1. Thermodynamischer Hintergrund
Basierend auf dem Carnot-Kreisprozess wird die theoretische maximale Leistungszahl (COP) einer Luftwärmepumpe definiert als:
COP_max = T_heiß / (T_heiß - T_kalt)
Wobei T die absolute Temperatur in Kelvin ist. Die Formel zeigt, dass je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Quelle und Senke ist, desto höher ist der Wirkungsgrad.
In realen Systemen ist die tatsächliche Betriebstemperatur viel niedriger als dieses theoretische Maximum. Laut dem ASHRAE Handbook (2020) erreichen moderne Luftwärmepumpen typischerweise nur 40% bis 60% des Carnot-Limits, was auf thermodynamische Verluste und Ineffizienzen der Komponenten zurückzuführen ist.
Technischer Hinweis: Das Carnot-Prinzip ist ein wertvoller Maßstab, aber das reale Systemverhalten wird durch die Leistung des Verdichters, die thermophysikalischen Eigenschaften des Kältemittels und die Systemsteuerungsstrategien bestimmt.
2. Felddaten
Die European Air Source Heat Pump Association (EHPA) liefert saisonale Leistungstestergebnisse, die die Auswirkungen sinkender Umgebungstemperaturen hervorheben:
Wenn die Außentemperatur von 7 °C auf -7 °C sinkt:
Sinkt die COP der Luftwärmepumpe von 4,2 auf 3,1 (-26%)
Sinkt die COP der Erdwärmepumpe von 5,1 auf 4,3 (-16%)
Diese Trends sind in Klimazonen mit höherem Heizbedarf vorherrschend. Beispielsweise haben einige Wohneinheiten in Südfinnland COP-Werte von unter 2,0 während anhaltender Kälteperioden verzeichnet.
3. COP-Reduktionsmechanismen
Niedrigere Außentemperaturen können aus folgenden Gründen zu einem deutlichen Rückgang der COP von Luftwärmepumpen führen:
1) Niedrigerer Verdampfungsdruck, höheres Verdichterdruckverhältnis und erhöhter Energieverbrauch
2) Reduzierter Kältemittelmassenstrom, wodurch die Wärmeübertragung zum Verdampfer beeinträchtigt wird
3) Häufige Abtauzyklen, die Hilfsenergie verbrauchen und den stationären Betrieb stören
1. Thermodynamischer Hintergrund
Basierend auf dem Carnot-Kreisprozess wird die theoretische maximale Leistungszahl (COP) einer Luftwärmepumpe definiert als:
COP_max = T_heiß / (T_heiß - T_kalt)
Wobei T die absolute Temperatur in Kelvin ist. Die Formel zeigt, dass je kleiner die Temperaturdifferenz zwischen Quelle und Senke ist, desto höher ist der Wirkungsgrad.
In realen Systemen ist die tatsächliche Betriebstemperatur viel niedriger als dieses theoretische Maximum. Laut dem ASHRAE Handbook (2020) erreichen moderne Luftwärmepumpen typischerweise nur 40% bis 60% des Carnot-Limits, was auf thermodynamische Verluste und Ineffizienzen der Komponenten zurückzuführen ist.
Technischer Hinweis: Das Carnot-Prinzip ist ein wertvoller Maßstab, aber das reale Systemverhalten wird durch die Leistung des Verdichters, die thermophysikalischen Eigenschaften des Kältemittels und die Systemsteuerungsstrategien bestimmt.
2. Felddaten
Die European Air Source Heat Pump Association (EHPA) liefert saisonale Leistungstestergebnisse, die die Auswirkungen sinkender Umgebungstemperaturen hervorheben:
Wenn die Außentemperatur von 7 °C auf -7 °C sinkt:
Sinkt die COP der Luftwärmepumpe von 4,2 auf 3,1 (-26%)
Sinkt die COP der Erdwärmepumpe von 5,1 auf 4,3 (-16%)
Diese Trends sind in Klimazonen mit höherem Heizbedarf vorherrschend. Beispielsweise haben einige Wohneinheiten in Südfinnland COP-Werte von unter 2,0 während anhaltender Kälteperioden verzeichnet.
3. COP-Reduktionsmechanismen
Niedrigere Außentemperaturen können aus folgenden Gründen zu einem deutlichen Rückgang der COP von Luftwärmepumpen führen:
1) Niedrigerer Verdampfungsdruck, höheres Verdichterdruckverhältnis und erhöhter Energieverbrauch
2) Reduzierter Kältemittelmassenstrom, wodurch die Wärmeübertragung zum Verdampfer beeinträchtigt wird
3) Häufige Abtauzyklen, die Hilfsenergie verbrauchen und den stationären Betrieb stören
