasser-Wärmepumpe: 4,9 – 5,8
Brauchwasser-Wärmepumpe: 3,7 – 4,3
Die Leistungszahl COP hat den Nachteil, dass sie ausschließlich einen einzigen Betriebspunkt abbildet. Präziser lässt sich die Leistungseffizienz einer Anlage mit dem Seasonal Coefficient of Performance (SCOP) bewerten. Grundlage ist DIN EN 14 825. Für den SCOP wird die Effizienz für den Heizbetrieb bei vier verschiedenen Außentemperaturen – 12°, 7°, 2° und –7° Celsius – gemessen und nach drei Klimazonen – Nord-, Mittel- und Südeuropa – gewichtet.
Der SCOP sagt also etwas über die Effizienz der Wärmepumpe im Verlauf der Heizperioden aus. Er fließt auch in die Berechnung einer weiteren Kenngröße, der jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz (ηS oder ETAs) ein und ist damit auch für die Förderung wichtig.
Wie unterscheiden sich die Jahresarbeitszahl und die Leistungszahl von der jahreszeitbedingten Raumheizungs-Energieeffizienz?
Die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ηS oder ETAs) wurde mit der Umsetzung der Ökodesign-Richtlinie der EU als verbindliche Angabe der Wärmepumpen-Effizienz eingeführt. Sie basiert auf zwei Werten – der eben beschriebenen SCOP und dem Primärenergiefaktor der Antriebsenergie. Für elektrisch betriebene Wärmepumpen wird der derzeitige Primärenergiefaktor des europäischen Stommix – 2,5 – verwendet, für Wärmepumpen mit Gasantrieb der Faktor 1,1.
Die ETAs einer stromgetriebenen Wärmepumpe wird nach dieser Formel berechnet:
SCOP / 2,5 x 100 = ETAs
Ein Beispiel:
Eine strombetriebene Wärmepumpe hat den SCOP 4. Dann sieht die Rechnung so aus:
4/ 2,5 x 100 = 160 Prozent.
Welche Jahresarbeitszahl ist Voraussetzung für die Förderung?
Wenn Sie Ihre alte Heizung durch eine Wärmepumpe ersetzen und dafür staatliche Fördermittel nutzen möchten, muss die Wärmepumpe bestimmte technische Mindestanforderungen erfüllen. Diese sind in einer Förderrichtlinie festgeschrieben.
Bis Ende 2020 war die Jahresarbeitszahl die einzige Größe, die in der Förderung zur Bewertung der Energieeffizienz herangezogen wurde. Förderfähig waren Wärmepumpen mit einer Jahresarbeitszahl von mindestens 3,5.
Seit Einführung der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) ist die zentrale Größe die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ɳs oder ETAs). Schon heute steht fest, dass die Anforderungen an die ETAs zum 1. Januar 2024 steigen werden.
Hier sehen Sie, welche ETAs die unterschiedlichen Wärmepumpen, bei denen die Beheizung über Wasser erfolgt, bei einer Vorlauftemperatur von 35° Celsius und 55° Celsius 2023 und ab 2024 mindestens erreichen müssen:
Wärmequelle
ɳs bei 35° Celsius(ab 01.01.2024)
ɳs bei 55° Celsius(seit 01.01.2023)
ɳs bei 55° Celsius(ab 01.01.2024)
Luft
145%
120%
125%
Erdwärme
180%
135%
140%
Wasser
180%
135%
140%
Sonstige (z.B. Abwärme, Solarwärme)
180%
135%
140%
Anforderungen an jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz von Wärmepumpen Richtlinie für die Bundesförderung für effizienzte Gebäude – Einzelmaßnahmen (BEG EM) vom 21.12.2023
Mit der BEG-Reform Anfang 2023 ist die Jahresarbeitszahl jedoch wieder ins Spiel gekommen: Wärmepumpen werden nur noch gefördert, wenn das Gebäude dafür geeignet ist. Die Wärmepumpe muss so ausgelegt werden, dass mindestens eine Jahresarbeitszahl von 2,7 erreicht wird. Ab 1. Januar 2024 muss die Jahresarbeitszahl mindestens 3,0 betragen.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die JAZ eine wichtige Größe ist, um die Effizienz einer Wärmepumpe zu bewerten, während die Leistungszahl (COP/SCOP) und die jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz (ɳs oder ETAs) bei der Auswahl und Förderung von Wärmepumpen relevant sind. Es ist wichtig, die Unterschiede und Berechnungsmethoden dieser Kennwerte zu verstehen, um eine informierte Entscheidung zu treffen.
Unsere Empfehlung für Sie
“Wir raten Ihnen, sich bei der Entscheidung für eine Wärmepumpe und deren Bewertung professionell beraten zu lassen, um die Unterschiede und Berechnungsmethoden dieser Kennwerte richtig zu verstehen.”
