Das Sonnenlicht als stärkste Infrarotlicht-Quelle gibt uns unsere Lebensgrundlage. Ihre ungeheure Energie sendet Strahlen bis zur Erde und erzeugt dort Wärme. Bei ihrem Millionen Lichtjahre langen Weg hat die Sonnenenergie keinerlei Verluste erlitten, da IR-Strahlung durch Luft, insbesondere durch ein Vakuum, verlustfrei hindurch geht. Die Effizienz dieser Primärenergie liegt bei nahezu 99%.
Dieser Wirkungsgrad ist nicht gleichzusetzen mit dem der Endenergie von IR-Heizungen.
Hersteller oder Verkäufer, die 90 – 100 % als Wirkungsgrad ihrer Heizung angeben, kennen die physikalischen und technischen Grundlagen ihres Produktes nicht. Die physikalisch maximal erreichbare Grenze des Wirkungsgrads bei Infrarot Heizelementen liegt laut Aussage von Wissenschaftlern bei max. 70 %. – Das ist enorm hoch verglichen mit allen anderen Heizungsarten, wenn deren Wirkungsgrade korrekt ermittelt würden.
Arten der Energie
Für die Wirkungsgradbestimmung unterscheidet man unterschiedliche Energiearten:
Primärenergie – das sind unter anderem Kohle, Holz, Erdgas, Erdöl, Kernbrennstoffe, Torf und erneuerbare Energieträger.
Sekundärenergie – in Raffinerien oder Kraftwerken wird sie aus der Primärenergie durch Umwandlung des Aggregatzustandes erzeugt, z. B. Strom.
Endenergie – Das ist die dem Verbraucher letztendlich zur Verfügung stehende Energie. Sie ist durch Umwandlungs-, Übertragungs- und Verwertungsverluste am niedrigsten.
Wirkungsgrad Endenergie – Die Endenergie ist die für den Verbraucher wichtigste Information. Der sich daraus errechnende Wirkungsgrad ist das Verhältnis zwischen abgegebener und zugeführter Energie. Als Einheit wird meist % benutzt. Ihr Wert ist durch Verluste immer kleiner als 100.
Stromenergie wird in kWh (Kilowattstunden) gemessen und auch die Wärmeenergie wird mit gleicher Einheit angegeben. Die abgegebene Energie wird jedoch in Form von Wärme in einem Raum abgegeben. Gemessen muss nunmehr die darin erzeugte Wärmeleistung in einem definierten, in einer DIN festgeschriebenem Verfahren. Nur dann kann das Ergebnis als Wirkungsgrad bezeichnet werden.
Fazit: bei der Gegenüberstellung verschiedener Heizsysteme muss genau hingeschaut werden. Eine falsche Entscheidung kann über die Dauer jahrelanger Heizperioden sehr teuer werden! Siehe auch ………
Von allen Heizungsarten ist die Infrarot-Heizung die einzige, für die es eine festgelegte Prüfung zur Feststellung des Wirkungsgrades der gesamten Heizanlage gibt.
Die physikalische erreichbare Grenze liegt bei Infrarot Heizelementen laut Aussage von Wissenschaftlern bei max. 70 %. Bei jeder Heizung gibt es zwischen der Eingangsenergie und der nutzbaren Endenergie physikalische Verluste, die nicht zu vermeiden sind. Jeder Wechsel des Aggregatzustandes, von fest zu flüssig oder von Strom zu Wärme vermindert den Wirkungsgrad; jeder Materialwechsel ebenfalls.
Will man die Effizienz einer Wärmepumpe ermitteln, müssen die in die Anlage hineingegebene Energie und die im Raum erzeugte Wärmeenergie ins Verhältnis gesetzt werden. Dafür hat die SHK-Branche ein eigenes Verfahren und selbst erdachte Leistungszahlen definiert. Diese ergeben Werte, die unrichtigerweise oft als Wirkungsgrad bezeichnet werden und rechnerisch bis zum 5-fachen der aufgewendeten Energie als Ergebnis der Heizleistung ausweisen.
Das wäre zu schön – man könnte ein wenig von dem gewonnenen Wärmeüberschuss in Strom umwandeln und zum Betrieb vorn in die Anlage wieder einführen. – Wir hätten dann das perfekte Perpetuum Mobile und alle Energieprobleme dieser Welt wären gelöst! Leider eine Utopie – Wirkungsgrade über 100% sind physikalisch nicht möglich.
COP
Die Leistungszahl COP (Coeffizient of Performance) wird unter Laborbedingungen ermittelt und soll angeben, wie effizient Wärmepumpen unter vergleichbaren Betriebsbedingungen arbeiten. Sie berücksichtigt jedoch nicht jahreszeitliche Temperaturunterschiede und auch nicht den Energieaufwand von Heizstäben.
SCOP – “S” steht für “seasonal”
Die inhaltlichen Mängel des COP führten dazu, dass Wärmepumpen-Hersteller teilweise ihre Geräte genau auf den Betriebspunkt des COP hin optimierten und eine falsche Gesamtleistung des Produktes auswiesen.
Der SCOP berücksichtigt dagegen 4 jahreszeitlich unterschiedliche Messpunkte und auch die Leistung des elektrischen Heizstabes. Diese Werte fließen in die Berechnung der ErP-Produktrichtlinie ( Energy related Product-Richtline) ein.
ESCOP „E“ steht für „European“
Die Leistungszahlen ESEER und ESCOP sind deutlich einfacher zu berechnen, berücksichtigen jedoch u. a. keine Standby-Verluste. Da nicht alle Hersteller die gleichen Verfahren bzw. Messwerte anwenden, müssen diese Leistungszahlen vor einem Vergleich näher geprüft werden.
ETAs oder „jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz“
Die „Jahreszeitbedingte Raumheizungs-Energieeffizienz ηS“ bezeichnet den Quotienten aus dem von einer Raumheizung gedeckten Raumheizungsbedarf einer Heizperiode und dem jährlichen Energieverbrauch zur Deckung dieses Bedarfs in %.
Die ETA wird aus der jahreszeitbedingten Leistungszahl (SCOP) durch Division mit 2,5 errechnet und drückt „quasi“ aus, wie viel Primärenergie (nicht Endenergie!) für eine Kilowattstunde Wärme benötigt wird. Die Berechnung erfolgt unter der europäischen Annahme, dass der Primärenergiefaktor für Strom bei 2,5 liegt. Da werden die Umwandlungsverluste der Primärenergie zur Sekundärenergie eingerechnet. Für Deutschland ist dieser Wert falsch. Er liegt auf Grund der inzwischen zugebauten Wind- und PV-Anlagen bei ca. 1,2 und verringert sich von Monat zu Monat (dass man einen dynamischen Faktor in einer dauerhaft geltenden Verordnung festschreibt, ist allerdings unverständlich).
Eine Wärmepumpe entzieht der Luft, der Erde, dem Grundwasser deren Eigenwärme und überträgt diese durch Wärmetausch an ein Kältemittel. Dieses hat die Eigenschaft, Temperaturen in einem geschlossenen Kreislauf von Verdampfen, Komprimieren, Verflüssigen und Expandieren zu erhöhen.
Dabei wird angegeben, dass die Wärme, in kWh gemessen, bis zum 5-fachen der eingesetzten Endenergie (Strom, auch in kWh gemessen) erreicht. Es mag innerhalb dieses kleinen Kreislaufs zur Erhöhung der Temperatur kommen, jedoch sagt das nichts aus über den Wirkungsgrad der gesamten Anlage.
Dennoch ist in der Öffentlichkeit, einschließlich unserer Politiker, der Eindruck entstanden, das man mehr Energie aus einer Wärmepumpe erzeugt, als man hineingegeben hat.
Da bei dem ganzen Vorgang Energie in Form von Strom aufgewendet wird und mehrere effizienzmindernde Wechsel des Aggregatzustandes erfolgen, ist die Energiebilanz jedoch weitgehend ausgeglichen, der Wirkungsgrad der Gesamtanlage hat sich nicht verbessert.
Bei der Sanierung von Gebäuden mit Konvektionsheizungen und Wandheizkörpern scheidet der Einsatz einer Wärmepumpe fast immer aus. Um in diesem Fall die schlechte Effizienz der Wärmepumpe zu verbessern, kann man versuchen, größere und effizientere Heizkörper einzubauen. (Die Effizienz von Heizkörpern kann mit der Norm EN 442 überprüft werden.)
Fazit: Ein Vergleich mit anderen Heiztechniken, z. B. der Infrarot-Strahlungsheiztechnik, wird jedoch erst dann ermöglicht, wenn die Festlegungen in einer DIN beschrieben werden und Verbindlichkeit erlangt haben.
Dass die Jahresarbeitszahl (JAZ) von seinen Protagonisten kräftig geschönt worden ist, wird im Forschungsprojekt IR-Bau festgestellt:
“Wird ein Raum direkt elektrisch über z.B. eine IR-Heizung beheizt, entspricht der elektrische Verbrauch der Heizung dem Nutzwärmebedarf des Raumes. Entsprechend muss für einen energetischen Vergleich bei Wärmepumpen der gesamte notwendige Strom- und Wärmebedarf bilanziert werden, der zur Deckung des Nutzwärmebedarfs eines Raums notwendig ist. Für die Ermittlung einer Jahresarbeitszahl darf also nicht allein von dem Bilanzraum „WPA“ (Level 1, s. Abb. 10) ausgegangen werden, den die VDI 4650 nutzt, sondern es muss der Bilanzraum „WPHA“ (Level 3, s. Abb. 10) angesetzt werden.
Dieser Bilanzraum berücksichtigt alle Stromverbräuche und Wärmeverluste, die zur Versorgung eines Raumes mit der erforderlichen Nutzwärme notwendig sind, also die Leitungs- und Speicherverluste, die Übergabeverluste und die Energie für Pumpen, Stellventile, Wärmemengenzähler und eventuell zusätzlich notwendigen Raumtemperaturregelungen. Dies hat zur Folge, dass die Jahresarbeitszahl, bezogen auf den Bilanzraum WPHA, im Vergleich zur Jahresarbeitszahl nach VDI 4650, kleiner wird. Somit ist die Differenz im Stromverbrauch von Wärmepumpe und IR-Heizung in Realität geringer, als die Werte nach VDI 4650 zunächst vermuten lassen.”
Selbst wenn bei einer Wärmepumpenanlage alle an der Versorgung mit Wärme beteiligten Komponenten bei einem energetischen Vergleich eingerechnet würden, fehlt immer noch die Messung der Nutzwärme in dem zu beheizenden Raum – und auf diese kommt es letztlich ausschließlich an.
Hierfür muss eine technisch eindeutig beschriebene, klimatisierte Prüfkammer in die Ermittlung des Wirkungsgrads einbezogen werden. Darin werden die Raumtemperaturen an mehreren Stellen mit einem Temperaturlogger gemessen und dokumentiert. Die durch Konvektion erzeugten hohen Temperaturen an der Decke des Raumes und die niedrigen Temperaturen am Boden müssen, da sie außerhalb der Wohlfühltemperatur des Menschen liegen, für die Bestimmung des Wirkungsgrads bewertet und in die Berechnung einbezogen werden.
Für die IR-Heizung gibt es dafür bereits die Norm DIN EN IEC 60675-3, für die Wärmepumpenheizung fehlt diese. Aber erst mit der Schaffung einer entsprechenden Norm für die Wirkungsgradberechnung von Wärmepumpen lassen sich diese beiden Heizungsarten miteinander vergleichen! Ganz bestimmt nicht über die von der Heizwirtschaft erfundenen COP und JAZ-Werte.
Kuriose Begründung aus dem Internet: “Wärmepumpen unterscheiden sich von anderen Heizungsarten dadurch, dass sie aus zwei verschiedenen Quellen Energie beziehen. Da dies bedeuten würde, dass eine Wärmepumpe einen Wirkungsgrad von über 100 % hat, werden zur Angabe ihrer Leistungsfähigkeit eher andere Kennzahlen verwendet.” *Ariane Müller für www.Heizungsfinder.de