Die Basis jeder Heizungsauslegung ist die Heizlast, also der Wärmebedarf einzelner Räume bzw. eines Gebäudes in Abhängigkeit von den Ansprüchen der Nutzer (Raumsolltemperaturen). Auf die Heizlast eines einzelnen Raumes wirken zum Beispiel der Anteil der Außenflächen und die Raumtemperaturen der angrenzenden Räume ein. Diese Daten sind in der Regel als gegeben anzunehmen, sofern keine energetischen Sanierungsmaßnahmen an der Gebäudehülle geplant sind.
Die Vorlauftemperatur ist eine variable Größe
Steht eine Heizungsmodernisierung im Bestand an, sollten jedoch weder die Vorlauftemperatur des vorhandenen Heizsystems noch die bestehenden Heizflächen als unveränderliche Größe betrachtet werden. Denn bei Luft/Wasser-Wärmepumpen bedeutet eine Senkung der Vorlauftemperatur um nur 1 K, dass die Effizienz um etwa 2 bis 2,5 Prozent steigt. Es ist also sehr wirtschaftlich und gleichzeitig klimafreundlich, ein Gebäude mit einer möglichst geringen Vorlauftemperatur zu heizen.
Wird die Wärmeübertragefläche (aller Heizkörper) möglichst groß gewählt, kann in der Regel die Vorlauftemperatur gesenkt werden. Oft wurden Heizkörper in Bestandsbauten aus „Sicherheitsgründen“ früher zu groß ausgelegt, was dem Ziel einer Temperaturabsenkung unkompliziert entgegenkommt.
Ist es nicht möglich, angemessene Vorlauftemperaturen für den Betrieb einer Wärmepumpe zu erreichen, so können weitere Maßnahmen am Gebäude die Heizlast und damit die Vorlauftemperatur reduzieren. Besonders effizient sind hierfür der Austausch von Fenstern mit Einfachverglasung gegen Fenster mit Doppel- oder Dreifachverglasung sowie die Dämmung von Kellerdecke, Dach und/oder Fassade.
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Jedes Kelvin weniger verbessert die Effizienz
Weil aus Effizienzgründen beim Betrieb einer Wärmepumpe die maximale Vorlauftemperatur 55 °C nicht überschreiten sollte, muss bei bereits bekannter Heizlast geprüft werden, ob die Heizkörper im Bestand ausreichend leistungsstark sind. Dies lässt sich in den Herstellerunterlagen mit der Vor- und Rücklauftemperaturpaarung (z. B. 55/45 °C) sowie der Ziel-Raumtemperatur (z. B. 20 °C) ermitteln.
In Verbindung mit dem Bestandskessel wird zunächst näherungsweise die übertragbare Heizleistung der Heizkörper des gesamten Wärmeverteilsystems als Ist-Zustand bestimmt. Ein dafür hilfreiches Tool ist der Heizkörperrechner des Bundesverbands Wärmepumpe (BWP) e. V. unter: www.waermepumpe.de/normen-technik/heizkoerperrechner. Eingesetzt werden dabei als maximale Vor- und Rücklauftemperatur die aktuell eingestellten Werte sowie der Heizkörpertyp, die Abmessungen der bestehenden Heizflächen und die Innentemperatur.
Beim Vergleich der raumweise ermittelten Werte mit den jeweiligen Heizlasten nach DIN EN 12831-1 Abschnitt 6 wird erkennbar, ob noch Spielraum zur Absenkung der Vorlauftemperatur besteht. Dies ist möglich, falls die
Raumheizlast kleiner ist als die maximal zur Verfügung stehende Heizleistung der jeweiligen Heizkörper.
Anschließend wird die Heizleistung mit einer um 5 K reduzierten Vorlauftemperatur errechnet, um sich so der idealen Vorlauftemperatur anzunähern. Sie ist erreicht, falls die Heizlast eines Raumes der berechneten Heizleistung entspricht. Mit der reduzierten Vorlauftemperatur der Wärmepumpe werden alle Räume gerade noch optimal beheizt.
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Verfahren zur Annäherung an die ideale Vorlauftemperatur
Und so ist eine Annäherung an die ideale Vorlauftemperatur ohne viel Mathematik möglich: Die maximale Vorlauftemperatur kann im Bestand während der Heizperiode auch experimentell raumweise bestimmt werden. Je kälter der Tag für die Messung gewählt wird, desto verlässlicher sind dabei die Ergebnisse. Alle Heizkörperventile müssen zunächst vollständig geöffnet werden. Dann wird die Vorlauftemperatur stufenweise so lange abgesenkt, bis die Wohlfühltemperatur in den Räumen gerade noch erreicht wird.
Beträgt die ermittelte maximale Vorlauftemperatur 55 °C (bei Erreichen der Normaußentemperatur) oder weniger, kann in dem Gebäude eine Wärmepumpe effizient betrieben werden. Liegt sie jedoch in einzelnen Räumen über 55 °C, ist hier ein Austausch der Heizkörper empfehlenswert. Es kann eine Überlegung wert sein, Heizkörper nur in wärmeren Räumen wie Wohn- und Kinderzimmer zu tauschen und in eher kühl gehaltenen Räumen den Bestand zu belassen – sofern keine Änderung der Art der Zimmernutzung geplant ist.
Auf einer vorgegebenen Fläche (z. B. längen- und höhenbeschränkt unterhalb eines Fensters oder innerhalb einer Nische) kann eine sehr breite Heizkörperheizleistungs-Spannweite installiert werden. Denn die einzelnen Bauformen übertragen Wärme bei gleicher Vorlauftemperatur unterschiedlich effektiv. Dabei variiert ihr Platzbedarf nur in der räumlichen Tiefe. Gliederheizkörper können zum Beispiel durch großflächigere Plattenheizkörper ersetzt werden. Ebenso lassen sich Heizkörper vom Typ 10 und 11 gegen Modelltypen 21, 22 oder 33 tauschen. Da die Anschlussfelder der Heizkörper genormt sind, ist der Austausch meist besonders einfach.
Weniger Wärmepumpenstarts durch einen Pufferspeicher
Vor allem im Gebäudebestand empfiehlt sich für den Betrieb einer Wärmepumpe fast immer der Einsatz eines Heizwasser-Pufferspeichers. Dieser fängt Spitzen aus dem Wärmeverteilsystem ab, bietet eine hydraulische Entkopplung und ermöglicht bei Bedarf Durchfluss und Abtauenergie für die Wärmepumpe. In der Summe führt dies zu verlängerten Wärmepumpen-Laufzeiten bei gleichzeitig geringerer Modulationsanforderung.
Der Pufferspeicher nimmt zudem tagsüber produzierte und zu diesem Zeitpunkt nicht benötigte Wärme auf und gibt sie bei Bedarf, z. B. in den kühleren Abend- und Morgenstunden, wieder an das Wärmeverteilsystem ab. Dadurch wird die Wärmepumpe spürbar entlastet. Dieses Betriebsverhalten lässt sich bereits über einfache Zeitprogramme in jedem Gebäude realisieren. All diese Maßnahmen sparen Energie und steigern die Effizienz.
Pufferspeicher werden bei einer Sanierung in der Regel als Trennspeicher ausgeführt, wodurch Wärmepumpe und vorhandenes Gebäudeheizsystem hydraulisch entkoppelt werden. Möglich sind aber auch Reihenspeicher. Allerdings können sie beim hydraulischen Abgleich einen höheren Aufwand verursachen. Daher kommen sie überwiegend beim Einfamilienhausneubau zum Einsatz.
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Pufferspeicher weder zu klein noch zu groß auslegen
Eine pauschale Empfehlung hinsichtlich der idealen Größe eines Pufferspeichers gibt es nicht. Weil sein Volumen u. a. vom Gebäude, vom Heizsystem und dem Wärmestandard abhängt, muss genau gerechnet werden. Wird der Pufferspeicher nur zum Abtauen der Wärmepumpe verwendet, genügt je nach Leistung der Wärmepumpe bereits ein kleines Volumen von bis zu 50 Litern.
Größere Pufferspeicher sind sinnvoll, um z. B. Sperrzeiten für Wärmepumpenstrom oder längere Phasen zur Warmwasserbereitung zu überbrücken. Auch die Wärme einer Solarthermieanlage oder in Wärme umgewandelte überschüssige elektrische Energie aus einer Photovoltaikanlage können in den Pufferspeicher eingespeist und vorgehalten werden. Faustregel: Für ein Einfamilienhaus sind 200 Liter Pufferspeichervolumen oft ausreichend. Befindet sich allerdings eine Solaranlage oder eine PV-Anlage auf dem Dach, sollte der Inhalt mindestens 300 Liter betragen.
Das Volumen eines Pufferspeichers sollte jedoch nicht zu groß dimensioniert werden. Denn Wärme im Speicher, die nicht abgerufen wird, wird trotz guter Dämmung des Pufferspeichers im Laufe der Zeit an die Umwelt abgegeben und geht somit verloren. Ein gegebenenfalls bereits vorhandener Pufferspeicher kann weiterverwendet werden, falls sein Volumen zur neuen Heizanlage passt.
Folgende Aspekte können die Größe aber auch die Ausführung des Pufferspeichers beeinflussen:
Fazit
Eine Punktlandung bei der Vorlauftemperatur spart durch die bessere Effizienz der Wärmepumpe langfristig bares Geld. Ein Pufferspeicher ermöglicht eine optimale Installation im Gebäudebestand sowie eine einfache Einbindung weiterer Wärmequellen. Gute Planung zahlt sich für den Endkunden damit mehrfach aus.
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