Tipps zur richtigen Auslegung von Wärmepumpen

Wärmepumpen sind wahre Multitalente: Sie heizen dein Zuhause im Winter, kühlen es im Sommer und liefern gleichzeitig warmes Wasser. Und das Beste daran: Sie tun dies alles auf nachhaltige Weise, indem sie die Energie der Umwelt nutzen!

Der Schlüssel zu ihrer effizienten Funktion liegt in einer sorgfältigen und präzisen Auslegung. Doch was verbirgt sich hinter diesem Prozess und warum ist eine korrekte Auslegung so wichtig? In diesem Leitfaden schauen wir uns die Grundlagen der Wärmepumpenauslegung genauer an. Wir begleiten dich Schritt für Schritt – von der Ermittlung der notwendigen Heizleistung bis hin zu wertvollen Ratschlägen für die Auswahl der optimalen Wärmepumpe.

Die „Auslegung einer Wärmepumpe“ bezieht sich auf die maßgeschneiderte Planung und Anpassung an die spezifischen Gegebenheiten eines Einsatzortes. Dabei ermittelt ein Fachmann verschiedene Parameter, um den Kunden bei der Auswahl einer geeigneten Wärmepumpe zu beraten. Vielleicht hast du im Zusammenhang mit Auslegung auch schon den Begriff Dimensionierung gehört. Die beiden Begriffe werden oft synonym verwendet, obwohl sie leicht unterschiedliche Dinge beschreiben: Bei der Dimensionierung liegt der Fokus auf der Berechnung von Heizlast und -leistung, um Größe und Kapazität der Wärmepumpe festzulegen. Die Auslegung hingegen umfasst einen detaillierteren Planungsprozess, der diverse Einflussfaktoren berücksichtigt, auf die wir später eingehen. Zu einer ersten Einschätzung im frühen Planungsstadium verhilft auch die Schnellauslegung der Wärmepumpe. Diese basiert auf allgemeinen Annahmen und Durchschnittswerten und ist dementsprechend weniger genau. Der Prozess der Auslegung schließt in der Regel auch die Dimensionierung mit ein.

Die korrekte Auslegung einer Wärmepumpe ermöglicht einen reibungslosen Betrieb mit zahlreichen Vorteilen:

Beginnen wir mit einer detaillierten Betrachtung der Konzepte Heizlast und Heizleistung, um deren Bedeutung vollständig zu verstehen.

Die Heizlast eines Gebäudes steht für die benötigte Heizleistung, bzw. die Menge an Wärmeenergie, die erforderlich ist, um die gewünschte Innentemperatur zu erreichen und zu halten. Die Heizlast in Kilowatt (kW) oder Megawatt (MW) hängt von verschiedenen Faktoren ab, darunter Gebäudedämmung, Fensterqualität, Außentemperatur und Raumvolumen.

Die Heizleistung einer Wärmepumpe in kW gibt an, wie viel Wärmeenergie die Wärmepumpe aus ihrer Umgebung aufnehmen und in das Heizsystem abgeben kann. Sie hängt von der Effizienz der Wärmepumpe und den Betriebsbedingungen ab. Wärmepumpen können die Heizleistung variieren, je nach Außentemperatur und anderen Umgebungsbedingungen. Die Heizleistung der Wärmepumpe sollte mindestens so groß sein wie die Heizlast des Gebäudes, um eine effiziente und ausreichende Beheizung zu gewährleisten. Zur korrekten Auslegung der Wärmepumpe ist die Bestimmung der Heizlast bzw. der erforderlichen Heizleistung also unerlässlich.

Die Heizleistung einer Wärmepumpe wird oft vom Hersteller angegeben. Hierbei handelt es sich jedoch um einen standardisierten Wert, der in deinem Zuhause ganz anders aussehen kann. Es gibt verschiedene Methoden, die benötigte Heizleistung zu berechnen. Reicht ein grober(!) Orientierungswert, kannst du die Heizleistung nach deinem bisherigen Öl- oder Gasverbrauch berechnen. Es gilt die folgende Formel:

Benötigte Heizleistung = (Jahresverbrauch x Heizwert) / Betriebsstunden¹

Die benötigte Heizleistung in kW ergibt sich aus dem Jahresverbrauch und Heizwert des bisherigen Heizstoffes, geteilt durch die angenommenen Betriebsstunden der Wärmepumpe. Hier zwei Beispiele zur Auslegung der Wärmepumpe nach Öl- oder Gasverbrauch:

Auch die Auslegung einer Wärmepumpe nach Heizlast ist möglich. In Abhängigkeit zur Gebäudegröße kann sie als Ausgangswert zur groben(!) Bestimmung der Heizleistung herhalten. Nutze dafür diese Formel:

Heizleistung = Fläche (m2) x Heizlast (Watt/m2)²

*Quelle: Viessmann - Richtwerte zur Kesseldimensionierung für verschiedene Wärmeschutzstandards basierend auf kältesten Außentemperaturen der letzten 20 Jahre.

Um einen Wert in kW zu erhalten, teile dein Ergebnis durch 1000. Beispiel: Wenn die Heizlast für ein freistehendes Einfamilienhaus ab dem Baujahr 1995 bei 60 W/m² liegt und das Haus eine Fläche von 100 m² hat, dann wäre die gesamte Heizlast 60 W/m² × 100 m² = 6000 W. Um dies in Kilowatt umzurechnen, teilst du 6000 W durch 1000, was 6 kW ergibt.

Zur präzisen Ermittlung der Heizleistung setzen Energieberater auf die detaillierte Formel der DIN EN 12831, die eine Vielzahl an Parametern berücksichtigt. Von besonderer Bedeutung sind hierbei der Wärmeverlust durch die Gebäudehülle sowie der Luftaustausch, der durch Belüftung entsteht. Sie gestaltet sich jedoch als recht kompliziert und kann Verbraucher schnell überfordern. Verschiedene Online-Wärmepumpenrechner zur Auslegung und Schnellauslegung können hier Abhilfe schaffen.

Die speziellen Auslegungsprogramme für Wärmepumpen sind entweder online oder als Download verfügbar und ermitteln die Heizlast anhand der eingegebenen Daten und der örtlichen Gegebenheiten. Zusätzlich berechnet das Auslegungstool die anzunehmende Effizienz der Wärmepumpe unter den gegebenen Bedingungen. Auch Energieberater oder Heizungsfachleute verwenden Auslegungssoftware zur Dimensionierung von Wärmepumpen. Trotz dieser Möglichkeiten zur Ermittlung der Heizleistung ist es empfehlenswert, sich für eine individuelle und präzise Einschätzung an einen Fachmann zu wenden.

Die Heizlast pro Quadratmeter hängt stark von der Gebäudeeffizienz ab. Im Allgemeinen kann man von 50 bis 100 Watt pro Quadratmeter ausgehen. Bei gut gedämmten Häusern reicht oft eine niedrigere Leistung aus. Auch spielt es eine Rolle, ob die Wärmepumpe den Wärmebedarf allein oder in Kombination mit einem anderen Heizsystem decken soll. Wir schauen uns den Einfluss der beiden Faktoren genauer an.

Zur Auslegung einer Wärmepumpe ist es wichtig, zwischen Neu- und Bestandsbau zu unterscheiden. Neubauten verfügen meist über moderne Isolierung und Bautechnik. Im Durchschnittswert kann man von etwa 3 bis 5 kW benötigter Heizleistung pro Person ausgehen. In Bestandsbauten hingegen müssen bauliche Gegebenheiten und mögliche energetische Sanierungen berücksichtigt werden. Die erforderliche Leistung der Wärmepumpe liegt mit 4 bis 6 kW pro Person etwas höher. Aufgrund der niedrigen Betriebskosten rentiert sich der Einbau einer Wärmepumpe sowohl bei Neu- als auch bei Bestandsbauten.

Eine Wärmepumpe kann den Wärmebedarf eines Gebäudes alleine decken oder mit einer anderen Wärmequelle, wie beispielsweise einem Gas- oder Ölkessel, kombiniert werden. Das jeweilige Heizsystem nennt man dann monovalent oder bivalent. Doch was bedeutet das für die Heizleistung der Wärmepumpe? Im monovalenten System muss die Wärmepumpe in der Lage sein, 100 % der Heizlast zu decken. Erreicht die Außenluft eine Temperatur, bei der die Wärmepumpe dazu nicht mehr in der Lage ist, ist der sogenannte Bivalenzpunkt erreicht und es muss eine weitere Wärmequelle hinzugezogen werden. Typischerweise deckt die Wärmepumpe in einem bivalenten System einen bestimmten Prozentsatz des Gesamtwärmebedarfs ab, während die Zusatzquelle die restliche Wärme liefert. Dieser Prozentsatz liegt meist zwischen 50 % und 70 %, abhängig von den spezifischen Anforderungen und Gegebenheiten des Systems.

Bei der Berechnung der Heizleistung haben wir bereits einige Punkte genannt, die auf die Auslegung von Wärmepumpen einwirken können. Lerne hier weitere Einflussfaktoren kennen:

Klimatische Bedingungen wie Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Windgeschwindigkeit beeinflussen die Dimensionierung von Wärmepumpen maßgeblich. Kühle Winter erfordern leistungsstarke Heizsysteme, während in heißen Sommermonaten die Kühlung eine bedeutende Rolle spielt. Dies geschieht durch eine Umkehrung des normalen Heizzyklus: Die Wärmepumpe entzieht die Wärme dem Gebäudeinneren und führt sie der Außenluft zu, was als Kühlzyklus bezeichnet wird.Auch die Bodenbeschaffenheit, die oftmals in direktem Zusammenhang mit den klimatischen Bedingungen steht, kann Auswirkungen auf die Heizlast haben. Der Wärmeaustausch mit dem Erdreich hängt stark von der Leit- und Speicherfähigkeit des Bodens ab. So kann lehmiger Boden Wärme tendenziell besser leiten und speichern, während sandiger Boden schneller auf Temperaturänderungen reagiert.

Je größer die Fläche, desto höher der Wärmebedarf. Bei der Auslegung einer Wärmepumpe ist daher die Gesamtgröße von Relevanz, um eine ausreichende Heizleistung zu gewährleisten. Der Dämmzustand eines Gebäudes beeinflusst maßgeblich den Wärmeverlust. Ein gut gedämmtes Gebäude verliert weniger Wärme durch Wände, Dach und Fenster, während ein schlecht gedämmtes Gebäude eine höhere Heizleistung benötigt, um den Wärmeverlust auszugleichen. 

Ein weiterer Wert, der bei der Auslegung eine Rolle spielt, ist die Jahresarbeitszahl (JAZ). Die JAZ ist ein Maß für die Effizienz einer Wärmepumpe über einen längeren Zeitraum und berücksichtigt den tatsächlichen Energieverbrauch und die erzeugte Wärme. Zur Berechnung der JAZ wird die abgegebene Wärme durch den Stromverbrauch geteilt.

Die Vorlauftemperatur des Heizsystems spielt eine Rolle bei der Auslegung der Wärmepumpe. Große Heizkörper mit niedriger Vorlauftemperatur eignen sich ideal für den Betrieb mit einer Wärmepumpe, da sie effizient mit den geringen Temperaturen arbeiten, die die Wärmepumpe erzeugt. Ein gutes Beispiel dafür ist die Fußbodenheizung. Sie arbeitet bei niedrigen Vorlauftemperaturen und verteilt die Wärme im ganzen Raum. Herkömmliche Heizkörper mit hoher Vorlauftemperatur erfordern entweder leistungsfähigere Wärmepumpen oder einen geringeren Wärmebedarf.

Schlussendlich hängt die Heizlast natürlich stark von den persönlichen Heizgewohnheiten der Bewohner ab. Darunter fallen in erster Linie die präferierten Raumtemperaturen und die Heizzeiten. Eine genaue Analyse dieser Gewohnheiten ist daher von großer Bedeutung, um die Wärmepumpe präzise zu dimensionieren.

Der häufigste Auslegungsfehler ist die Über- oder Unterdimensionierung, bei der die Leistung der Wärmepumpe die Heizlast des Gebäudes stark über- oder unterschreitet. Folgende Risiken gehen damit einher:

Zunächst führt eine überdimensionierte Wärmepumpe zu einem häufigen Ein- und Ausschalten, was den Verschleiß erhöht und die Lebensdauer der Anlage verkürzt. Darüber hinaus sind Wärmepumpen am effizientesten, wenn sie im optimalen Leistungsbereich arbeiten. Eine Überdimensionierung führt somit zu einem ineffizienten Betrieb. Nicht zuletzt sind die Anschaffungskosten einer leistungsstärkeren Wärmepumpe in der Regel höher, was eine unnötige Investition darstellt.

Auf der anderen Seite steht die Unterdimensionierung von Wärmepumpen, die nicht weniger problematisch ist. Bei einer zu schwach dimensionierten Wärmepumpe kann das Gebäude nicht ausreichend beheizt werden. Darüber hinaus muss die unterdimensionierte Wärmepumpe ständig am oberen Ende ihrer Leistungsgrenze arbeiten, was zu einem erhöhten Verschleiß und einem ineffizienten Energieverbrauch führt. Um eine Unterdimensionierung zu vermeiden, ist eine genaue Heizlastberechnung und ein Verständnis der spezifischen klimatischen Bedingungen bei der Auslegung der Wärmepumpe notwendig. Moderne Simulationssoftware kann hierbei eine wertvolle Unterstützung bieten, indem sie präzise Berechnungen zur Auslegung einer Wärmepumpe ermöglicht.

Du tendierst zu einer speziellen Wärmepumpenart? Erfahre, was es bei der Auslegung der einzelnen Wärmepumpentypen zu beachten gibt:

Die korrekte Auslegung der Wärmepumpe ist entscheidend für ihre Effizienz. Was solltest du also unbedingt mitnehmen? Heizlast und Heizleistung sind entscheidende Werte für die richtige Dimensionierung von Wärmepumpen. Eine genaue Berechnung dieser Werte bezieht viele Faktoren mit ein, darunter die Gebäudegröße und -dämmung, die klimatischen Bedingungen und die persönlichen Heizgewohnheiten. Eine optimale Auslegung kann daher schnell kompliziert werden – wende dich also am besten an einen qualifizierten Fachmann. So vermeidest du eine Über- oder Unterdimensionierung und daraus resultierende Zusatzkosten. Abschließend lässt sich sagen, dass die Investition in eine professionelle Auslegung der Wärmepumpe nicht nur zu einer verbesserten Energieeffizienz und einem erhöhten Komfort führt, sondern langfristig zu finanziellen Einsparungen beiträgt.