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Energy Efficiency Ratio

Akronym: EER

Definition: ein Maß für die Energieeffizienz eines Klimageräts

Englisch: energy efficiency ratio

Kategorien: Energieeffizienz, Grundbegriffe

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta (G+)

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 17.07.2016; letzte Änderung: 31.03.2019

Die Leistungszahl ist eine Größe für die Quantifizierung der Energieeffizienz von Wärmepumpen und Kältemaschinen bzw. von Geräten, die solche Aggregate enthalten. Im Falle von Kältemaschinen, die z. B. Teil von Klimaanlagen sind, bezeichnet man die Leistungszahl gewöhnlich als EER = Energy Efficiency Ratio (und nicht etwa als COP = coefficient of performance). Dies ist definiert als das Verhältnis der erbrachten Kälteleistung zur eingesetzten elektrischen Leistung, also quasi von energetischem Nutzen und Aufwand der Klimatechnik. Eine hohe Leistungszahl zeigt also eine hohe Energieeffizienz an.

Beispiel: Wenn eine Kältemaschine eine Kälteleistung von 10 kW bei einer elektrischen Leistungsaufnahme von 2 kW erbringt, so ist das EER = 10 kW / 2 kW = 5.

Es ist zu beachten, dass man unter der Kälteleistung üblicherweise nicht nur die sogenannte sensible Kühlleistung versteht, die mit einer Absenkung der Lufttemperatur einhergeht; vielmehr ist darin auch die sogenannte latente Kühlleistung enthalten, die im Zusammenhang mit der Entfeuchtung der Luft (Ableitung von Kondenswasser) steht: Die Kondensationswärme des Wassers muss zusätzlich vom Kühlgerät abgeführt werden. Wenn der Anteil der latenten Kühlleistung hoch ist – beispielsweise bei der Kühlung zugeführter Frischluft an einem schwülen Sommertag – ist die sensible Kühlleistung entsprechend geringer. Für das EER wird jedoch immer die gesamte Kühlleistung berücksichtigt. Die Stärke der Entfeuchtung und somit auch der Anteil der latenten Kühlleistung hängt nicht nur von den Betriebsbedingungen ab, sondern auch von der Konstruktion des Geräts: Eine größere Fläche des Wärmeübertragers am Verdampfer sowie ein stärkerer Ventilator führen tendenziell zu einer schwächeren Entfeuchtung und einer entsprechend stärkeren sensiblen Kühlung.

Das EER einer Kältemaschine hängt stark von den beiden relevanten Temperaturniveaus ab, d. h. von der Temperatur, bei der die Kälte geliefert wird, sowie von der Temperatur, die die Umgebung hat, an die die Abwärme abgegeben wird. Wenn es sich beispielsweise um ein luftgekühltes Split-Klimagerät handelt, welches die Raumluft kühlt und die Abwärme an die Außenluft abgibt, sind die relevanten Temperaturen die Raumtemperatur und die Außenlufttemperatur. EER-Werte werden unter standardisierten Bedingungen gemessen, d. h. bei gegebenen Werten der Temperaturen und der Luftfeuchtigkeit und mit Volllast, d. h. maximaler Kälteleistung. Bei einem Klimagerät misst man den EER normgemäß bei 27 °C Innentemperatur und 35 °C Außentemperatur. Wenn das gleiche Gerät aber einen Raum auf 22 °C kühlen müsste, würde es aufgrund der höheren Temperaturdifferenz einen deutlich geringeren EER-Wert erreichen.

Aussagekräftigere SEER-Angaben

Für die Abschätzung der Energieeffizienz im Praxisbetrieb sind reine EER-Werte, die z. B. nur bei 27 °C innen und 35 °C außen und mit Volllast gemessen sind, wenig aussagekräftig. Für die Praxis relevant wäre der durchschnittliche EER-Wert unter den tatsächlich auftretenden Temperaturbedingungen im Betrieb. Um dies besser abzubilden, wurden die Normen entsprechend weiter entwickelt. Seit 2013 gelten in der EU die Bestimmungen der LOT 10 der Eco-Design-Richtlinie für Klimaanlagen mit einer Kälteleistung bis zu 12 kW. Hersteller von Klimageräten müssen seitdem das Seasonal EER (SEER) (Arbeitszahl im Kühlbetrieb) gemäß EN 14825 angeben. Dies ist ein saisonal gemittelter Wert, der aus den gemessenen EER-Werten für verschiedene Außentemperaturen (20, 25, 30 und 35 °C) berechnet wird. Die Gewichtung der Werte für diese Messtemperaturen erfolgt gemäß den klimatischen Bedingungen in Straßburg, die für den Einsatz in Mitteleuropa einigermaßen repräsentativ sind. Wichtig ist, dass bei der Berechnung der SEER-Werte größtenteils der Teillastbetrieb berücksichtigt wird: Nur bei 35 °C wird die volle Kühlleistung verlangt, bei niedrigeren Außentemperaturen jedoch entsprechend reduzierte Leistungen bis herunter zu 21,1 % bei 20 °C.

Die Betrachtung von SEER-Werten (statt nur von EER-Werten) hat wichtige Vorteile für einen fairen Vergleich verschiedener Geräte. Es ist nicht nur gut, dass überhaupt unterschiedliche Betriebstemperaturen berücksichtigt wird, sodass die Hersteller einen Anreiz spüren, ihre Geräte für eine weite Spanne von Betriebsbedingungen zu optimieren. Darüber hinaus werden nun die erheblichen Effizienzvorteile von Geräten mit drehzahlgeregeltem Kompressor (Inverter-Klimageräte) in angemessener Weise erfasst. Bei nicht allzu hohen Außentemperaturen laufen solche Inverter-Geräte nämlich in einem recht effizienten Teillastbetrieb und erzielen dadurch SEER-Werte, die um einiges besser sind als die EER-Werte bei Volllast. Alte Geräte (mit nicht leistungsgeregeltem Kompressor) müssen dagegen die Leistung durch Taktbetrieb anpassen, laufen also abwechselnd in Volllast und gar nicht. Dies ist übrigens auch bezüglich der Betriebsgeräusche und der Lebensdauer nachteilig.

Auch Standby-Verluste werden im SEER berücksichtigt, wobei der Standby-Verbrauch heute ohnehin schon gesetzlich stark begrenzt ist.

Der SEER-Wert eines Klimageräts muss auch auf dem entsprechenden EU-Energielabel ausgewiesen werden – zusammen mit der Nenn-Kälteleistung, dem jährlichen Strombedarf (für eine Betriebszeit von 350 Stunden pro Jahr) und die Geräuschentwicklung. Außerdem erfolgt eine Einstufung in eine Energieeffizienzklasse auf der Basis des SEER-Werts, wobei die Grenzwerte für die Klassen von der Kälteleistung und Art des Geräts (Split-Gerät, mobiles Einschlauch- oder Zweischlauchgerät) abhängen. Man beachte hierbei, dass die Energieeffizienzklasse A schon lange nicht mehr die beste ist, sondern eher einem durchschnittlichen Gerät entspricht; die besseren Klassen sind A+, A++ und A+++.

Für reine Kaltwassererzeuger gibt es auch die Angabe des ESEER für European SEER. Entsprechende Werte können deutlich höher ausfallen als die SEER-Werte, da ein vereinfachtes Verfahren verwendet wird, welches auch die Standby-Verluste nicht berücksichtigt. Für Klimageräte sind grundsätzlich die SEER-Werte relevant.

In den USA wird ab 2018 ein ähnliches System verwendet werden, jedoch werden dort die gewichteten Effizienzwerte als IEER = Integrated Energy Efficiency Ratio bezeichnet, und ihre Ermittlung folgt im Detail anderen Regeln. Die erhaltenen Werte sind deswegen mit den europäischen SEER-Werten nicht direkt vergleichbar.

Gute Split-Klimageräte erreichen heutzutage SEER-Werte deutlich oberhalb von 8. Dies bedeutet also, dass unter Bedingungen, die in etwa den Prüfbedingungen entsprechen, mithilfe von 1 kWh elektrischer Energie mehr als 8 kWh Wärme aus dem gekühlten Raum entfernt werden können. (Gesetzlich gefordert wird in der EU seit 2014 nur ein SEER von mindestens 4,6 bei Split-Geräten; für Geräte, die ein Kältemittel mit geringer Klimaschädlichkeit verwenden, gilt der deutlich laxere Grenzwert von 4,14.) Dagegen erreichen mobile Kompakt-Raumklimageräte typischerweise sehr schwache Werte in der Gegend von 3; sie brauchen also für die gleiche Kühlleistung mehr als doppelt soviel Energie. Hierbei ist noch nicht einmal berücksichtigt, dass bei den typischerweise eingesetzten Einschlauch-Geräten warme Luft in den Raum zurückströmt und einen wesentlichen Teil der Kühlleistung wieder zunichte macht. (Dies kann mit Zweischlauch-Geräten vermieden werden, von denen es am Markt jedoch nur ganz wenige gibt.) Deswegen liegt in der Praxis der Stromverbrauch der meisten Kompakt-Raumklimageräte weitaus höher als bei modernen Split-Klimageräten.

Leider sind Split-Klimageräte in der Anschaffung wesentlich teurer – vor allem wegen des Arbeitsaufwands für den Einbau. Auf der anderen Seite weisen sie auch abgesehen vom Energieverbrauch massive Vorteile für die Benutzer auf: insbesondere verliert man damit nicht wertvolle Stellfläche, muss keine Schläuche durch Löcher in der Außenwand oder gekippte Fenster tolerieren, und die Geräuschentwicklung ist normalerweise sehr viel weniger störend.

Klimaeffekt: nicht nur durch SEER bestimmt wegen Klimaschädlicher Kältemittel

Eine Klimaschädlichkeit entsteht beim Betrieb von Klimageräten einerseits durch den Stromverbrauch (über die CO2-Emissionen in den Kraftwerken, soweit nicht Ökostrom verwendet wird) und andererseits durch die verwendeten Kältemittel, falls diese in die Umwelt gelangen. Leider sind die meisten heutzutage in der Klimatechnik verwendeten Kältemittel zwar wenig ozonschädlich, aber sehr klimaschädlich. Beispielsweise ist das weit verbreitete R-410A 1725 mal klimaschädlicher als die gleiche Menge (nach Masse) von CO2. Dies bedeutet, dass im Falle eines Lecks mit Totalverlust des Kältemittels (z. B. 1 bis 2 kg in einem Split-Gerät mit einigen Kilowatt) für das Klima ein Schaden entstehen kann, der der Emission von mehreren Tonnen CO2 entsprechen kann; dies wäre weitaus mehr als die jährlichen CO2-Emissionen durch den Stromverbrauch. Deswegen sollten unbedingt alle verfügbaren Maßnahmen genutzt werden, um solche Lecks zu vermeiden. Hierzu gehört die Auswahl solide gebauter Geräte und eine sehr sorgfältige Arbeit der Klimatechniker v. a. bei der Montage. Im Idealfall wird über die gesamte Lebensdauer des Geräts praktisch nichts vom Kältemittel in die Umwelt freigesetzt; das Mittel wird bei der Entsorgung vor der Demontage des Geräts abgesaugt und sachgerecht entsorgt.

Siehe auch: Leistungszahl, Klimaanlage, Split-Klimagerät, Kompakt-Raumklimagerät, Kältemaschine
sowie andere Artikel in den Kategorien Energieeffizienz, Grundbegriffe

Kommentare von Lesern

19.07.2017

Guter Bericht, Danke.

Ich wollte eigentlich wissen, wie der SEER genau berechnet wird. Ich habe Diagramme gesehen, die die Jahreshäufigkeit auch noch einbeziehen. Das wäre der Horror für Entwickler.

20, 25, 30 und 35 °C – reichen vier Messungen aus, um den SEER zu bestimmen?

Antwort vom Autor:

Bei solchen Angaben geht es immer um einen möglichst sinnvollen Kompromiss zwischen einer möglichst praxisnahen Einstufung und größtmöglicher Einfachheit. Es ist durchaus nicht abwegig, sich auf die Messdaten für nur vier Außentemperaturen zu stützen, die den in der Praxis vorkommenden Temperaturbereich einigermaßen gut abdecken (wobei aber m. E. der Betrieb bei noch etwas tieferen Außentemperaturen berücksichtigt werden sollte). Natürlich müssen die vier Messwerte mit einer sinnvollen Gewichtung in einen Mittelwert eingehen, und welche Gewichtung sinnvoll ist, hängt von der jeweiligen Klimazone ab.

Man hat sich für den SEER dafür entschieden, die klimatischen Verhältnisse von Straßburg als für ganz Europa repräsentativ anzusehen – was wohl nicht ganz realistisch ist, da die Verhältnisse etwa in Athen sicherlich deutlich anders sind als in Hamburg. Von daher kann man dieses System als nicht recht praxisnah kritisieren. Andererseits wäre es aber für den Vertrieb (nicht für die Entwickler) ein massiver Zusatzaufwand, je nach Verkaufsort andere Effizienzdaten präsentieren zu müssen. Und ohnehin kann man nicht berücksichtigen, dass wegen der Unsicherheiten der Dimensionierung manche Geräte oft mit Volllast laufen, andere dagegen nur selten, was die Effizienz ebenfalls beeinflusst.

Insgesamt scheint mir, dass man mit der derzeitigen Regelung einen angemessenen Kompromiss gefunden hat.

19.03.2019

Wir nutzen in der Energieberatung häufig Kälteanlagen und verwenden die Wärme wie bei einer Wärmepumpe zum Heizen. Nach dem EEWärmeG muss eine Wärmepumpe eine JAZ von 4,0 erreichen. Gibt es eine Möglichkeit aus dem SEER Wert (in unserem Fall 4,8) auf die JAZ umzurechnen? Die Verdampfungstemperaturen der Wärmepumpen, die aus den Kälteanlagen Wärme entziehen, liegen bei ca 25 bis 30 °C.

Antwort vom Autor:

Eine interessante Frage! Für einen bestimmten Betriebszustand ist die Leistungszahl als Wärmepumpe um etwa 1 höher als der entsprechende Wert als Kältemaschine unter der Annahme, dass die Abwärme des Kompressors genutzt werden kann. Zunächst könnte man meinen, dass dasselbe dann für die Jahresarbeitszahlen, also für über das Jahr gemittelte Werte gelten muss. Hierbei ist aber zu beachten, dass sich die Verteilung der Arbeitsstunden über das Jahr durch diese kombinierte Verwendung erheblich ändert. Deswegen wird man eine Jahresarbeitszahl, die für den reinen Heiz-oder reinen Kühlbetrieb ermittelt wurde, nicht direkt auf die kombinierte Verwendung übertragen oder einfach umrechnen. Man wird die Verhältnisse genauer studieren müssen. Grundsätzlich hängt eine JAZ eben immer stark von den jeweiligen Einsatzbedingungen ab.

Ohnehin ist klar, dass solche Zahlen anders zu interpretieren sind, wenn sowohl die Kälte als auch die Wärme genutzt wird; der Nutzen ist dann natürlich entsprechend höher, die Energieeffizienz also entsprechend höher zu einzuschätzen.

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