Auslegung und Planung der Wärmepumpenleistung

Wie groß muss die Leistung einer Wärmepumpe sein? Wie berechnet man die Wärmepumpenleistung? Warum ist eine genaue Berechnung notwendig?

Die Leistung von Wärmepumpen wird herstellerseitig anhand von Temperaturangaben der Wärmequellentemperatur und der Vorlauftemperatur des Heizwärmeabgabesystems entsprechend der Europäischen Norm EN 14511 angegeben. Eine genaue, bedarfsgerechte Dimensionierung der Wärmepumpenleistung ist besonders wichtig, da eine zu kleine oder zu große Leistung zu einem höheren Stromverbrauch im Heizbetrieb führt.

In Deutschland werden überwiegend in Neubauten Wärmepumpen installiert. Im Zuge energetischer Sanierungen von Altbauten nimmt aber auch der Anteil von Wärmepumpen im Bestand zu. Je nach den energetischen Bedingungen des Gebäudes muss die Leistung der Wärmepumpe individuell geplant werden.

Eine genaue, bedarfsgerechte Dimensionierung der Wärmepumpenleistung ist besonders wichtig. Eine zu kleine Leistung führt zu einem höheren Stromverbrauch im Heizbetrieb insbesondere durch das Nachheizen mit einem Heizstab. Eine zu große Leistungsauslegung führt hingegen zum einem zu hohen Anlaufstrombedarf als auch zu höheren Anlagen- und damit Kapitalkosten insbesondere bei Erdwärmepumpen. Eine Über- und Unterdimensionierungen der Leistung von Wärmepumpen sind deshalb unbedingt zu vermeiden.

Für die bedarfsgerechte Auslegung der Wärmepumpenleistung sind folgende Daten erforderlich:

• Heizleistungsbedarf
  • Heizleistungsbedarf des Gebäudes
  • Leistungsbedarf für Brauchwarmwasserbereitung
  • Leistungsbedarf für Sondernutzung
• Sperrzeiten des Energieversorgers
• Vorlauftemperatur des Verteilungssystems
• Eigenschaften der Wärmequellentemperatur
• Betriebsart der Wärmepumpe

Die Leistung von Wärmepumpen wird herstellerseitig anhand von Temperaturangaben der Wärmequellentemperatur und der Vorlauftemperatur des Heizwärmeabgabesystems entsprechend der Europäischen Norm EN 14511 angegeben. Diese Leistungsangaben der Wärmepumpe bestehen aus Buchstaben und Ziffern, wobei der erste Buchstabe die Wärmequelle und der zweite Buchstabe die Art des Wärmeträgermediums im Heizungssystem bezeichnet. Die Zahlen beziehen sich wiederum auf die jeweilige Temperaturen in °C. Gängige Kürzel sind:

• W = water = Wasser
• B = brine = Sole
• A = air = Luft
• 0 = Wärmequellentemperatur 0 °C
• 35 = Vorlauftemperatur im Heizkreislauf 35 °C

Für Sole/Wasser-Wärmepumpen wird die Leistung häufig mit B0/W35, B0/W50 oder B10/W35 angegeben. Die Leistung von Wasser/Wasser-Wärmepumpen wird vielfach mit W10/W50 oder W10/W35 definiert. Gängige Leistungsbezeichnungen für Luft/Wasser-Wärmepumpen sind A10/W35, A2/W50 und A2/W35.

Diese Leistungsangaben der Wärmepumpe werden immer in Verbindung mit dem Wirkungsgrad, dem sogenannten Coefficient Of Performance (COP) bzw. der Leistungszahl von Wärmepumpen, angegeben und helfen bei der Auswahl einer Wärmepumpe. Folgende Leistungsangaben und Leistungszahlen geben beispielhaft diesen Zusammenhang wieder:

• W10/W50 = COP 4,5
• A10/W35 = COP 4,3
• A2/W50 = COP 2,7
• B0/W35 = COP 4,8
• B0/W50 = COP 3,6
• B10/W35 = COP 6,1

Da die Leistungszahl selbst immer nur den Wirkungsgrad bzw. die Effizienz der Umwandlung von Strom und Umweltwärme in Heizwärme in vorgenannten Betriebspunkten wiedergibt, kann allein aus der Leistungszahl nicht auf die ganzjährige Effizienz der Wärmepumpe geschlossen werden.

Hierzu dient die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe. Diese kann aus den Heizleistungskurven des Wärmepumpenherstellers ermittelt werden, die auch die jeweiligen Betriebszustände unter anderen Leistungsbedingungen wiedergeben.

Stehen der Wärmebedarf des Gebäudes und die einzusetzende Wärmepumpentechnik fest, so muss zur Planung der Leistung der Wärmepumpe zunächst der zulässige Einsatzbereich der Wärmepumpe anhand eines Quellen-Senken-Diagramms ermittelt werden. Daneben müssen alle denkbaren Betriebspunkte abgeklärt und hieraus ein Arbeitsfeld bestimmt werden. Dann muss geprüft werden, ob alle Betriebspunkte dieses Arbeitsfeldes innerhalb des zulässigen Einsatzbereiches liegen.