Luft/Wasser-Wärmepumpe im Labortest

Mittwoch, 23.12.2020

Bevor eine Wärmepumpe auf den Markt kommt, muss sie sich im Test bewähren. So auch die Luft/Wasser-Wärmepumpe Buderus-"Logatherm WLW196i.2-6 AR S+".

Die Prüfstelle HLK Stuttgart von außen. — Quelle: Buderus
Zu den Dienstleistungen der Prüfstelle HLK Stuttgart zählen außer Prüfungen auch Inspektionen, Gutachten, Abnahmen und Validierungen sowie Simulationen im Bereich der Heiz- und Raumlufttechnik sowie der Arbeitsplatzluftreinhaltung.

Den Versuchsaufbau und die Prüfverfahren für die Luft/Wasser-Wärmepumpe Buderus-"Logatherm WLW196i.2-6 AR S+" mit rund 7 kW Leistung (A2/W35) beschreibt der folgende Beitrag. Getestet hat die unabhängige Prüfstelle HLK Stuttgart der Universität Stuttgart, drei Monate dauerte es, bis die Ergebnisse feststanden. Ziel war es, relevante Kennzahlen zu ermitteln, etwa für Heizleistung, elektrische Leistung, Wassertemperaturen, Abtauzyklen, Lautstärke der Außeneinheit und insbesondere den COP (Coefficient of Performance), also das Verhältnis von Wärmeleistung und Antriebsleistung. Geprüft wurde auch, ob sich die Beschaffenheit des Schutzgitters vor dem Ventilator der Außeneinheit auf die technischen Daten auswirkt: Dazu haben die Experten Vergleichsmessungen vorgenommen und die Wärmepumpe einmal mit einem weitmaschigen Gitter und einmal mit einem engmaschigen Gitter geprüft.

Eine — Quelle: Buderus
Die Effizienz einer Wärmepumpe wird auch von der Abtauung beeinflusst: Gut konstruierte Wärmepumpen haben in der Regel längere Zykluszeiten, was den nach Norm berechneten COP positiv beeinflusst.

Abtauung beeinflusst den COP

Ein wesentlicher Einflussfaktor auf die Effizienz, und damit auf den COP der Wärmepumpe, ist die Abtauung der Eisschicht auf dem Wärmeübertrager (Verdampfer). Das Abtauen ist nötig, damit der Wärmetransport nicht blockiert wird – Herausforderung ist es, dieses Abtauen mit möglichst wenig Energieeinsatz zu erreichen.

Die Eisbildung im Winter ist ein Effekt, der jede Luft/Wasser-Wärmepumpe betrifft: Die Temperatur des Kältemittels im Wärmeübertrager muss immer niedriger sein als die Temperatur der Außenluft. Wird dem Energieträger Luft Wärme entzogen, wird sie entsprechend abgekühlt und kann dadurch weniger Feuchtigkeit aufnehmen beziehungsweise behalten – wärmere Luft nimmt mehr Feuchtigkeit auf als kältere. Bei Unterschreitung des Taupunktes setzt sich die Feuchtigkeit als Kondenswasser auf dem Wärmeübertrager ab. Ist der Wärmeübertrager kälter als 0° C, gefriert auf seiner Oberfläche dieses Kondenswasser und es entsteht eine Eisschicht. Je nach Außenlufttemperatur ist dieser Effekt stärker oder schwächer – besonders ausgeprägt ist er bei Außenlufttemperaturen zwischen -3 und 5 °C, weil das Kältemittel entsprechende Minustemperaturen aufweisen muss und die Luft zugleich einen hohen Feuchtegehalt hat. Ist die Außenluft kälter und enthält deshalb weniger Feuchtigkeit, etwa im zweistelligen Minusbereich, tritt das Problem weniger auf.

Testobjekt und Prüfaufbau

Bei der Luft/Wasser-Wärmepumpe im Test handelt es sich um ein Monoblockgerät: Innen- und Außeneinheit sind über eine wasserführende Leitung verbunden. Die Außeneinheit enthält Verdichter mit Verdampfer, Gebläse und Verflüssiger (Plattenwärmeübertrager), die Leistung des Verdichters passt sich variabel an. Die Wärmepumpe hat eine Invertersteuerung, sie variiert die Kompressordrehzahl automatisch, sodass genau die jeweils benötigte Energiemenge bereitgestellt wird. Auch das Gebläse ist drehzahlgesteuert und regelt seine Leistung für einen möglichst niedrigen Energieverbrauch bedarfsabhängig. Die Inneneinheit enthält die Regelung, eine Zirkulationspumpe und einen Warmwasserspeicher.

Die Messungen erfolgten in drei Teilen:

Leistungstest unter bestimmten Heizbedingungen nach DIN EN 14511 (vom Hersteller definierte Nennleistung),
Leistungstest unter bestimmten Heizbedingungen nach DIN EN 14825 (von der Norm definierte Messpunkte entlang einer Heizkurve)/DIN EN 16147,
Test des Schallleistungspegels nach DIN EN 12102.

Leistungstest nach DIN EN 14511

Der Leistungstest wurde gemäß DIN EN 14511 "Luftkonditionierer, Flüssigkeitskühlsätze und Wärmepumpen für die Raumbeheizung und -kühlung und Prozess-Kühler mit elektrisch angetriebenen Verdichtern" absolviert. Die Experten haben die Wärmepumpe unter anderem bei A7/W35 und A7/W55 sowie bei A2/W35, A-7/W35 getestet, jeweils mit unterschiedlicher Frequenz. Den mit 5,01 höchsten COP im Test erzielte das Gerät bei A7/W35 und 90 Hz. Beim für Luft/Wasser-Wärmepumpen aussagekräftigsten Wert A2/W35 erreichte das Gerät einen COP von 4,25 bei 90 Hz. Hier zeigte sich, je geringer die Leistung, desto höher die Effizienz – bei kleiner Drehzahl verlängert sich die Zykluszeit (4:15 h bei 90 Hz).