Leistungszahl

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Die Leistungszahl  \varepsilon (abgekürzt LZ), 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 elektrischen Leistung. 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 den eingesetzten Antriebswärmestrom \dot Q_{B} bezieht.

Die Leistungszahl ist abhängig vom Betriebspunkt, weshalb die Angabe der Leistungszahl allein nicht ausreicht. So erreicht z. B. eine Wärmepumpe mit geringer Temperaturdifferenz eine hohe Effizienz bzw. Leistungszahl, während eine Luft/Wasser Wärmepumpe zur Gebäudeheizung gerade im Winter schlechte Leistungszahlen erreicht. Speziell zur Klimatisierung wurden daher mehrere Leistungszahlen definiert, welche die Teillast und auch klimatische Einflüsse berücksichtigen.

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

Bei elektrischen Wärmepumpen (WP) mit Kältemittel gibt die Leistungszahl bzw. COP das Verhältnis der abgegebenen Heizleistung einer Wärmepumpe zur aufgewendeten elektrischen Leistung des Verdichters an. Eine Leistungszahl von z. B. 4,2 bedeutet, dass von der eingesetzten elektrischen Leistung des Kompressors das 4,2- fache an Wärmeleistung bereitgestellt wird. Anders formuliert kann mit dieser Wärmepumpe aus einem Kilowatt elektrischer Leistung 4,2 kW Wärmeleistung zur Verfügung gestellt werden.

Für eine Wärmepumpe mit der Heizleistung  \dot Q_H ist die Leistungszahl definiert als:

 \varepsilon_{WP} = \frac{\dot Q_{H}}{P_{el}}

Bei adiabater Betrachtung der Wärmepumpe ist die Heizleistung die Summe aus der extern aufgenommenen Wärmeleistung  \dot Q_u (z. B. aus tiefer, warmer Erdsonde) und der elektrischen Leistung  P_{el} des Kompressors der Wärmepumpe, womit die Leistungszahl damit definitionsgemäß größer als eins ist. Aber erst bei Leistungszahlen bzw. Jahresarbeitszahlen, die größer als der Primärenergiefaktor des verwendeten Stroms sind, kann der Einsatz einer Wärmepumpe wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll sein.

 \varepsilon_{WP} = \frac{\dot Q_{u}+P_{el}}{P_{el}}=1+\frac{\dot Q_{u}}{P_{el}} .

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

\eta_{c}=\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:

 \varepsilon_{WP} <  {1 \over \eta_{c}}=\frac{T_{2}}{T_{2}-T_{1}}

Die Leistungszahl von Kälteanlagen (KA) gibt das Verhältnis der resultierenden Kälteleistung  \dot Q_C zur eingesetzten elektrischen Leistung an:

 \varepsilon_{KA} = \frac{\dot Q_{C}}{P_{el}}

Siehe auch[Bearbeiten]