Heizstab als Zusatzheizung in einer Wärmepumpe

In einer Wärmepumpe wird ein Heizstab als elektrische Zusatzheizung eingesetzt, um nachzuheizen, wenn die Wärmepumpe nicht den vollen Wärmebedarf decken kann. Während der Einsatz einer solchen Elektroheizung bei vielen Luftwärmepumpen in der Regel unumgänglich ist, kann bei einer Erdwärmepumpe theoretisch auf den Einsatz eines Heizstabes gänzlich verzichtet werden. Daher kann der Heizstab der Wärmepumpe auch über die Wärmepumpenregelung wieder deaktiviert bzw. umgangen werden.

Da mit sinkender Außentemperatur die Heizleistung einer Luft/Wasser-Wärmepumpe abnimmt, wird in der Praxis eine Luftwärmepumpe monoenergetisch mit einem Elektroheizstab als zweiten Wärmeerzeuger geplant. Die Planung der Heizleistung der Luftwärmepumpe richtet sich dann nicht nach dem Normauslegungspunkt (z. B. -15 °C), sondern nach dem Bivalenzpunkt (z. B. - 5 °C).

Der Heizstab hat dann vielfach eine Leistung von rund 50 bis 60 % der Leistung der Luftwärmepumpe. Da aber nur über wenige Tage im Jahr die Außentemperatur den Bivalenzpunkt unterschreitet, kommt der Heizstab vergleichsweise selten zum Einsatz.

Bei einem so gewählten Bivalenzpunkt sollten dann etwa 97 % der Jahresheizarbeit durch die Wärmepumpe und maximal 3 % durch den Heizstab abgedeckt.

In längerfristigen Untersuchungen verschiedener Wärmepumpen hat das Fraunhofer ISE untersucht, wie oft in der Praxis der Heizstab zum Einsatz kommt:

• In einer Quer-Auswertung von insgesamt 266 im Feld untersuchten Wärmepumpenanlagen - davon 117 Luft/Wasser- und 149 Sole/Wasser-Wärmepumpen – betrug der Anteil der von Heizstäben benötigten elektrischen Energie bei den Luft/Wasser-Wärmepumpen lediglich 2,8%.
• Im Forschungsprojekt „WPSmart im Bestand“ betrug die relative Heizstabarbeit bei Luft/Wasser- Wärmepumpen im Mittel lediglich 1,9%. Ein signifikanter Betrieb des Heizstabs wurde nur bei falscher Einstellung, bei Defekten oder infolge eines Legionellenschutzes bei der Warmwasserbereitung festgestellt.
• Bei den Erdreichwärmepumpen war der Heizstabeinsatz deutlich geringer als bei den Außenluftwärmepumpen und betrug im Schnitt lediglich 1,2%. Bei ca. 75% der Anlagen wurde gar keine Arbeit des Heizstabs festgestellt.

In aller Regel wird der Heizstab in der Praxis demnach sehr selten eingesetzt.

Bei der Berechnung der durch den Heizstab verursachten Stromkosten ist jedoch zu beachten, dass der Einsatz des Heizstabes auch den Stromverbrauch der Wärmepumpe um eben diesen Anteil reduziert!

Bei Erdwärmepumpen ist ein Heizstab in der Regel nicht erforderlich, da sich die Quellentemperatur saisonal nicht so stark verändert wie bei Luftwärmepumpen. Bei der Planung können also Erdwärmesonden oder der Flächenkollektor entsprechend den geologischen Verhältnissen und dem Spitzenwärmebedarf im Winter so ausgelegt, dass die Wärmepumpe den Wärmebedarf monovalent abdecken kann.

Trotzdem verbauen viele Hersteller auch bei Sole/Wasser-Wärmepumpen werksseitig eine elektrische Zusatzheizung. Da es in der Praxis häufig nicht möglich ist, eine Erdwärmeheizung punktgenau auf alle zukünftigen Betriebsszenarien zu planen, ist dies grundsätzlich ein sinnvolles Vorgehen, da somit auch unvorhergesehene Wärmespitzen abgedeckt werden können.

Nicht sinnvoll ist es hingegen, die Heizstableistung als permanente Zusatzheizung in die Heizleistung der Erdwärmepumpe mit einzurechnen, um so einen kleineren Erdwärmetauscher oder eine zu kleine Wärmepumpe anbieten zu können, um letztlich mit einem günstigeren Angebot den Auftrag zu bekommen. Wird z. B. eine Kompaktwärmepumpe mit einem unterdimensionierten Warmwasserspeicher von z. B. 150 Litern angeboten, so kann bei normalen Zapfraten einer größeren Familie die Wärmepumpe allein diesen Wärmebedarf nicht decken.

Einige Hersteller distanzieren sich daher ganz öffentlich vom Einsatz eines Heizstabes und bieten ihre Wärmepumpen nur ohne Heizstab an.

So bietet z. B. Ochsner nur Erdwärmepumpen ohne Heizstab an, macht jedoch bei Luftwärmepumpen abstriche: "Erdwärmesysteme werden von Ochsner ausschließlich monovalent ausgelegt und errichtet. Dies entspricht dem heutigen Stand der Technik - auch nach den Regelwerken der Technik wie der Richtlinie VDI 4640 oder ÖWAV. Nur bei der Wärmequelle Luft ist eine Spitzenlastabdeckung mit einem E-Heizstab sinnvoll."

Mitsubishi Electric bietet hingegen auch ihre Luftwärmepumpe ohne Heizstab an: "Luft-Wärmepumpen neuester Bauart, die mit moderner Zubadan-Technologie arbeiten, kommen ohne elektrischen Heizstab aus. Sie liefern bis zu minus 15 °C noch 100 % Heizleistung zum Heizen und zur Warmwasserbereitung."

Wie man den Heizstab in einer Wärmepumpe abschaltet bzw. deaktiviert, wird normalerweise in der Bedienungsanleitung des Herstellers beschrieben und kann vom Monteur der Wärmepumpe vorgenommen werden.

Wer selbst den Einsatz des Heizstabes umgehen möchte, der sollte den Bivalenzpunkt auf die niedrigst mögliche Außentemperatur stellen. Wenn dieser z. B. auf eine Außentemperatur von - 20 °C eingestellt ist, sollte die Wärmepumpe ohne Zuschalten des Elektroheizstabes funktionieren.

Allerdings sollte man den Heizstab nur abschalten bzw. ausschalten, wenn wie oben beschrieben auch die Auslegung der Wärmepumpe monovalent nach dem Normauslegungspunkt erfolgte.