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Heizstab als Zusatzheizung in einer Wärmepumpe

Wann ist ein Heizstab in einer Wärmepumpe sinnvoll?

In einer Wärmepumpe wird ein Heizstab als elektrische Zusatzheizung eingesetzt, um nachzuheizen, wenn die Wärmepumpe nicht den vollen Wärmebedarf decken kann.

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Einsatz und Funktion eines zusätzlichen Heizstabes

Ein elektrischer Heizstab wird in einer Wärmepumpenanlage im Pufferspeicher (Tauchheizkörper) oder in den Heizungsvorlauf (Flanschheizung) integriert. Heizstäbe in Wärmepumpen für Einfamilienhäuser verfügen meistens über wenige Kilowatt (kW) Leistung (etwa 2,5 bis 10 kW) und sind in den allermeisten Wärmepumpen vorinstalliert. In folgenden Fällen wird ein Heizstab in einer Wärmepumpe berücksichtigt:

  • Heizungsunterstützung bei sehr niedrigen Außentemperaturen
  • Unterstützung der Gebäudetrocknung im Neubau
  • Thermische Desinfektion des Brauchwassers
  • Sicherheit bei stark schwankenden Außentemperaturen
  • Reduktion der Anschaffungskosten
  • Vermeidung von häufigem Takten in der Übergangszeit
  • Größe des Erdwärmetauschers ungenügend
  • Frostschutz oder Notbetrieb bei Ausfall der Wärmepumpe

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 (siehe unten).

Der CaCuSol-Heizstab dient der elektrischen Erzeugung von warmem Wasser und kann an einer separaten PV-Anlage und einer Wärmepumpe nachgerüstet werden. (Foto: Thermic Energy RZ GmbH)
Der CaCuSol-Heizstab dient der elektrischen Erzeugung von warmem Wasser und kann an einer separaten PV-Anlage und einer Wärmepumpe nachgerüstet werden. (Foto: Thermic Energy RZ GmbH)

Heizstableistung bei Luftwärmepumpen

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 werden dann etwa 95 % der Jahresheizarbeit durch die Wärmepumpe und nur rund 5 % durch den Heizstab abgedeckt.

Stromverbrauch und Stromkosten eines Heizstab

Um sich im Vorwege der Kaufentscheidung für oder während des Betriebs einer Luftwärmepumpe über den Stromverbrauch und die Stromkosten eines Elektroheizstab zu informieren, kann man folgende Beispielrechnung nutzen:

  • Heizleistung (Normaußentemperatur) = (8 kW Heizwärmebedarf + 1 kW Brauchwarmwasserbedarf für 4 Personen) x 1,1 Sperrzeitfaktor = ~ 10 kW
  • Heizleistung Heizstab = 10 kW Heizleistung (Normaußentemperatur) - 4 kW Heizleistung (Bivalenzpunkt) = 6 kW
  • Stromverbrauch Heizstab = (2000 h x 0,05) x 6 kW = 600 kWh
  • Stromkosten Heizstab = 0,20 Euro/ kWh Heizstromtarif x 600 kWh = 120 Euro

Trotz dieser Stromkosten kann bei Luftwärmepumpen ein Heizstab sinnvoll sein, da so ein ganzjähriger Einsatz möglich wird. Der ineffiziente, kurzfristige Einsatz des Heizstab wird dann durch den effizienten Einsatz der Luftwärmepumpe bei wärmeren Temperaturen ausgeglichen, was sich dann auch in der Jahresarbeitszahl widerspiegelt.

Elektroheizstab bei Erdwärmepumpen

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.

Erd- und Luftwärmepumpen ohne Heizstab

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."

Abschalten bzw. Umgehen des Heizstabbetriebes

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.

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"Heizstab der Wärmepumpe" wurde am 17.02.2017 das letzte Mal aktualisiert.