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Betrieb einer Wärmepumpe mit Fußbodenheizung

Die Frage nach der Sinnhaftigkeit eines Wärmepumpeneinsatzes ist vollkommen unabhängig von dem Vorhandsein einer Fußbodenheizung, Wandheizung oder allgemein auch Flächenheizung. Leider ist es so, dass fast immer die Fußbodenheizung als KO-Kriterium für die Entscheidung für oder gegen eine Wärmepumpe herangezogen wird. Wir zeigen hier auf, warum eine Wärmepumpe mit einer Fußbodenheizung Vorteile hat, jedoch nicht zwingend notwendig ist.

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Fußbodenheizung lediglich hinreichende Voraussetzung für Wärmepumpen

Energieberater, Architekten, Verbraucherzentrale und Viele mehr, raten stets: Eine Wärmepumpe ist nur in einem gut gedämmten Neubau mit Fußbodenheizung sinnvoll. Davon abgesehen, dass eine Erdwärmepumpe mit steigender Leistung und unterproportional zunehmenden Investitionskosten tendenziell in ungedämmten Altbauten die mit Abstand günstigsten Kosten pro kWh Wärme erzeugt, weckt dieser Ratschlag zudem die Assoziation, dass die Wärmepumpe ohne Fußbodenheizung nicht funktioniere.

Richtigerweise müsste es heißen: Eine Wärmepumpe lässt sich optimal mit einer Fußbodenheizung betreiben. Sofern das Verhältnis des Heizkörpervolumens zur Raumgröße einen Betrieb mit niedrigen Vorlauftemperaturen gestattet, so sind die Effizienzverluste so gering, dass weder die Kosten spürbar steigen, noch die Jahresarbeitszahl unter ein umweltunfreundliches Niveau sinkt.

Spezielles Fußbodenheizungssystem für Wärmepumpen: Knauf Wärmepumpenestrich FE Eco auf dem System Klett Twin von Uponor. (Grafik: Knauf Gips KG)
Spezielles Fußbodenheizungssystem für Wärmepumpen: Knauf Wärmepumpenestrich FE Eco auf dem System Klett Twin von Uponor. (Grafik: Knauf Gips KG)

Grundlegende Eigenschaften einer Fußbodenheizung

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. Zudem können Fußbodenheizungssysteme zum Kühlen mit Wärmepumpen genutzt werden. 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.

Regelungssysteme einer Fußbodenheizung mit Wärmepumpe

Grundsätzlich sollten laut Energieeinsparverordnung (EnEV) zwei gleichzeitig wirkende Formen der Regelung für die Heizungsanlage berücksichtigt werden:

  • Gebäudeweise Regelung der Heizwasser-Temperatur in Abhängigkeit der Außentemperatur
  • Raumweise Regelung der Heizwasser-Menge in Abhängigkeit der Raumtemperatur

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 einen Fußbodenheizungsbetrieb mit einer Wärmepumpe bei richtig ausgelegter und hydraulisch abgeglichener Heizungsanlage vollkommen ausreichen.

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 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.

Um trotzdem der EnEV und dem optimalen Einsatz der Wärmepumpe zu entsprechen können Bodenfühler- oder Bypass-Systeme eingesetzt werden, die einen höheren Energieeinspareffekt erzielen als Thermostatregelungen. Diese führen nämlich 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. Dieses Urteil gilt natürlich nur, wenn die Fußbodenheizung eines Raumes nur kurzfristig ganz ausgestellt wird. Bei längeren Auszeiten gilt dieses natürlich nicht.

Verteilungssysteme für Fußbodenheizungen im Überblick

Bei der Verlegung der Fußbodenheizung wird grundsätzlich zwischen zentraler und dezentraler Verteilung unterschieden.

Die zentrale Verteilung besitzt einen Heizkreisverteiler, der meistens im Flur oder in einem Nebenraum positioniert wird und über den alle von der Fußbodenheizung mit Wärme versorgten Räume an die Wärmepumpe angeschlossen werden. Dabei wird für jeden Raum innerhalb des Heizkreisverteilers ein Stellventil vorgesehen, das mit dem Raumfühler über eine elektrische Leitung oder einen Funkkontakt verbunden ist.

Die dezentrale Verteilung der Heizkreisverteiler ermöglicht eine individuelle Einzelraumregelung, die für Neubauten gesetzlich 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, ist als Alternative zur herkömmlichen Einzelraumregelung der Einsatz eines Bypass-Systems zu überlegen, da dieser insbesondere energetische Vorteile aufweist. So unterstützt das Bypass-System den Selbstregeleffekt der Fußbodenheizung, da ein ständiger Heizwasserstrom gewährleistet ist. Dies kommt insbesondere dem Einsatz der Wärmepumpe entgegen. Zudem wird kein Strom für Regelventile oder Raumfühler benötigt und unnötige Wärmeverluste in Bereichen mit hoher Rohrleitungsdichte vermieden.

Mögliche Verlegungssysteme bei Einsatz einer Wärmepumpe

Die Verlegung der Fußbodenheizung kann in unterschiedlichen Arten erfolgen:

  • Nassverlegung
  • Trockenverlegung
  • Mäander
  • Spirale

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.

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.

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.

Die Rohrführung in den einzelnen Heizkreisen selbst kann schlangenförmig (Mäander) oder spiralförmig erfolgen. Die spiralförmige Verlegung ist dadurch charakterisiert, dass Vor- und Rücklaufrohre parallel nebeneinander liegen. Grundsätzlich ist es wichtig ist, dass die gleichmäßige Beheizung des Fußbodens gewährleistet ist, um niedrige Vorlauftemperaturen zu nutzen. Zudem ist eine Wärmedämmung unterhalb der Rohrschlangen energetisch sinnvoll, da die Heizrohre ihre Wärme in alle Richtungen abgeben.

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"Betrieb einer Wärmepumpe mit Fußbodenheizung" wurde am 11.07.2017 das letzte Mal aktualisiert.