Abtauvorgang bei Wärmepumpen

​Der COP (Coefficient of Performance) einer Wärmepumpe sinkt während des Abtauvorgangs deutlich, da zusätzliche Energie für das Enteisen aufgewendet wird.

Vor dem Abtauvorgang
Bilden sich die ersten Eiskristalle auf der Verdampfer-Oberfläche steigt die Leistung der Wärmepumpe für einen sehr kurzen Zeitpunkt paradoxer Weise sogar an, dies durch die vergrösserte Verdampferoberfläche bevor der Luftdurchsatz durch das Eis reduziert wird.

Während des Abtauvorgangs
Beim Abtauen (z. B. durch Kreislaufumkehr) wird der Verdampfer kurz zum Verflüssiger, was Wärme aus dem Heizkreislauf entzieht und den Kompressor mit hoher Leistung laufen lässt, damit fällt der COP auf unter 1 oder sogar negativ, da mehr Strom verbraucht als Wärme geliefert wird. Der Vorgang dauert 3–10 Minuten und kann die Jahresarbeitszahl  (JAZ) bei häufigen Abtauzyklen um bis zu 15% mindern. Häufige Abtauzyklen endstehen bei Temperaturen zwischen 0 bis 6°Celsius bei gleichzeitig hoher Luftfeuchtigkeit.

Nach dem Abtauvorgang
Nach dem Umschalten und einer Kompressor-Pause von ca. 1 Minute, steigt der COP schnell wieder an, da der eisfreie Verdampfer effizienter Wärme aus der Luft aufnimmt was zu einer bessere Wärmeübertragung führt.

Praktische Auswirkungen
Häufige Abtauzyklen reduzieren den saisonalen COP (SCOP) um 10–20%, weshalb smarte Regler (z. B. mit Ventilatorabtau) den Effekt mildern. Optimierte Systeme minimieren dies durch höhere Verdampfertemperaturen.

Auswirkung des Kältemittels auf die Abtauung
Propan-Anlagen (R290-Wärmepumpen) haben in der Regel weniger Abtauzyklen als herkömmliche HFCs-Systeme durch höhere Verdampfungstemperaturen (z. B. nur 3 K unter Außentemperatur) und erzielen damit eine bessere Wärmeübertragung, was die relative Feuchtigkeit am Verdampfer senkt und Vereisung reduziert. Dadurch sinkt die Kondensatbildung um bis zu 50% bei Aussentemperaturen zwischen 0 bis 6 °C, der kritischen Temperatur-Zone für Abtauungen.

Eine höhere Verdampfungsenthalpie (z. B. bei Propan R290 mit ~400 kJ/kg vs. R410A ~200 kJ/kg) erlaubt höhere Verdampfungstemperaturen bei gleichem Druck, wodurch der Verdampfer wärmer bleibt (>0 °C) und weniger Feuchtigkeit gefriert.

Niedrigere Enthalpie (schwache Phasenübergangswärme) führt zu tieferen Temperaturen (ΔT >10 K zur Luft), was die relative Feuchtigkeit am Verdampfer steigert und die Eisbildung beschleunigt was wiederum zu häufigeren Abtauzyklen führt.

Bei hoher Enthalpie sinkt die absolute Kondensatmenge, da die Luft weniger abkühlt. Das verlängert Laufzeiten ohne Abtauung um 30–50% und minimiert COP-Einbrüche durch die Abtauung.