Wirkungsgrad und COP

Wirkungsgrad

 

Der Wirkungsgrad ist eine thermodynamische Größe. Dabei kann man zwischen theoretisch möglichen und realen Wirkungsgraden unterscheiden.

Der theoretisch mögliche Wirkungsgrad beschreibt einen Prozess in seiner perfekten Form, also ohne Verluste. Offensichtlich ist dieser Wirkungsgrad für die Bewertung einer realen Anlage nicht relevant, so dass es hier um reale Wirkungsgrade gehen soll.

 

Ganz allgemein git:

 

Wirkungsgrad = Nutzen pro Aufwand

 

Die Frage ist dann immer, was ist Nutzen und was ist Aufwand. Dazu muss zunächst einmal definiert werden, wo überhaupt genau die Grenze einer Anlage verläuft. Wenn eine Anlage hinsichtlich ihrer Effizienz bewertet werden soll, geht man typischerweise von engen Grenzen aus. Man ist bestrebt, eine Anlage in ihre funktionalen Einheiten aufzuteilen.

 

/// Bild 1: Heizung mit Systemgrenze ///

 

/// Bild 2: Lüftungsanlage mit Systemgrenze ///

 

In der folgenden Tabelle sind einige Beispielanlagen mit Nutzen und Aufwand aufgeführt. Es sei hier aber ausdrücklich darauf hingewiesen, dass je nach Situation auch andere Systemgrenzen und damit andere Definitionen von Nutzen und Aufwand vorliegen können. Das liegt letztenendes am Urteil des Sachverständigen. Hier geht es also um typische aber nicht zwingende Definitionen.

Anlage Nutzen Aufwand
Heizkessel Heizleistung Brennstoff pro Zeit
Klimaanlage Kühlleistung Stromverbrauch
Wärmetauscher WRG Rückgewonnene Wärme Wärmedifferenz zwischen ein- und ausströmender Luft
BHKW Heizleistung + Stromleistung Brennstoff pro Zeit
Warmwasserspeicher Wärmeaufnahme des Wassers Leistungsaufwand (Heizung, Strom, etc.)

COP

 

Der COP ist zwar ganauso definiert, wie der Wirkungsgrad, also Nutzen pro Aufwand, er ist aber für Anlagen reserviert, die Umweltwärme aufnehmen. Beispiele sind Klimaanlagen oder Wärmepumpen. In diesem Fall kann das Verhältnis aus Nutzen und Aufwand größer als 1 sein, was klassischerweise bei einem Wirkungsgrad nicht möglich ist.

Als Überlegung dazu kann man sich vorstellen, dass eine Wärmepumpe zwar durch den Betrieb mit Strom einen Teil der Wärme aufnimmt, die später an das Heizwasser abgegeben wird, der Hauptteil aber sollte aus der Umgebung aufgenommen werden. Je nach Art können das Grundwasser oder Umgebungsluft sein.

 

 

Wirkungsgrad bzw. COP und Wärmebilanz

 

Der Wirkungsgrad ist wichtig, da der Anteil der eingesetzten Energie (oder Leistung), der nicht nutzbar gemacht werden kann, als Verlust in einer entsprechenden Bilanz berücksichtigt werden muss. Allerdings muss immer bewertet werden, ob ein Verlust auch wirksam ist, oder ob an anderer Stelle nutzbar gemacht werden kann.

 

Verluste sind also eine Bilanzgröße einer Gesamtbilanz, während der Wirkungsgrad sich auf eine eeinzelne Anlage bezieht.

 

Das soll am Beispiel des Heizkessels und des Warmwasserspeichers erklärt werden:

 

/// Bild 3: Heizkessel Verluste ///

 

/// Bild 4: Verluste Warmwasserspeicher ///

 

Verluste können durch technologischen Aufwand reduziert werden. Moderne Heizkessel mit Brennwerttechnik können Abgasverluste reduzieren, indem der Wasserdampf im Abgas kondensiert wird, und die Kondensationswärme durch den Wärmetauscher im Kessel aufgenommen wird und so an das Heizwasser übertragen wird.

Der technologische Aufwand dabei ist, dass der Kessel gegen Korrosion geschützt werden muss, da Wasser kondensiert und sich mit Rauchgas vermischt und so hochkorrosive Flüssigekiten im Kessel entstehen.

 

Einige Verlustarten können zudem vermieden werden, indem sie anders genutzt werden. Ein Beispiel ist die Aufstellung des Warmwasserspeichers in einem beheizten Bereich der Gebäudehülle. Die Abwärme wird dann ohne technische Aufwand vollständig nutzbar gemacht.

Druckversion Druckversion | Sitemap
© Christoph Mevenkamp