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Energy Efficiency Ratio

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 dieser Art 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 wesentlich mehr 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