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Heizkörper und Wärmepumpen: Optimierungsmaßnahmen mindern Effizienzverluste

Ohne Fußbodenheizung, so heißt es, sei ein Ersatz der Öl- oder Gasheizung durch eine Wärmepumpe nicht möglich. Dieses Urteil ist jedoch falsch, da es die dem Wärmepumpeneinsatz zu Grunde liegenden Zusammenhänge der Thermodynamik außer Acht lässt. Grundsätzlich ist der Einsatz einer Wärmepumpe nicht vom vorhandenen Heizsystem abhängig, sondern von dessen Eignung zur niedrigenthalpischen Wärmeabgabe. Übersetzt bedeutet dies, dass Heizkörper ebenso wirtschaftlich und ökologisch vorteilhaft mit einer Wärmepumpe genutzt werden können, sofern Ihre relative Größe zur Raumgröße einen Betrieb mit geringen Vorlauftemperaturen gestattet. Ist dieses Kriterium erfüllt, so können weitere Maßnahmen ergriffen werden, um die Wärmeabgabe zu optimieren und die Effizienz der Wärmepumpenheizung zu steigern.

Auch Luft-Wärmepumpen können mit bestimmten Optimierungsmaßnahmen mit Heizkörpern effizient betrieben werden. (Foto: energie-experten.org)

Auch Luft-Wärmepumpen können mit bestimmten Optimierungsmaßnahmen mit Heizkörpern effizient betrieben werden. (Foto: energie-experten.org)

Wirkungszusammenhang

Die Effizienz einer Wärmepumpe ist grundsätzlich von der Differenz der Wärmequellentemperatur und der benötigten Vorlauftemperatur abhängig. Je niedriger die benötigte Vorlauftemperatur, desto höher die Jahresarbeitszahl und umso niedriger sind die Heizkosten. Dies beruht darauf, dass der Kompressor der Wärmepumpe mit steigendem Vorlauftemperaturniveau und konstanter Temperatur des Umweltmediums mehr Arbeit verrichten muss. Da der Stromeinsatz mit steigender Vorlauftemperatur zunächst nur unterproportional steigt, sinkt also auch die Arbeitszahl vorerst nur geringfügig.

Dieser Zusammenhang ermöglicht es, viele bestehende Heizkörpersysteme auch mit Wärmepumpen effizient zu betreiben. Zu diesem Ergebnis kommt auch der Anfang des Jahres 2008 abgeschlossene Feldtest der Lokalen Agenda 21. Diese hat festgestellt, dass Erdwärmeheizungen mit Radiatoren gegenüber Fußbodenheizungen nur geringe Effizienzminderungen zur Folge haben, solange die Heizkörper mit nicht mehr als 55°C betrieben werden.

Optimierungsmaßnahmen

In vielen Immobilien, sind die bestehenden Heizkörper ohne weitere Maßnahmen mit geringeren Vorlauftemperaturen zu betreiben, da diese in den 70er und 80er Jahren häufig überdimensioniert wurden, indem sie der Einfachheit halber an die Fensterbreite angepasst wurden. Trotzdem können Optimierungsmaßnahmen ergriffen werden, um die Arbeitszahl der Wärmepumpe zu erhöhen:

  • So sollte zum Beispiel die Installation von Mischern vermieden werden, da die Wärmepumpe bereits eine entsprechende Regelung besitzt und grundsätzlich nicht mehr Energie produziert werden sollte als auch letztlich benötigt wird.
  • Zudem sollte ein hydraulischer Abgleich der Heizkörper erfolgen und das Benutzerverhalten auf einen Niedertemperaturbetrieb abgestimmt werden.
  • Ein großes Optimierungspotential bietet zudem die Einstellung der Wärmepumpe selbst. Tag- oder Nachtabsenkung sollten individuell angepasst werden.
  • Mithilfe von Pufferspeichern lassen sich die Wärmepumpe gleichmäßiger takten und günstigere Nachtstromtarife nutzen.
  • Letztlich führt aber auch eine nachträgliche Verbesserung des Wärmeschutzes (z.B. Isolierverglasung, Wärmedämmung der Fassade, der Kellerdecke oder des Daches) nicht nur zu Energieeinspareffekten, sondern auch zur Reduktion des Vorlauftemperaturbedarfs.
  • Werden doch einzelne Heizkörper durch moderne Niedertemperatur-Heizkörper ausgetauscht, so lässt sich bei gleichem Platzbedarf rund 50% mehr Übertragungsfläche gewinnen. Dadurch lässt sich nochmals die Vorlauftemperatur reduzieren.

Mittel- und Hochtemperatur-Wärmepumpen

Erfahrungen zeigen, dass auch im Gebäudebestand auch ohne zusätzlichen Wärmeschutz oder Austausch von Heizkörpern ein Großteil der eingebauten Heizsysteme bereits mit Vorlauftemperaturen bis 60°C betrieben werden können. Für diese Zwecke sind spezielle Wärmepumpen entwickelt worden, so genannte Mittel- oder Hochtemperatur-Wärmepumpen: Die Mitteltemperatur-Wärmepumpe kann bei Systemtemperaturen zwischen 55°C und 65°C zum Einsatz kommen. Die Hochtemperatur-Wärmepumpe kommt zum Einsatz, wenn die ermittelte Systemtemperatur zwischen 65°C und 75°C liegt und keinerlei zusätzliche Sanierungsmaßnahmen geplant sind.

Die internationale Initiative des GROUNDHIT-Forschungsprojekts hat den Ansatz der Hochtemperatur-Wärmepumpen zum Gegenstand ihrer 4-jährigen Forschungsbemühungen gemacht. Dabei konnte eine Wärmepumpe für Altbauten entwickelt werden, die in Temperaturbereichen um 80°C Ergebnisse erbrachte, die sehr nahe an die geforderte Effizienz einer Mindestjahresarbeitszahl von 3 heranreicht. Da meistens lediglich maximale Vorlauftemperaturen von 55 - 65°C benötigt werden, scheint der Weg zu einer mit den Niedertemperatur-Wärmepumpen vergleichbaren effizienten, sanierungstauglichen Wärmepumpe geebnet.

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"Heizkörper und Wärmepumpen: Optimierungsmaßnahmen mindern Effizienzverluste" wurde am 13.01.2010 verfasst