Leistungszahl

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Die Leistungszahl $ \epsilon $, bekannt auch unter den englischen Bezeichnungen Energy Efficiency Ratio (kurz EER) für mechanische Kälteanlagen bzw. Coefficient of Performance (kurz COP) für mechanische Wärmepumpen ist das Verhältnis von erzeugter Kälte- bzw. Wärmeleistung zur eingesetzten Leistung. Diese Leistungszahlen beziehen sich immer auf einen bestimmten Lastpunkt, meistens 100 %. Sie ist abzugrenzen von dem Wärmeverhältnis $ \beta $ für thermische Wärmepumpen bzw. $ \beta _{0} $ für thermische Kälteanlagen, welches sich nicht auf die eingesetzte mechanische Leistung sondern auf die eingesetzte Antriebswärme $ Q_{B} $ bezieht.

Die Bewertung einer Kältemaschine bzw. Wärmepumpe für nur einen Lastpunkt ist unbefriedigend, da diese Anlagen zum überwiegenden Teil in Teillast betrieben werden. Speziell zur Klimatisierung wurden mehrere Leistungszahlen definiert, welche die Teillast und auch klimatische Einflüsse berücksichtigen. Das amerikanische Air-Conditioning, Heating and Refrigeration Institute (AHRI) hat im AHRI Standard 550/590 die Integrated Part Load Value (IPLV) bzw. den Non-Integrated Part Load Value (NPLV) wie folgt definiert: IPLV (or NPLV) = 1 % x EER bei 100 % + 42 % EER bei 75 % + 45 % x EER bei 50 % + 12 % x EER bei 25 % Die europäische Eurovent hat den European Seasonal Energy Efficiency Ratio (ESEER) wie folgt definiert: ESEER = 3 % x EER bei 100 % + 33 % EER bei 75 % + 41 % x EER bei 50 % + 23 % x EER bei 25 % Diese Leistungszahlen unterliegen festen Definitionen, je nach Art (luft- oder wassergekühlt) und Anwendung der Kältemaschine.

Das Mittel über ein Jahr bei Wärmepumpenheizung wird dann Jahresarbeitszahl (JAZ) genannt. Sie entspricht der englischen Bezeichnung SEER (Seasonal Energy Efficiency Ratio).

Bei elektrischen Wärmepumpen gibt die Leistungszahl (LZ) bzw. COP die abgegebene Heizleistung einer Wärmepumpe im Vergleich zur aufgewendeten elektrischen Antriebsleistung für den Verdichter an. Sie bewertet ausschließlich die Effizienz des Wärmepumpenprozesses. Eine LZ = 4,2 bedeutet, dass von der eingesetzten elektrischen Anschlussleistung des Kompressors das 4,2- fache über Kollektoren, Erdsonden etc. z.B. ins Haus transportiert wird. Mit anderen Worten: je 1 kW eingesetztem Strom werden 4,2 kW Wärme erzeugt. Für die Wärmepumpe mit der Heizleistung QH kann geschrieben werden:

$ \epsilon _{WP}={\frac {Q_{H}}{W}} $

Bei der Wärmepumpe ist die Heizleistung die Summe aus der extern aufgenommenen Wärmeleistung (z.B. aus tiefer, warmer Erdsonde) QU und der elektrischen Leistung des Kompressors der Wärmepumpe. Es gilt:

$ \epsilon _{WP}={\frac {Q_{H}}{Q_{H}-Q_{U}}} $.

Der Carnot-Wirkungsgrad für eine reversible Wärmepumpe mit der absoluten Verflüssigungstemperatur T2 und der Verdampfungstemperatur T1 beträgt:

$ \eta _{c}={\frac {\left|\Delta W\right|}{\Delta Q_{2,rev}}}={\frac {T_{2}-T_{1}}{T_{2}}}=1-{\frac {T_{1}}{T_{2}}} $

Der reziproke Wert des Carnotfaktors stellt somit den Grenzfall für die erreichbare Leistungszahl dar:

$ \epsilon _{WP}={\frac {Q_{H}}{W}}<{1 \over \eta _{c}}={\frac {T_{2}}{T_{2}-T_{1}}} $

Die Leistungszahl von Kälteanlagen (KA) gibt das Verhältnis der resultierenden Kälteleistung zur eingesetzten Leistung bzw. der Kälteenergie zur technischen Arbeit an:

$ \epsilon _{KA}={\frac {Q_{K}}{W}} $
$ \epsilon _{KA}={\frac {Q_{K}}{Q_{A}-Q_{K}}} $.

Unterschiede bei internationalen Bezeichnungen

Der COP als auch EER sind in Deutschland physikalisch identisch und dimensionslos; sie werden lediglich zur Unterscheidung von Wärmeanlagen (COP) und Kälteanlagen (EER) verwendet. In den USA entspricht der COP dem unseren und ist die aussagekräftigere Größe. Der EER unterscheidet sich jedoch. In den USA ist er gemäß dem Air Conditioning, Heating and Refrigeration Institute (AHRI) das Verhältnis aus nutzbarer Wärmeenergie in BTU/h (ca. 0,293 W) und eingesetzter elektrischer Arbeit in Joule. Demnach werden Leistung und Energie ins Verhältnis zueinander gesetzt. Es ergibt sich daraus folgende Berechnungsgrundlage für die USA: EER = COP * 3,413. Beim Vergleich von Kältegeräten mit EER Kennzeichnungen auf unterschiedlicher Berechnungsgrundlage muss dies bedacht und kompensiert werden.

Siehe auch

  • Leistungszahl für Strömungsmaschinen

Literatur

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