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Dimensionierung der Wärmepumpe: Darum ist die Heizlast so wichtig
Die korrekte Dimensionierung einer Wärmepumpe ist entscheidend für deren effizienten und wirtschaftlichen Betrieb. Eine falsch ausgelegte Wärmepumpe kann zu erhöhten Stromkosten, schnellerem Verschleiß oder unzureichender Wärmeversorgung führen. In diesem Ratgeber erfahren Sie, wie Sie die richtige Größe für Ihre Wärmepumpe berechnen und welche Faktoren dabei zu berücksichtigen sind.
Warum die richtige Dimensionierung so wichtig ist
Die Dimensionierung einer Wärmepumpe bezeichnet die Berechnung der optimalen Heizleistung, die in Kilowatt (kW) angegeben wird. Eine exakt auf den Wärmebedarf abgestimmte Wärmepumpe arbeitet effizienter und hat eine längere Lebensdauer. Die durchschnittliche Größe von Wärmepumpen im Einfamilienhaus liegt zwischen 5 und 16 Kilowatt, wobei die benötigte Leistung vor allem von der Heizlast des Gebäudes abhängt.
Folgen einer falschen Dimensionierung
Die falsche Dimensionierung einer Wärmepumpe kann sowohl bei zu kleiner als auch bei zu großer Auslegung erhebliche negative Folgen haben:
Die Heizlast als wichtigster Faktor
Die Heizlast bezeichnet die maximale Wärmeleistung, die erforderlich ist, um ein Gebäude auch bei den tiefsten zu erwartenden Außentemperaturen auf die gewünschte Raumtemperatur zu bringen. Sie wird in Kilowatt (kW) angegeben und dient als Grundlage für die Dimensionierung von Heizsystemen wie Wärmepumpen. Die Berechnung erfolgt nach der Norm DIN EN 12831 und berücksichtigt dabei Transmissions- und Lüftungswärmeverluste, jedoch keine internen oder solaren Wärmegewinne.
Unterschied zwischen Heizlast und Heizwärmebedarf
Es ist wichtig, zwischen Heizlast und Heizwärmebedarf zu unterscheiden:
- Heizlast: Gibt die erforderliche Heizleistung an, um ein Gebäude bei tiefsten Außentemperaturen auf eine bestimmte Innentemperatur zu bringen. Sie wird in Kilowatt (kW) gemessen und ist entscheidend für die Auslegung der Heizungsanlage.
- Heizwärmebedarf: Beschreibt die jährlich benötigte Wärmemenge, um ein Gebäude auf einer konstanten Innentemperatur zu halten. Er wird in Kilowattstunden pro Quadratmeter und Jahr (kWh/m²·a) angegeben und dient als Maß für die energetische Qualität eines Gebäudes.
Während die Heizlast die notwendige Leistung zu einem bestimmten Zeitpunkt beschreibt, gibt der Heizwärmebedarf Auskunft über den gesamten Energiebedarf über einen längeren Zeitraum.
Berechnung der Heizlast und Dimensionierung
Die exakte Heizlastberechnung erfolgt nach der DIN EN 12831 und sollte von einem Fachbetrieb durchgeführt werden. Unsere zertifizierten Energieeffizienz-Experten stehen Ihnen hierbei gerne mit Rat und Tat zur Verfügung. Für eine erste Orientierung können Sie jedoch eine vereinfachte Berechnung vornehmen und sich bereits einen Überblick verschaffen.
Faustformel zur Heizlastberechnung
Für eine erste ungefähre Dimensionierung, können Sie sich an folgender Faustformel orientieren:
Wohnfläche in m² × spezifischer Wärmebedarf in kW/m² = Heizlast in kW
Spezifischer Wärmebedarf nach Gebäudetyp
Der spezifische Wärmebedarf hängt stark vom Gebäudetyp und dessen Dämmstandard ab:
Beispielrechnung
Für einen sanierten Altbau mit 150 m² Wohnfläche und einem spezifischen Wärmebedarf von 0,08 kW/m² ergibt sich folgende Heizlast:
150 m² × 0,08 kW/m² = 12 kW
Das bedeutet, die Wärmepumpe muss eine Heizleistung von 12 kW bereitstellen, um das Gebäude zuverlässig zu beheizen.
Warmwasserbedarf mit einrechnen
Zusätzlich muss die Leistung für die Warmwasserbereitung berücksichtigt werden. Pro Person im Haushalt werden hierfür etwa 0,25 kW angesetzt. Bei einem Vier-Personen-Haushalt ergibt sich folgender Zusatzbedarf:
4 Personen × 0,25 kW = 1 kW
Damit ergibt sich eine benötigte Gesamtleistung der Wärmepumpe von:
12 kW (Heizung) + 1 kW (Warmwasser) = 13 kW
Einflussfaktoren auf die Dimensionierung
Nicht nur die Heizlast spielt eine Rolle wenn es um dir richtige Dimensionierung der Wärmepumpe geht. Weitere Faktoren wie die jeweilige Vorlauftemperatur oder die Betriebsweise der Wärmepumpe sind zu berücksichtigen.
1. Vorlauftemperatur des Heizsystems
Die Vorlauftemperatur des Heizsystems hat einen großen Einfluss auf die Dimensionierung einer Wärmepumpe. Je höher diese Temperatur ist, desto mehr Energie muss die Wärmepumpe aufwenden, um das Heizwasser entsprechend zu erwärmen. Das bedeutet, dass bei Heizsystemen mit hohen Vorlauftemperaturen, wie sie oft in älteren Gebäuden mit Radiatoren vorkommen, die Wärmepumpe von Anfang an größer ausgelegt werden muss, um die notwendige Leistung zuverlässig zu liefern. Im Gegensatz dazu ermöglichen Heizsysteme mit niedrigen Vorlauftemperaturen, wie zum Beispiel Fußbodenheizungen oder Flächenheizungen, einen effizienteren Betrieb der Wärmepumpe. Dadurch kann sie kleiner dimensioniert werden, was sich positiv auf die Anschaffungskosten und den Energieverbrauch auswirkt.
Für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe sind folgende Vorlauftemperaturen optimal:
Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Daher ist eine Fußbodenheizung besonders gut für den Betrieb mit einer Wärmepumpe geeignet.
2. Betriebsweise der Wärmepumpe
Eine Wärmepumpe kann in drei verschiedenen Betriebsarten arbeiten: monovalent, monoenergetisch oder bivalent. Je nach Betriebsweise unterscheidet sich die erforderliche Dimensionierung der Anlage.
Im monovalenten Betrieb übernimmt die Wärmepumpe die gesamte Heizlast des Gebäudes allein, auch bei tiefen Außentemperaturen. Sie muss daher entsprechend leistungsstark ausgelegt werden.
Beim monoenergetischen Betrieb wird die Wärmepumpe bei sehr niedrigen Temperaturen von einem zusätzlichen Wärmeerzeuger unterstützt, der ebenfalls mit Strom arbeitet, zum Beispiel ein integrierter Heizstab. Dadurch kann die Wärmepumpe etwas kleiner dimensioniert werden.
Im bivalenten Betrieb wird die Wärmepumpe durch ein zweites Heizsystem ergänzt, das eine andere Energiequelle nutzt, wie zum Beispiel Gas oder Öl. Auch hier kann die Wärmepumpe kleiner ausgelegt werden, da sie bei großer Kälte entlastet wird.
Sowohl im monoenergetischen als auch im bivalenten Betrieb reicht daher eine geringere Dimensionierung aus, weil die Wärmepumpe bei extremen Bedingungen Unterstützung erhält.
3. EVU-Sperrzeiten
Wer einen günstigen Wärmepumpentarif nutzen möchte, muss die sogenannten Sperrzeiten der Energieversorger beachten und diese bei der Auslegung der Anlage mit einplanen. In diesen Zeiten kann die Stromzufuhr zur Wärmepumpe bis zu dreimal täglich für jeweils bis zu zwei Stunden unterbrochen werden.
Um diese Sperrzeiten zuverlässig zu überbrücken, sollte die Wärmepumpe etwas größer dimensioniert werden. Zusätzlich empfiehlt sich der Einsatz eines Pufferspeichers, der Wärme zwischenspeichert und während der Unterbrechungen die Heizungsversorgung sicherstellt.
4. Klimatische Bedingungen am Standort
Die klimatischen Bedingungen am Standort des Gebäudes spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. In Regionen mit besonders kalten Wintern muss die Wärmepumpe mehr Leistung erbringen als in Regionen mit milderem Klima.
Berechnung nach bisherigem Energieverbrauch
Die benötigte Leistung einer Wärmepumpe lässt sich auch grob aus dem bisherigen Gasverbrauch abschätzen. Dabei wird der Jahresverbrauch der alten Heizung durch die geschätzten Heizstunden pro Jahr geteilt:
Gasverbrauch der bisherigen Heizung ÷ Heizstunden = erforderliche Leistung der Wärmepumpe
Beispiel:
24.000 kWh ÷ 2.000 h = 12 kW
Diese Methode liefert jedoch nur einen Näherungswert und ersetzt keine professionelle Heizlastberechnung. Für eine verlässliche Auslegung sollte immer eine genaue Berechnung nach anerkannten Verfahren durchgeführt werden.
Dimensionierung des Pufferspeichers
Die Wahl des richtigen Pufferspeichers ist von einigen Faktoren abhängig. Um die notwendige Größe zu berechnen, ist nicht nur die Dimensionierung der Wärmepumpe wichtig. Pufferspeicher können auch zur Überbrückung der EVU-Sperrzeit genutzt werden.
Ein Pufferspeicher ist besonders sinnvoll bei:
- Verwendung eines Wärmepumpentarifs mit Sperrzeiten
- Bivalenter Betriebsweise der Wärmepumpe
- Höheren Vorlauftemperaturen (über 50°C)
In einem Einfamilienhaus kann bereits ein Pufferspeicher mit einem Fassungsvermögen von 100 Litern ausreichen, um die Laufzeit der Wärmepumpe zu optimieren.
Auswirkungen auf Effizienz und Stromverbrauch
Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch die Jahresarbeitszahl (JAZ) angegeben, die das Verhältnis zwischen erzeugter Wärmeenergie und eingesetzter elektrischer Energie beschreibt.
Jahresarbeitszahl (JAZ) verschiedener Wärmepumpentypen
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt an, wie viel Wärmeenergie eine Wärmepumpe im Verhältnis zur eingesetzten elektrischen Energie über ein Jahr hinweg liefert und ist damit ein Maß für ihre Effizienz im realen Betrieb. Je nach Wärmepumpen-Art und Betriebsbedingungen kann sie variieren:
Der Stromverbrauch einer Wärmepumpe hängt vom Wirkungsgrad bzw. der Effizienz der Anlage ab. Man kann mit einem mittleren Verbrauch von 30 bis 40 kWh pro m² Wohnfläche den Stromverbrauch schätzen. Demnach verbraucht eine Wärmepumpe in einem Einfamilienhaus mit 150 m² zwischen 4.500 und 6.000 kWh.
Faustformel zur Berechnung des Stromverbrauchs
Der jährliche Stromverbrauch einer Wärmepumpe lässt sich überschlägig mit folgender Formel berechnen:
Heizleistung ÷ Jahresarbeitszahl (JAZ) × Heizstunden = Stromverbrauch pro Jahr
Beispiel:
Bei einer Wärmepumpe mit 12 Kilowatt Heizleistung, einer JAZ von 4 und 2.000 Heizstunden im Jahr ergibt sich:
(12 kW ÷ 4) × 2.000 h = 6.000 kWh Stromverbrauch pro Jahr
Diese Berechnung liefert einen guten Anhaltspunkt für die zu erwartenden Stromkosten. Allerdings können Faktoren wie Warmwasserbereitung, Gebäudedämmung und tatsächliche Laufzeiten den Verbrauch zusätzlich beeinflussen.
Praktische Beispiele für verschiedene Gebäudetypen
Fazit: Professionelle Planung für optimale Effizienz
Die sorgfältige Dimensionierung einer Wärmepumpe ist für den effizienten Betrieb des Heizsystems unabdingbar. Dabei kommt es vor allem auf die korrekte Berechnung der Heizlast sowie die individuelle Analyse Ihres Wärmebedarfs an. Dementsprechend sollte die Auslegung einer Wärmepumpe stets von geschultem Fachpersonal durchgeführt werden, andernfalls kann es zu erhöhten Heizkosten oder einem schnelleren Verschleiß der Wärmepumpe kommen.
Obwohl die vorgestellten Faustformeln eine erste Orientierung bieten, ersetzen sie nicht die professionelle Heizlastberechnung nach DIN EN 12831. Eine exakte Dimensionierung berücksichtigt zahlreiche individuelle Faktoren wie Gebäudehülle, Standort, Nutzungsverhalten und technische Details des Heizsystems.
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