Wärmepumpe mit Fußbodenheizung: Vorteile, Einstellung & Verlegung

Wenn Sie eine Wärmepumpe ohne Fußbodenheizung betreiben wollen, ist jedoch zu beachten, dass Sie den Einbau eines Pufferspeichers prüfen sollten. Dieser nimmt überschüssige Wärme der Wärmepumpe auf und gibt sie bei Bedarf gleichmäßig an das Heizsystem ab.

Er ist nicht grundsätzlich notwendig, das Puffern ermöglicht jedoch auch bei einer modulierenden Wärmepumpe einen zuverlässigen und störungsfreien Betrieb (z.B. Vermeidung von Hochdruckstörungen, Abtauung).

Vor allem bei Luft-Wasser-Wärmepumpen hilft ein Pufferspeicher die Zahl der Start-Stopp-Zyklen („takten“) zu verringern. Das verlängert die Lebensdauer der Wärmepumpe und verbessert deren Effizienz.

Pufferspeicher helfen zudem, wenn die Wärmepumpe gedrosselt wird, bei der Nutzung von Nachtstromtarifen oder der Optimierung des Eigenverbrauchs von Photovoltaik-Strom.

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Eine der wichtigsten Eigenschaften der Fußbodenheizung ist natürlich, dass sie zu den Niedertemperatursystemen zählt und aufgrund ihres hohen Heizwasservolumens mit niedrigeren Vorlauftemperaturen die gleiche Wärmebereitstellung realisiert. Dies kommt insbesondere Wärmepumpen entgegen, deren Effizienz mit sinkender Vorlauftemperatur immer besser wird.

Physikalischer Hintergrund: Eine Wärmepumpe arbeitet nach dem Prinzip eines Kältekreises (Carnot-Prozess). Um Wärme von einem kälteren auf ein wärmeres Temperaturniveau zu „pumpen“, muss der Kompressor mechanische Arbeit leisten. Je größer die Temperaturdifferenz, desto stärker muss er verdichten.

Um eine höhere Vorlauftemperatur zu erreichen, muss dann das Kältemittel auf ein höheres Druckniveau gebracht werden. Das erfordert mehr elektrische Energie für den Kompressor und zu einem schlechteren Wirkungsgrad.

Der sogenannte COP (Coefficient of Performance) - das Verhältnis von abgegebener Wärme zu eingesetztem Strom - nimmt dann ab, wenn die Temperaturdifferenz steigt. Aus 1 kWh Strom werden dann nicht mehr 4 bis 5 kWh Wärme, sondern vielleicht nur noch 2 bis 3 kWh.

Des Weiteren kommt die Trägheit der Fußbodenheizung der Heizwärmeerzeugung per Wärmepumpe entgegen. Diese Trägheit beruht darauf, dass die Fußbodenheizung nur langsam auf Schwankungen der Raumheizlast reagiert.

Grundsätzlich verändert sich immer dann die Heizlast einer Immobilie, wenn sich die Außentemperatur verändert oder Fremdwärmeeinflüsse durch Kamine, Beleuchtung, Sonne etc. auftreten. Aufgrund der großen thermischen Speichermasse des Estrichs kommt es nur langsam zur Anpassung. Diese Anpassung ist der Selbstregeleffekt der Fußbodenheizung.

In diesem Fall gibt die Fußbodenheizung immer dann Wärme ab, wenn eine Temperaturdifferenz zwischen Estrich und Raumluft besteht. Bei einer geforderten Raumtemperatur von 20°C und einer Oberflächentemperatur der Fußbodenheizung von 24 °C beträgt die Spreizung 4 K. Die Fußbodenheizung erbringt somit 100% der Heizlast. Steigt die Raumtemperatur durch Fremdeinflüsse auf 22 °C, so halbiert sich die Spreizung von 4 auf 2 K und auch die von der Fußbodenheizung erbrachte Heizleistung reduziert sich auf 50%.

Aus der Trägheit der Fußbodenheizung folgt, dass das einmal erreichte Temperaturniveau dazu verhilft, dass "nur" noch Schwankungen der Raumheizlast Energie erfordern. Es wird also grundsätzlich weniger Energie verbraucht als es das wesentlich häufigere "Anfahren" des bedarfsabhängigen Heizens mit Heizkörpern erfordert, bei dem immer wieder zunächst die Heizkörper erhitzt werden müssen.

Der Selbstregeleffekt der Fußbodenheizung hingegen führt dazu, dass automatisch auf Schwankungen der Raumheizlast reagiert wird. Eine manuelle Regelung entfällt daher, steigert somit den Heizkomfort und spart Energie.

Der Selbstregeleffekt funktioniert allerdings nur bei konstanter Wärmezufuhr. Auf der einen Seite führt der konstante Betrieb der Wärmepumpe auf niedrigem Niveau zu weniger Verschleiß und somit höherer Lebensdauer. Auf der anderen Seite wird jedoch eine nutzungsabhängige Regelung notwendig.

Ein wichtiger Vorteil ist zudem die große Heizfläche der Fußbodenheizung. Dadurch reicht es, wenn die Oberflächentemperatur nur wenige Grad über der Raumtemperatur liegt (z. B. 25–29 °C).

Heizkörper haben dagegen nur eine kleine Fläche. Um die gleiche Raumwärme bereitzustellen, müssen sie eine deutlich höhere Oberflächentemperatur haben – und das erreicht man nur mit höherer Vorlauftemperatur (oft 60–70 °C).

Zudem geben Fußbodenheizungen viel Wärme über Strahlung ab, was als besonders behaglich empfunden wird. Heizkörper arbeiten vor allem über Konvektion (aufsteigende Warmluft), dafür braucht die Luft an der Oberfläche des Heizkörpers hohe Temperaturen.

Zudem können Fußbodenheizungssysteme zum Kühlen mit Wärmepumpen genutzt werden, da die große Bodenfläche die Raumwärme effizient aufnimmt und über das Wasser im Rohrsystem abführt. Dabei wird kühles Wasser durch die Leitungen gepumpt, das die Temperatur des Fußbodens leicht absenkt und so den Raum über Strahlung und geringe Luftabkühlung temperiert.

Heizkörper sind dafür ungeeignet, weil ihre kleine Fläche und die auf Konvektion ausgelegte Bauweise keine ausreichende Kühlleistung erzielen. Zudem würde sich bei kaltem Wasser im Heizkörper leicht Kondenswasser bilden, was Schäden verursachen könnte.

Deshalb eignen sich Flächenheizungen in Kombination mit Wärmepumpen für eine sanfte, gleichmäßige Kühlung, Heizkörper jedoch nicht.

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Die außentemperaturabhängige Regelung soll sicherstellen, dass eine der Immobilie und deren Nutzung entsprechende Heizwasser-Temperatur im gesamten Gebäude zur Verfügung steht. Diese Regelung würde für eine Fußbodenheizung mit Wärmepumpe bei richtig ausgelegter und hydraulisch abgeglichener Heizungsanlage vollkommen ausreichen.

Die richtige Einstellung erfolgt dabei über die Heizkurve. Sie Diese beschreibt das Verhältnis zwischen Vorlauftemperatur und Außentemperatur. Die Heizkurve gibt der Wärmepumpe dabei vor, welche Vorlauftemperatur bei welcher Außentemperatur erreicht werden muss, um immer ausreichend Wärme bereitzustellen.

Neue, gut gedämmte Häuser weisen meist eine flache Heizkurve auf, ältere Gebäude mit schlechter Dämmung hingegen eine steile Heizkurve. Je flacher die Heizkurve eingestellt wird, desto niedriger fällt die von der Wärmepumpe zu erreichende Vorlauftemperature aus.

Die raumweise Regelung ist eher an den Betrieb von Plattenheizkörpern, Konvektoren oder Röhrenradiatoren angepasst. Der Energiespareffekt tritt hier dadurch auf, dass die Heizwasser-Menge in Abhängigkeit der Raumtemperatur über den Heizkreisverteiler reduziert wird.

Bei der Fußbodenheizung tritt dieser Effekt zwar auch ein, leider wirkt diesem wiederum entgegen, dass der Selbstregeleffekt und die damit für einen Wärmepumpenbetrieb verbunden positiven Auswirkung teilweise verloren gehen.

Die dezentrale Verteilung der Heizkreisverteiler ermöglicht eine individuelle Einzelraumregelung, die für Neubauten gesetzlich vom Gebäudeenergiegesetz (GEG) vorgeschrieben ist.

Die Heizkreisverteiler werden in den Wandflächen verbaut, wobei darauf zu achten ist, dass diese nicht an geräuschsensiblen Wänden montiert werden, da es durch die Bewegungen der Motorventile zu akustischen Problemen kommen kann.

Zudem kann es durch die zunehmend engere Verlegung der Zuleitungen vor den Verteilern zu Estrichspannungen und zu höheren Bodentemperaturen kommen. Die Einzelraumregelung ist mit etwas höheren Kosten verbunden, bietet jedoch mehr Komfort.

Aufgrund des Selbstregeleffekts der Fußbodenheizung wäre eigentlich keine Einzelraumregelung erforderlich. Da dies aber gesetzlich gefordert wird, werden als Alternative zur herkömmlichen Einzelraumregelung Bodenfühler- oder Bypass-Systeme vorgeschlagen.

Ein Bypass-System unterstützt den Selbstregeleffekt der Fußbodenheizung, da ein ständiger Heizwasserstrom gewährleistet ist. Dies kommt insbesondere dem Einsatz der Wärmepumpe entgegen.

Thermostatregelung führen hingegen eher dazu, dass der Estrich zu stark auskühlt und dann mehr Energie zum Erreichen des Temperaturniveaus verschwendet wird als es bei konstanter Beheizung der Fall wäre. Zudem benötigen Bypass-Systeme keinen Strom für Regelventile oder Raumfühler und vermeiden unnötige Wärmeverluste in Bereichen mit hoher Rohrleitungsdichte.

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Bei der Nassverlegung werden die Rohre über Noppenmatten oder Trägerroste fixiert und direkt mit Estrich übergossen. Die direkte Berührung zwischen Rohr und Estrich garantiert einen guten Wärmeübergang zum Fußboden.

Da sich die Rohre temperaturabhängig ausdehnen, müssen an den Rohrbögen im Estrich so genannte Polsterungen installiert werden und in größeren Räumen Dehnungsfugen vorgesehen werden, da nicht nur das Rohr, sondern auch der Heizestrich selbst elastisch reagiert. Zudem nehmen Dämmstreifen die seitliche Ausdehnung auf. Man spricht deshalb auch von einem "schwimmenden Estrich".

Bei der Trockenverlegung werden die verlegten Rohrschleifen mit Trockenbauplatten aus Glasfaser oder Holzspan abgedeckt. Zwar können sich die Rohre ungehindert ausdehnen, jedoch wird aufgrund des schlechteren Wärmeübergangs eine höhere Vorlauftemperatur notwendig. Die Trockenverlegung ist bei Einsatz einer Wärmepumpe nicht optimal.

Wärmeleitfähiger Estrich (z. B. Zementestrich oder spezieller Wärmepumpenestrich) verbessert die Wärmeabgabe.

Sowohl bei der Nass- als auch Trockenverlegung können Leitbleche aus Aluminium eingebracht werden, die den Wärmeübergang und die gleichmäßige Wärmeverteilung im Fußboden erhöhen. Dies kann wiederum zur Absenkung der Vorlauftemperatur und somit optimalem Wärmepumpenbetrieb genutzt werden.

Zudem ist eine Wärmedämmung unterhalb der Rohrschlangen energetisch sinnvoll, da die Heizrohre ihre Wärme in alle Richtungen abgeben.

Bei einer normalen Verlegung von Fußbodenheizungen beträgt der Rohrabstand meist etwa 15–20 cm. Das reicht in vielen Wohnräumen aus, um eine angenehme und gleichmäßige Wärme zu erzeugen.

Für Wärmepumpen mit Fußbodenheizung empfiehlt sich jedoch ein engerer Verlegeabstand von ca. 10 cm. So verteilt sich die Wärme deutlich gleichmäßiger, sodass schon mit niedrigeren Vorlauftemperaturen die gewünschte Raumtemperatur erreicht werden kann.

Wenn die Heizrohre einer Fußbodenheizung mit geringeren Abständen verlegt werden, verteilt sich die Wärme gleichmäßiger über die gesamte Bodenfläche. Dadurch genügt eine niedrigere Vorlauftemperatur, um den Raum auf die gewünschte Temperatur zu bringen.

Bei größerem Rohrabstand müssten höhere Vorlauftemperaturen gefahren werden, um dieselbe Heizleistung zu erzielen. Eine engere Verlegung steigert also nicht nur den Komfort, sondern auch die Energieeffizienz.

Neben dem Rohrabstand kann auch ein größerer Rohrdurchmesser dazu beitragen, die Effizienz der Wärmepumpe weiter zu steigern. Denn mit einem größeren Volumenstrom lässt sich die Vorlauftemperatur - bei gleichbleibender Leistung der Fußbodenheizung - weiter reduzieren.

Wir empfehlen daher einen Durchmesser von weniger als Ø17x2 mm nicht zu unterschreiten. Die optimierte Hydraulik führt zudem zu geringeren Druckverlusten und einem geringeren Pumpenstromverbrauch.

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