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Planungshilfe Wärmepumpen


Bestimmung des Gesamtwärmebedarfs

Zur Dimensionierung der Wärmepumpenleistung ist es wichtig, zunächst den Gesamtwärmebedarf zu ermitteln. Die Berechnung des Gesamtwärmebedarfs muss nach den im jeweiligen Land aktuellen gültigen Normen durchgeführt werden, bspw. in Deutschland der DIN EN 12831 für den Heizwärmebedarf des Gebäudes und der DIN 4708 für den Brauchwasserwärmebedarf. Für die Angebotserstellung ist es ausreichend, den Wärmebedarf überschlägig zu ermitteln. Der spezifische Wärmebedarf pro m² Wohnfläche richtig sich dabei nach der Bauweise des Gebäudes:

Passivhaus 0,015 kW/m²
Neubau nach EnEV: 0,04 kW/m²
Neubau mit Standardwärmedämmung: 0,06 kW/m²
Sanierter Altbau mit oder Neubau ohne Wärmedämmung: 0,08 kW/m²
Altbau ohne Wärmedämmung: 0,12 kW/m²

Faustformel zur überschlägigen Ermittlung des Gebäudewärmebedarfs

Wohnfläche [m²] × spezifischer Wärmebedarf [kW/m²] = Gebäudewärmebedarf [kW]

Beispiel:
Niedrigenergiehaus mit ca. 160 m² Wohnfläche × spezifischer Wärmebedarf 0,06 kW/m² =
160 m² × 0,06 kW/m² = 9,6 kW (Gebäudewärmebedarf bei -16 °C).

Bitte beachten Sie: Der Wärmebedarf gibt nicht die Heizarbeit der Wärmepumpe an. Die Tagesheizarbeit in kWh pro Tag gibt z. B. den Tagesenergiebedarf an.


Energiebedarf zur Brauchwassererwärmung

Über einen Tag betrachtet ist die benötigte Energie für die Brauchwassererwärmung nur sehr gering. Da in der Regel das warme Wasser z.B. beim Baden innerhalb kurzer Zeit gezapft wird, muss hier jedoch häufig schnell nachgeheizt werden. Daher ist es wichtig, die hierfür benötigte Leistung mit einzuplanen. Für eine Badewanne mit ca. 150 Litern beträgt der Energieaufwand ca. 6 kWh, für eine Dusche ca. 2 kWh.

Als Faustregel sollte man eine zusätzliche Heizleistung von mindestens 0,25 kW pro Person vorsehen.


Einberechnung der EVU-Sperrzeiten

Einige Energieversorgungsunternehmen bieten günstige Wärmepumpentarife an, die jedoch oft mit Sperrzeiten verbunden sind, in denen die Wärmepumpe nicht mit Heizstrom versorgt wird. Diese Stromunterbrechung kann maximal 3 x 2 Stunden am Tag betragen, die Freigabe dazwischen muss mindestens der Dauer der Sperrzeit entsprechen. Um den zusätzlichen Leistungsbedarf LZ zur Überbrückung dieser Sperrzeiten mit einzuberechnen kann man folgende Faustformel verwenden:


LZ = Gesamtwärmebedarf [kW] × 24 h ÷ (24 h - Sperrzeit)


Beispiel:
der Gesamtwärmebedarf für oben genanntes EFH mit 5 Personen beträgt 10,85 kW, die Sperrzeit 6 h.
LZ = 10,85 kW × 24 h ÷ (24 h - 6 h) = 14,47 kW

Um auch zu den Sperrzeiten ausreichend Wärme zur Verfügung zu haben ist generell der Betrieb der Wärmepumpe mit einem Pufferspeicher empfohlen. Das Puffervolumen sollte in etwa so dimensioniert sein, dass die Sperrzeiten vollständig überbrückt werden können (ca. 50 Liter je kW Wärmepumpenleistung).




Vorlauftemperatur des Wärmepumpen-Heizungssystems

Je niedriger die Vorlauftemperatur ist, desto höher ist die Leistungszahl einer Wärmepumpe und um so sparsamer ist die Heizung. Wärmepumpen arbeiten daher am effizientesten mit Flächenheizungen wie z. B. Fußboden- oder Wandheizungen. In Altbauten oder vorhandenen Gebäuden mit Radiatorheizungssystem, in denen meist hohe Vorlauftemperaturen benötigt werden, sollte versucht werden, durch Sanierungsmaßnahmen, wie z. B. Vergrößerung der Heizflächen oder Anbringen einer Wärmedämmung an der Gebäudefassade, die benötigte Vorlauftemperatur zu senken.




Betriebsart der Wärmepumpe

Um einen unwirtschaftlichen Betrieb zu vermeiden, ist die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe im Heizbetrieb auf 55°C begrenzt, die maximale Brauchwassertemperatur beträgt 60°C. Wenn höhere Temperaturen im Heizungssystem benötigt werden oder die Heizleistung der Wärmepumpe für den ermittelten Gesamtwärmebedarf nicht ausreicht, ist eine bivalente Betriebsart erforderlich. Hier kann z. B. ein Elektroheizstab im Speicher als Zusatzheizung verwendet werden, welcher die noch zusätzlich benötigte Heizleistung abdeckt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, in Zeiten, wenn erhöhter Energiebedarf besteht, den Wärmebedarf komplett durch einen Spitzenlastkessel abzudecken. Somit sind drei verschiedene, nachfolgend beschriebene Betriebsarten möglich.



Monovalenter Betrieb

Der Monovalente Betrieb ist dann möglich, wenn die Leistung der Wärmepumpe auch am kältesten Tag im Jahr den Gesamtwärmebedarf vollständig abdecken kann. Dies ist in der Regel nur in Neubauten nach EnEV mit einem sehr geringen spezifischen Wärmebedarf und einem Niedertemperatur-Heizungssystem möglich.
Monovalenter Betrieb


Bivalente Betriebsart, parallel oder monoenergetisch

Wenn die Wärmepumpe den Wärmebedarf zu ca. 90 - 95 % der jährlichen Heizarbeit abdecken kann ist es meist ausreichend, den restlichen Bedarf ab dem Bivalenzpunkt durch eine Elektrozusatzheizung im Speicher nachzuheizen. In diesem Fall spricht man von einer monoenergetischen Betriebsart. Auf Grund der geringen Anschaffungskosten ist die Montage eines Elektroheizstabes grundsätzlich empfehlenswert.
Wenn die Wärmepumpe parallel mit einem zweiten, vollständigen Wärmeerzeuger betrieben wird spricht man vom bivalenten Parallelbetrieb. Hier ist in der Regel die Wärmepumpe bei geringerem Wärmebedarf die Hauptwärmequelle. Ab dem Zuschaltpunkt wird der Bedarf dann gleichzeitig durch Wärmepumpe und Kessel abgedeckt. Bivalente Heizungssysteme sind zwar teurer im Ankauf, da jedoch der Betrieb der Wärmepumpe kostengünstiger ist als bspw. fossile Energien zahlt sich die Anschaffung der Wärmepumpe in der Regel nach einigen Jahren aus. Ein bivalentes Wärmepumpensystem wird daher häufig auch in bestehenden Gebäuden eingesetzt, in denen bereits eine Heizungsanlage vorhanden ist und die Wärmepumpe als zusätzliche, kostengünstige Wärmequelle den Energieverbrauch optimiert.
Monoenergetischer Betrieb


Bivalente Betriebsart, alternativ

Im alternativen, bivalenten Betrieb arbeitet bei geringerem Wärmebedarf nur die Wärmepumpe. Ab dem Bivalenzpunkt wird dann der Wärmebedarf durch die zweite Wärmequelle gedeckt. Hier kann z. B. eine Holzheizung eingesetzt werden (oder ist bereits vorhanden), die in Zeiten mit sehr hohem Wärme- und Temperaturbedarf die Heizung vollständig versorgt. Die Wärmepumpe wird an den kalten Tagen abgestellt. Der Vorteil bei bivalentem Heizbetrieb der Wärmepumpe in Kombination mit einer Holzheizung ist, dass der Pufferspeicher durch die Holzheizung bereits vorhanden ist. Dadurch können Kosten bei der Anschaffung eingespart werden.
Bivalenter Betrieb