Luftwärmepumpe ideal konfigurieren

Als die entscheidende Heizlösung der nahen Zukunft werden Wärmepumpen angesehen, um den Pfad zur Klimaneutralität zielführend zu beschreiten. Damit diese ihre Aufgabe möglichst leistungseffizient erfüllen, ist bei der Konfiguration einiges zu berücksichtigen. Als veränderliche Kenngrößen treten hierbei insbesondere die Vorlauftemperatur sowie die Dimension des Pufferspeichers in Erscheinung. Demgegenüber sind andere Angaben, wie etwa die Heizlast, als unveränderlich zu betrachten. Beabsichtigen Sie aus diesem Grund, Ihre Wärmepumpe bestmöglich zu justieren, sollte der Fokus auf jene Parameter gelegt werden, die modifizierbar sind. Was dabei von wesentlicher Bedeutung ist, wird Ihnen in der vorliegenden Abhandlung dargelegt.

Fundamentale Voranalyse

Die korrekte Dimensionierung einer Heizungsanlage nimmt ihren Ausgangspunkt in der Bestimmung der Heizlast; diese bildet den individuellen Heizwärmebedarf separater Bereiche oder des Gesamtobjekts in Korrelation zu den Ansprüchen der Bewohner (also den gewünschten Raumtemperaturen) ab. Aspekte wie die Größe der Außenwandanteile sowie die Temperaturniveaus der benachbarten Bereiche determinieren die Heizlast eines Raumes maßgeblich. Üblicherweise werden diese Aspekte als unveränderlich betrachtet, außer wenn weitere Modernisierungsarbeiten an der Gebäudekontur geplant sind.

Im Rahmen der Sanierung einer vorhandenen Heizungsanlage ist primär auf die flexiblen, anlagenspezifischen Kennzahlen ein besonderes Augenmerk zu richten; hierzu zählen die Vorlauftemperatur und das Fassungsvermögen eines gegebenenfalls anzubringenden Pufferspeichers. Bestehende Wärmeabgabeeinheiten, wie zum Beispiel Heizkörper, sowie die momentane Vorlauftemperatur, dürfen keineswegs als fixiert betrachtet werden. So vermag bei Luft/Wasser-Wärmepumpen eine Reduzierung der Vorlauftemperatur um lediglich einen Kelvin den Wirkungsgrad des Systems um circa 2 bis 2,5 Prozent zu verbessern. Folglich erweist es sich als ratsam, sowohl aus kosteneffizienten als auch aus umweltfreundlichen Gesichtspunkten eine möglichst geringe Vorlauftemperatur zu favorisieren.

Was bedeutet die Vorlauftemperatur?

Innerhalb einer Heizungsanlage bezeichnet die Vorlauftemperatur diejenige Heizwassertemperatur, die erreicht wird, nachdem dieses durch eine Wärmequelle, wie beispielsweise eine Wärmepumpe oder einen Brennwertkessel, aufgeheizt wurde. Das aufgeheizte Medium gelangt anschließend mittels der Heizungsleitungen hin zu den Heizkörpern oder weiteren Wärmeabgabestellen. Der Terminus „Vorlauf' bezeichnet in diesem Kontext den Flussweg des Mediums vom Verlassen der Wärmequelle bis zum Hineinströmen in das gesamte Heizsystem.

Wärmepumpen ziehen einen erheblichen Nutzen aus geringen Vorlauftemperaturen. Infolgedessen müssen sie die dem Erdreich, dem Grundwasser oder der Umgebungsluft aufgenommene thermische Energie lediglich minimal nachheizen, was den elektrischen Energieverbrauch signifikant reduziert. Fußbodenheizungen sind in diesem Kontext hervorragend prädestiniert, da sie typischerweise mit geringen Vorlauftemperaturen betrieben werden.

Maßgebend ist in diesem Zusammenhang ferner eine minimal mögliche Temperaturspreizung. Hierunter ist die Differenz der Temperaturen zwischen dem Vorlauf- und Rücklaufwasser gemeint. Eine niedrige Temperaturspreizung reduziert den Energiebedarf, welcher vom Wärmeerzeuger - sei es eine Luft-, Wasser- oder Erdwärmepumpe, oder ein Gas-Brennwertkessel - erbracht werden muss, auf ein Minimum.

Größere Heizkörperflächen begünstigen geringere Vorlauftemperatur

Durch eine präzise Dimensionierung der Wärmeabgabefläche der Heizkörper lässt sich die Vorlauftemperatur des Heizsystems effektiv reduzieren. In vielen Bestandsbauten sind die Heizkörper häufig zu groß ausgelegt; dieser scheinbar widersprüchliche Umstand kann sich als günstig erweisen, wenn die Absicht eine Herabsetzung der Vorlauftemperatur darstellt. Sollten die Heizkörper allerdings unterdimensioniert sein, kann erwogen werden, diese durch Modelle mit größerer Oberfläche auszutauschen.

Zum Beispiel wäre es denkbar, herkömmliche Gliederheizkörper durch voluminösere Plattenheizkörper auszutauschen. Ebenso ist ein Umstieg von Heizkörpern der Bauart 10 oder 11 auf die Typen 21, 22 oder gar 33 realisierbar. Weil die Anschlussbereiche der Heizkörper standardisiert sind, gestaltet sich der Austausch zumeist als unkompliziertes Vorhaben. Oftmals kann die bestehende Heizkörpernische weiterhin Verwendung finden.

Falls es nicht realisierbar sein sollte, die Vorlauftemperaturen auf ein für Wärmepumpen ideales Maß zu reduzieren, können ergänzende konstruktive Eingriffe vorgenommen werden, welche die Heizlast und folglich auch die Vorlauftemperatur herabsetzen. Der Ersatz von einfachverglasten durch doppelt- oder dreifachverglaste Fenster, ferner die Isolierung der Kellerdecke, des Daches und der Gebäudehülle, zeigen sich in diesem Kontext als äußerst wirksame Maßnahmen.

Vorlauftemperatur korrekt einstellen

Zur exakten Justierung der Vorlauftemperatur ist es ratsam, einen qualifizierten Heizungsfachmann zu konsultieren. Jener Experte vermag nicht allein die bestgeeignetste Vorlauftemperatur für Ihr Heizsystem festzustellen, sondern zudem einen hydraulischen Abgleich vorzunehmen, um das komplette System zu perfektionieren. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Vorlauftemperatur in unmittelbarer Relation zur Außentemperatur steht: Fällt die Außentemperatur ab, so erhöht sich die Vorlauftemperatur von selbst.

Sollten Sie trotzdem beabsichtigen, die Vorlauftemperatur Ihrer Wärmepumpe eigenhändig zu justieren, sind einige entscheidende Aspekte zu beachten. Die Absicht besteht selbstverständlich darin, zum einen die Heizkosten zu reduzieren und zum anderen ein behagliches Raumklima sicherzustellen. Aus diesem Grund ist es unerlässlich, sowohl überhöhte als auch unzureichende Vorlauftemperaturen zu unterbinden.

Anpassungen an der Vorlauftemperatur nur bis höchstens fünf Grad Außentemperatur

Um die Vorlauftemperatur Ihrer Heizungsanlage präzise anzupassen, ist es ratsam, die entsprechenden Einstellungen ausschließlich bei Außentemperaturen von höchstens fünf Grad Celsius durchzuführen. Vermerken Sie zuerst die derzeitige Außentemperatur und justieren Sie anschließend sämtliche Thermostate im Gebäude auf eine gleichbleibende Position. Anschließend lässt sich die angestrebte Heizwassertemperatur an der Wärmepumpe konfigurieren.

Für Altbauten mit unzureichender Wärmeisolation ist eine höhere Vorlauftemperatur ratsam, um eine steilere Heizkurve zu erzielen. Hierdurch kann das Heizungswasser ein erhöhtes Wärmequantum an die Heizkörper transferieren, ehe es mit verringerter Temperatur zur Wärmepumpe zurückströmt.

Hingegen kann in Neubauten, die über eine effektive Wärmeisolation und Niedertemperaturheizungen verfügen, die Vorlauftemperatur geringer eingestellt werden. In diesen Konstellationen wird die Wärme ökonomischer verwertet, und die Heizkurve muss demzufolge keinen derart steilen Verlauf aufweisen.

Heizkörperrechner des BWP

Zur exakten Anpassung der Vorlauftemperatur Ihrer Wärmepumpe gewährt der Heizkörperrechner des Bundesverbandes Wärmepumpe (BWP) e.V. eine nützliche Hilfe. Er ist unter dem nachstehendem Verweis auffindbar: Heizkörperrechner des BWP. In diesem Berechnungsmodul tragen Sie die aktuell konfigurierten Höchstwerte für Vor- und Rücklauftemperatur ein, und zwar neben der Bauart Ihrer Heizkörper, den Dimensionen der Heizflächenelemente und der Raumtemperatur.

Um zu evaluieren, ob Potenziale zur Reduktion der Vorlauftemperatur existieren, können die auf diese Weise bestimmten bereichsspezifischen Heizleistungsdaten mit den entsprechenden Heizlasten gemäß DIN EN 12831-1 Abschnitt 6 abgeglichen werden. Falls die ermittelte Heizlast eines Bereiches niedriger sein sollte als die höchstens bereitstellbare Heizleistung des zugehörigen Heizkörpers, ist es möglich, die Vorlauftemperatur herabzusetzen.

Anschließend kann die Heizleistung einer Neuberechnung unterzogen werden, nämlich unter Anwendung einer um 5 Kelvin reduzierten Vorlauftemperatur. Auf diese Weise gelangen Sie stufenweise näher an die optimale Vorlauftemperatur heran. Sie ist erzielt, wenn die Heizlast des Raumes exakt der berechneten Heizleistung gleicht. Dank dieser angepassten Vorlauftemperatur gewährleistet Ihre Wärmepumpe eine optimale Erwärmung sämtlicher Räume, wobei der Energieverbrauch auf ein Minimum reduziert wird.

Pufferspeicher der Wärmepumpe

Ein zusätzlicher, maßgeblicher Aspekt bei der Effizienzsteigerung einer Wärmepumpe stellt die Verwendung eines Pufferspeichers dar, vor allem in Bestandsimmobilien. Der Pufferspeicher fungiert als eine Form von „Puffer' für das Heizmedium und bringt diverse Vorzüge mit sich. Er kompensiert Fluktuationen innerhalb des Wärmeverteilsystems und bewirkt überdies eine hydraulische Entkopplung. Des Weiteren kann er der Wärmepumpe nach Erfordernis ein erhöhtes Durchflussvolumen sowie Abtauenergie bereitstellen. Als Resultat ergibt sich eine ausgedehntere Laufzeit der Wärmepumpe bei parallel dazu reduziertem Modulationsbedarf, dieser Aspekt steigert die Energieeffizienz signifikant.

Der Pufferspeicher dient ferner als eine Form von Energiespeicher. Er vermag überschüssig anfallende Wärme zu akkumulieren, welche tagsüber erzeugt, jedoch nicht unmittelbar abgenommen wird. Diese akkumulierte thermische Energie kann anschließend in den kälteren Abend- und Morgenstunden erneut in das Wärmeverteilsystem zugeführt werden, was dazu führt, dass die Wärmepumpe erheblich weniger arbeiten muss. Eine derartige Betriebsweise ist mittels simpler Zeitprogramme in jedem Gebäude umsetzbar und steigert die Systemeffizienz maßgeblich.

Die optimale Dimensionierung bestimmen

Die bestmögliche Dimensionierung eines Pufferspeichers wird von verschiedenen Aspekten beeinflusst, neben anderen Dingen vom Ausmaß und der Eigenart des Bauwerks, dem eingesetzten Heizsystem sowie dem Temperaturniveau. Folglich kann keine pauschale Empfehlung für die optimale Speichergröße erteilt werden; vielmehr ist eine präzise Berechnung notwendig. Wird der Pufferspeicher lediglich zum Abtauen der Wärmepumpe verwendet, so kann, abhängig von der Leistungsanforderung der Wärmepumpe, bereits ein geringeres Fassungsvermögen von maximal 50 Litern genügen.

Voluminösere Pufferspeicher ermöglichen aber eine erweiterte Anpassungsfähigkeit, beispielsweise zur Überbrückungsmöglichkeit von Abschaltzeiten für Wärmepumpenstrom oder von Zeiten der Trinkwassererwärmung. Ferner ist ein voluminöserer Pufferspeicher in der Lage, thermische Energie aus einer Solarthermieanlage oder überschüssig erzeugten Strom aus einer Photovoltaikanlage zu akkumulieren und nach Erfordernis erneut freizugeben.

Für Ein-Familien-Wohngebäude erweist sich eine Speicherkapazität von rund 200 Litern meist als genügend. Sollte allerdings eine solarthermische oder photovoltaische Anlage dachmontiert sein, ist ein Pufferspeicher mit einem Fassungsvermögen von wenigstens 300 Litern zu erwägen.

Pufferspeicher nicht überdimensionieren

Die Auswahl des passenden Pufferspeichervolumens stellt einen entscheidenden Aspekt dar, da ein überdimensionierter Speicher unwirtschaftlich arbeiten kann. Auch bei ausgezeichneter Dämmung kann nicht benötigte, unverbrauchte Wärme aus dem Speicher mit der Zeit an die Umgebung entweichen und dadurch verlorengehen. Ein bereits bestehender Pufferspeicher kann durchaus weiterhin Verwendung finden, unter der Bedingung, dass er mit der neuartigen Heizanlage kompatibel ist.

Nachstehende Aspekte wirken sich sowohl auf die Dimensionierung als auch auf die Konzeption des Pufferspeichers aus:

• Speichertyp: Je nach spezifischer Anforderung ist eine Selektion zwischen Reihenspeichern und Trennspeichern möglich.
• EVU-Sperre: Restriktionen seitens des Energieversorgungsunternehmens können die Dimensionierung des Speichers maßgeblich determinieren.
• Photovoltaik-Einbindung: Falls eine Photovoltaik-Anlage integriert ist, sind hierfür besondere Überlegungen notwendig.
• Solarthermie-Einbindung: Ein Speicher mit eingebauter Solarwendel erweist sich in solch einem Szenario als unabdingbar.
• Hybrid-Systeme: Bei einer Verknüpfung mit Gas- oder Holzheizungen sind eigene Anschlüsse am Speicher vonnöten.
• Hydraulische Anschlüsse: Die Dimensionen und die Quantität der hydraulischen Anschlüsse können je nach spezifischem System abweichen.

Bei Sanierungsvorhaben sind Trennpufferspeicher zu favorisieren

Im Rahmen umfassender Sanierungs- oder Modernisierungsmaßnahmen von bestehenden Bauwerken wird oftmals ein Trennspeicher als Pufferspeicher verwendet. Dieser Speichertyp separiert die Durchflussmengen der Wärmepumpe von jenen des gebäudeinternen Heizsystems, was zu einer hydraulischen Entkopplung zwischen der Wärmepumpe und der vorhandenen Heizungsanlage führt. Diese Vorgehensweise ist sowohl unkompliziert umsetzbar als auch gewährt sie eine erhebliche Betriebssicherheit hinsichtlich der hydraulischen Entkopplung.

Als Alternative sind Reihenspeicher zu nennen; diese könnten allerdings die Schwierigkeit des hydraulischen Abgleichs für den installierenden Fachhandwerker vergrößern. Aus diesem Grund werden sie primär im Neubau von Ein-Familien-Wohngebäuden verwendet.

Dieser Fachbeitrag basiert auf Erkenntnissen und Daten der zwei renommierten Wärmepumpen-Hersteller Wolf und Bosch.