Letzte Aktualisierung: 18.10.2021
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Senkung der Vorlauftemperatur zur Optimierung von Wärmepumpen
Welchen Einfluss haben die Vorlauftemperaturen im Heizungssystem auf die Effizienz der Wärmepumpe?
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Ein Haupthindernis für den Einsatz von Wärmepumpen in Bestandsgebäuden ist die erforderliche Vorlauftemperatur im Heizungssystem. Wärmepumpen funktionieren mit einer Vorlauftemperatur von 35°C um rund 14% Prozent effizienter als bei 55°C. Oberhalb von 55°C ist der Betrieb in der Regel weniger sinnvoll. Durch eine Umrüstung von statischen Heizkörpern auf eine Flächenheizung kann die Vorlauftemperatur zwar grundsätzlich gesenkt werden, jedoch ist die Umrüstung aufwändig und die Heizleistung dieser Systeme reicht unter Umständen nicht aus, um ungedämmte Bestandsgebäude ausreichend zu beheizen.
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Heizungswasser-Temperatur und Wärmepumpeneffizienz
Der Einfluss der Vorlauftemperatur auf die Effizienz einer Wärmepumpe beruht darauf, dass der Verdichter der Wärmepumpe mit steigender Heizungswassertemperatur bei konstanter Quellentemperatur mehr Arbeit verrichten muss und dabei mehr Strom verbraucht. Daher sollte das Wärmeverteilungssystem von Wärmepumpen auf jeden Fall so ausgelegt werden, dass der benötigte Wärmebedarf bei möglichst geringen Vorlauftemperaturen gedeckt werden kann.
Jedes Grad weniger Vorlauftemperatur ergibt dabei eine Einsparung von bis zu 2,5 % beim Stromverbrauch der Wärmepumpenanlage. Sinkt die Vorlauftemperatur um 4 Kelvin, so sinkt auch der Stromverbrauch der Wärmepumpe um bis zu 10%. Da der Stromverbrauch mit steigender Vorlauftemperatur zunächst jedoch nur unterproportional steigt, sinkt auch die Arbeitszahl vorerst nur geringfügig, sodass bis zu einer Vorlauftemperatur von rund 45 °C auch viele Heizungssysteme mit Heizkörpern effizient mit Wärmepumpen betrieben werden können.
Vorlauftemperaturen von Fußboden-, Wandheizungen und Heizkörpern
Niedertemperatur-Heizsysteme, vor allem Fußboden- und Wandheizungen, eignen sich daher besonders gut, um mit Wärmepumpen effizient betrieben zu werden. Diese Flächenheizsysteme erlauben in der Regel eine maximale Vorlauftemperatur von weniger als 35 °C. Wird eine Wärmepumpe in ein bestehendes Gebäude mit Heizkörpern bzw. Radiatoren eingebaut, ist die Umrüstung auf ein Flächenheizsystem in der Regel nicht nachträglich möglich. In solchen Fällen sollte eine Vorlauftemperatur von etwa 50 °C nicht dauerhaft überschritten werden. Da Heizkörper zudem nur ein geringeres Wärmespeichervermögen als Fußbodenheizungen besitzen, sollte zur Vermeidung von hohen Taktzeiten und Hochdruckstörungen der Wärmepumpe auf jeden Fall ein Pufferspeicher installiert werden.
Heizkörper mit geringeren Vorlauftemperaturen betreiben
In vielen älteren 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. Reicht eine einfache Absenkung der Vorlauftemperatur nicht aus, um die Räume gleichmäßig zu erwärmen, kann der Heizungswasserdurchfluss durch die Heizkörper an der Umwälzpumpe erhöht werden. So ergibt sich eine höhere Wärmeabgabe trotz niedrigerer Vorlauftemperaturen.
Trotzdem können heizungstechnische Optimierungsmaßnahmen ergriffen werden, um die Jahresarbeitszahl 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 Wärme produziert werden sollte wie auch letztlich benötigt wird. Zudem sollte ein hydraulischer Abgleich der Heizkörper erfolgen und das Benutzerverhalten auf einen Niedertemperaturbetrieb abgestimmt werden. Sollten Räume mit einer geringeren Vorlauftemperatur trotzdem nicht warm werden, so kann über den Austausch dieser Heizkörper mit großflächigen Niedertemperaturheizkörpern nachgedacht werden.
Senkung der Vorlauftemperatur durch Verringerung des Wärmebedarfs
Die Vorlauftemperatur kann aber auch durch die Verringerung des Wärmebedarfs selbst gesenkt werden. Folgende bauliche Maßnahmen eignen sich dazu bei einer Sanierung des Gebäudebestands:
- Austausch von Fenstern
- Reduzierung der Lüftungsverluste
- Innendämmung der Geschossdecken und des Dachstuhls
- Außendämmung der Fassade
Mit diesen Maßnahmen lassen sich die benötigten Vorlauftemperaturen im Heizungssystem gezielt senken. Das verbessert nicht nur die Wirtschaftlichkeit des Wärmepumpeneinsatzes und reduziert grundsätzlich den Wärmebedarf des Hauses. Eine Verbesserung der Wärmedämmung kann auch dazu führen, dass nach einer energetischen Altbausanierung eine kleinere Wärmepumpenleistung ausreichend ist. Dies kann insbesondere bei Erdwärmepumpen die Kosten für die Einbringung des Wärmetauschers einsparen helfen.
Wärmepumpen bei mittleren und hohen Vorlauftemperaturen
Ist eine Senkung der Vorlauftemperatur durch heizungssystemtechnische oder bauliche Anpassungen nicht möglich, so können für Heißwassertemperaturen von über 50 °C auch spezielle, für diesen Temperaturbereich entwickelte Mittel- und Hochtemperaturwärmepumpen eingesetzt werden. 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 etwas höheren Kosten für die Mittel- und Hochtemperaturwärmepumpen und die etwas schlechtere Effizienz sollten jedoch den Kosten einer heizungstechnischen und baulichen Sanierung zur Senkung der Vorlauftemperaturen im Heizungssystem des Hauses gegenübergestellt werden, um die langfristig günstigste Wärmepumpenlösung zu finden.
Konventionelles Heizungssystem zur Spitzenlastabdeckung
Bei sehr hohen Vorlauftemperaturen kann es sich jedoch auch lohnen, die Wärmepumpe durch ein zweites Heizsystem zu unterstützen (bivalenter Betrieb). Im Gebäudebestand kann in einem sogenannten bivalent-alternativen Betrieb der vorhandene Heizkessel zur Unterstützung bei niedrigen Außentemperaturen eingesetzt werden, während die Wärmepumpe nur im Sommer und in den Übergangsmonaten in Anspruch genommen wird, wenn das Heizungssystem auch mit geringeren Vorlauftemperaturen betrieben werden kann. So können Spitzen im Heizwärmebedarf konventionell gedeckt werden und trotzdem ein Großteil des Jahres effizient mit einer Wärmepumpe geheizt werden. Solche Hybridwärmepumpen werden nun auch als vorkonfektionierte Heizungssysteme von den Herstellern angeboten, die mit einer Wärmepumpenregelung anhand des Bivalenzpunktes automatisch gesteuert werden.
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