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Monovalente Wärmepumpe: Definition, Altbau-Eignung und Kosten-Vergleich 2025
Die monovalente Wärmepumpe deckt gesamten Wärmebedarf eines Gebäudes als alleiniger Wärmeerzeuger ohne zusätzliche Heizquelle wie Gas-Brennwertkessel oder Öl-Heizung. Die Dimensionierung erfolgt auf Norm-Außentemperatur von minus 12 bis minus 16 Grad Celsius abhängig von Region mit voller Heizlast-Deckung bei extremen Temperaturen. Die monovalente Betriebsweise erreicht Jahresarbeitszahlen von 4,0 bis 5,3 in Neubauten und sanierten Altbauten mit Fußbodenheizung oder vergrößerten Heizkörpern.
Die Abgrenzung zu bivalenten Systemen definiert einen Wärmeerzeuger ohne fossiles Backup gegen Hybrid-Heizung mit Wärmepumpe plus Gas-Kessel ab Bivalenzpunkt von minus 5 bis minus 8 Grad Celsius. Die monoenergetische Variante nutzt elektrischen Heizstab als Spitzenlast-Abdeckung mit gleicher Energiequelle Strom gegen monovalente Rein-Lösung ohne jeden Zusatz-Erzeuger. Die Investitionskosten summieren 25.000 bis 35.000 Euro für Luft-Wasser-Wärmepumpe monovalent gegen 35.000 bis 50.000 Euro für Sole-Wasser mit Erdbohrung bei höherer Effizienz.
Die Eignung für Altbau fordert energetische Sanierung auf maximal 100 bis 120 Kilowattstunden pro Quadratmeter Jahr Heizwärmebedarf mit Heizlast unter 10 bis 12 Kilowatt für typisches Einfamilienhaus 150 Quadratmeter Wohnfläche. Die Vorlauftemperatur-Absenkung auf 40 bis 50 Grad Celsius durch Heizkörper-Vergrößerung oder Fußbodenheizung-Nachrüstung ermöglicht Leistungszahl von 3,5 bis 4,2 bei Außentemperatur minus 7 Grad Celsius. Die KfW-Förderung erreicht 30 Prozent Grundförderung plus 20 Prozent Geschwindigkeits-Bonus plus 5 Prozent Effizienz-Bonus entsprechend 55 Prozent Gesamt-Zuschuss bei natürlichem Kältemittel R290.
Definition und Betriebsarten
Monovalenter Betrieb nach VDI 4650
Die monovalente Wärmepumpe liefert gesamte Heizleistung ganzjährig als einziger aktiver Wärmeerzeuger im Gebäude. Die normative Definition nach VDI 4650 Blatt 1 fordert Wärmepumpen-Heizleistung größer oder gleich Gebäude-Heizlast bei Auslegungs-Außentemperatur typisch minus 12 bis minus 16 Grad Celsius für Deutschland. Die Berechnung erfolgt nach DIN EN 12831 mit Transmissions-Wärmeverlusten durch Gebäudehülle plus Lüftungs-Wärmeverluste mit Zuschlag für Wiederaufheiz-Reserve von 10 bis 15 Prozent.
Die technische Konsequenz eliminiert jedes Backup-System vollständig. Der fossile Kessel als Spitzenlast-Erzeuger entfällt ebenso wie elektrischer Heizstab zur Unterstützung bei tiefen Temperaturen. Die Wärmepumpe trägt Heizlast von 2 Kilowatt bei plus 10 Grad Celsius Außentemperatur in Übergangszeit bis 12 Kilowatt bei minus 15 Grad Celsius im Winter-Peak allein. Die Zuverlässigkeit basiert auf korrekter Auslegung mit Sicherheits-Zuschlag von 5 bis 10 Prozent über berechneter Heizlast.
Die bevorzugten Wärmequellen für monovalente Auslegung nutzen Erdreich oder Grundwasser mit konstanter Quell-Temperatur von 8 bis 12 Grad Celsius ganzjährig. Die Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonden erreicht Quell-Temperatur von plus 2 bis plus 5 Grad Celsius auch bei Außenluft minus 20 Grad Celsius durch thermische Trägheit des Erdreichs ab 10 Meter Tiefe. Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe nutzt Grundwasser mit stabiler Temperatur von 9 bis 11 Grad Celsius unabhängig von Jahreszeit für höchste Leistungszahlen von 4,5 bis 5,5 im Jahresmittel.
Abgrenzung zu bivalenten Systemen
Die bivalente Wärmepumpe kombiniert Wärmepumpe mit zweitem Wärmeerzeuger aus unterschiedlicher Energiequelle typisch Gas-Brennwertkessel oder Öl-Kessel. Die Betriebsweise unterscheidet bivalent-alternativ mit Umschaltung am Bivalenzpunkt gegen bivalent-parallel mit gleichzeitigem Betrieb beider Erzeuger unterhalb Schaltpunkt. Der Bivalenzpunkt definiert Außentemperatur bei welcher Wärmepumpe ihre maximale Heizleistung erreicht und zweiter Erzeuger aktiviert wird typisch minus 5 bis minus 8 Grad Celsius.
Die wirtschaftliche Dimensionierung bei bivalenten Systemen wählt Wärmepumpe für 70 bis 80 Prozent Jahres-Heizarbeit mit Gas-Kessel für restliche 20 bis 30 Prozent Spitzenlast. Die 10 Kilowatt Heizlast bei minus 15 Grad Celsius wird durch 7 Kilowatt Wärmepumpe plus 5 Kilowatt Gas-Kessel gedeckt statt 12 Kilowatt monovalenter Wärmepumpe mit Sicherheits-Reserve. Die Investitions-Ersparnis erreicht 3.000 bis 5.000 Euro durch kleinere Wärmepumpe gegen höhere System-Komplexität mit zwei Wärmeerzeugern und doppelter Wartung.
Die Hybrid-Heizung als moderne Variante integriert beide Systeme in einem Gehäuse mit intelligenter Regelung. Die Entscheidung Wärmepumpe oder Gas erfolgt dynamisch nach Strom-Preis dividiert durch Gas-Preis multipliziert mit Kessel-Wirkungsgrad gegen aktuelle Leistungszahl der Wärmepumpe. Die Schwelle beträgt typisch Leistungszahl unter 2,5 bei sehr tiefen Temperaturen aktiviert Gas-Betrieb automatisch für Kostenoptimierung. Die Jahresarbeitszahl des Gesamt-Systems erreicht 3,2 bis 3,8 bei 75 Prozent Wärmepumpen-Anteil an Jahres-Heizarbeit.
Monoenergetischer Betrieb als Mittelweg
Der monoenergetische Betrieb nutzt ausschließlich Strom als Energieträger mit Wärmepumpe als Haupt-Erzeuger und elektrischem Heizstab als Zusatz-Heizung für Spitzenlast. Die technische Umsetzung integriert 3 bis 9 Kilowatt Heizstab im Pufferspeicher oder Heizungs-Vorlauf mit Aktivierung unterhalb von minus 5 bis minus 10 Grad Celsius Außentemperatur. Die Wärmepumpe deckt 95 bis 98 Prozent Jahres-Heizarbeit mit Heizstab nur für 50 bis 150 Stunden jährlich an extremen Frost-Tagen.
Die Dimensionierung der Wärmepumpe erfolgt auf Bivalenzpunkt mit typisch 70 bis 80 Prozent der Auslegungs-Heizlast. Die 12 Kilowatt Heizlast bei minus 15 Grad Celsius fordert 8 bis 10 Kilowatt Wärmepumpen-Leistung mit 6 Kilowatt Heizstab zur Überbrückung. Die Wärmepumpe arbeitet in optimalem Leistungsbereich ohne Überdimensionierung während Heizstab nur 2 bis 5 Prozent Jahres-Heizarbeit liefert entsprechend 400 bis 1.000 Kilowattstunden elektrisch bei 20.000 Kilowattstunden Gesamt-Wärmebedarf.
Die Betriebskosten des Heizstabs summieren 120 bis 300 Euro jährlich bei 30 Cent pro Kilowattstunde Strompreis und direkter Umwandlung elektrisch zu thermisch mit Wirkungsgrad 100 Prozent aber Leistungszahl nur 1,0. Die monovalente Alternative mit größerer Wärmepumpe spart diese Heizstab-Kosten verursacht aber Effizienz-Verluste durch Taktung in Teillast mit Jahresarbeitszahl-Reduktion von 4,2 auf 3,7 entsprechend 150 bis 250 Euro Mehrkosten jährlich. Die wirtschaftliche Analyse favorisiert monoenergetischen Betrieb für Luft-Wasser-Wärmepumpen mit Kosten-Optimum bei Bivalenzpunkt minus 7 Grad Celsius.
Technische Eignung nach Wärmequelle
Erdwärme als ideale Quelle
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonden bildet prädestinierte Technologie für monovalenten Betrieb durch konstante Quell-Temperatur ganzjährig. Die vertikale Bohrung erreicht 50 bis 150 Meter Tiefe mit Erdreich-Temperatur konstant 9 bis 12 Grad Celsius unabhängig von Außenluft-Temperatur. Die thermische Trägheit des Erdreichs verhindert Auskühlungen selbst bei wochenlangen Frost-Perioden mit Regeneration in Sommer durch Sonneneinstrahlung und Regenwasser.
Die Auslegung nach VDI 4640 Blatt 2 dimensioniert spezifische Entzugsleistung auf 40 bis 60 Watt pro Meter Bohrtiefe abhängig von Geologie und Volllaststunden. Die 10 Kilowatt Wärmepumpe mit 8 Kilowatt Entzugsleistung aus Erdreich benötigt 160 bis 200 Meter Gesamt-Bohrlänge entsprechend zwei Sonden à 80 bis 100 Meter oder eine Sonde à 160 Meter. Die monovalente Auslegung addiert 15 bis 25 Prozent Reserve-Länge gegen bivalente Variante für dauerhafte Leistungs-Erbringung ohne Quell-Erschöpfung.
Die Investitionskosten erreichen 60 bis 90 Euro pro Bohrmeter inklusive Sonde und Verfüllung entsprechend 9.600 bis 18.000 Euro für 160 Meter Bohrung. Die Wärmepumpe selbst kostet 12.000 bis 18.000 Euro für 10 Kilowatt Heizleistung mit Sole-Umwälzpumpe und Frostschutz-Gemisch aus Wasser und Glykol. Die Gesamt-Investition summiert 28.000 bis 45.000 Euro inklusive Installation und hydraulischer Anbindung. Die KfW-Förderung mit 30 Prozent Basis plus 5 Prozent Effizienz-Bonus reduziert auf 19.600 bis 31.500 Euro Eigenanteil bei 35 Prozent Förderquote.
Die Jahresarbeitszahl erreicht 4,5 bis 5,2 durch stabile Quell-Temperaturen mit Leistungszahl 5,5 bis 6,0 bei 35 Grad Celsius Vorlauftemperatur und 3,8 bis 4,5 bei 50 Grad Celsius Vorlauf. Die Betriebskosten für 20.000 Kilowattstunden Heizwärmebedarf betragen 4.000 bis 4.800 Kilowattstunden Strom-Verbrauch bei JAZ 4,2 entsprechend 1.200 bis 1.440 Euro jährlich bei 30 Cent pro Kilowattstunde. Die Amortisation gegen Gas-Brennwertheizung mit 1.800 bis 2.200 Euro Jahreskosten erreicht Break-Even nach 12 bis 18 Jahren inklusive KfW-Förderung.
Luft-Wasser und Monovalenz-Problem
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe nutzt Außenluft als Wärmequelle mit variablen Temperaturen von minus 20 Grad Celsius im Winter bis plus 35 Grad Celsius im Sommer. Das fundamentale Problem definiert inverse Korrelation zwischen Heizlast-Bedarf und Quell-Temperatur. Die maximale Gebäude-Heizlast tritt bei tiefsten Außentemperaturen auf während gleichzeitig Wärmepumpen-Leistung durch niedrige Quell-Temperatur minimal wird. Die Leistungs-Kurve einer 10 Kilowatt Nenn-Wärmepumpe bei plus 7 Grad Celsius sinkt auf 6 bis 7 Kilowatt bei minus 7 Grad Celsius und 4 bis 5 Kilowatt bei minus 15 Grad Celsius.
Die monovalente Dimensionierung überdimensioniert Wärmepumpe auf Worst-Case-Temperatur mit 14 bis 16 Kilowatt Nenn-Leistung für 10 Kilowatt Heizlast bei minus 15 Grad Celsius. Die Maschine arbeitet 90 bis 95 Prozent der Heizperiode in extremer Teillast bei Übergangszeit plus 5 bis plus 10 Grad Celsius mit nur 15 bis 25 Prozent ihrer Nenn-Leistung erforderlich. Die Modulation moderner Inverter-Wärmepumpen erreicht minimal 20 bis 40 Prozent der Nenn-Leistung entsprechend 2,8 bis 6,4 Kilowatt Mindest-Leistung bei 14 Kilowatt Nenn-Gerät.
Die Taktung als An-Aus-Schaltung bei Unterschreitung der Mindest-Leistung degradiert Effizienz massiv. Die Wärmepumpe startet, heizt Vorlauf in 3 bis 8 Minuten auf Solltemperatur und schaltet ab. Die Abkühlphase dauert 8 bis 15 Minuten bis nächster Start. Die Taktungs-Häufigkeit erreicht 4 bis 8 Starts pro Stunde in Übergangszeit gegen optimal 1 bis 2 Starts pro Stunde bei passender Dimensionierung. Die Jahresarbeitszahl sinkt von 4,0 bei korrekter Auslegung auf 3,4 bis 3,7 durch Taktungs-Verluste entsprechend 8 bis 15 Prozent Effizienz-Einbuße.
Die wirtschaftliche Konsequenz addiert 3.000 bis 5.000 Euro Mehrkosten für größere Wärmepumpe mit 200 bis 350 Euro jährlichen Effizienz-Verlusten durch Taktung. Die Gesamt-Mehrkosten über 15 Jahre Lebensdauer summieren 6.000 bis 10.250 Euro gegen monoenergetische Auslegung mit 150 bis 250 Euro Heizstab-Kosten jährlich entsprechend 2.250 bis 3.750 Euro über 15 Jahre. Die Differenz von 3.750 bis 6.500 Euro favorisiert monoenergetischen Betrieb mit kleinerem Gerät und seltenem Heizstab-Einsatz für 50 bis 120 Stunden jährlich.
Kältemittel R290 als Gamechanger
Das natürliche Kältemittel R290 Propan ermöglicht Vorlauftemperaturen bis 75 Grad Celsius im reinen Verdichter-Betrieb ohne elektrischen Heizstab. Die thermodynamischen Eigenschaften mit kritischer Temperatur von 96,7 Grad Celsius übertreffen synthetische Kältemittel R410A mit 72,1 Grad Celsius oder R32 mit 78,1 Grad Celsius kritischer Temperatur erheblich. Die höhere kritische Temperatur ermöglicht größere Temperatur-Hübe im Kältekreis mit stabilen Druck-Verhältnissen und besseren Leistungszahlen bei hohen Vorlauf-Temperaturen.
Die praktische Bedeutung erschließt Altbau-Sanierung für monovalente Betriebsweise. Die klassischen Heizkörper fordern 55 bis 65 Grad Celsius Vorlauftemperatur bei Auslegungs-Temperatur für ausreichende Wärme-Abgabe. Die R410A Wärmepumpe erreicht maximal 55 bis 60 Grad Celsius und fällt bei minus 10 Grad Celsius oft auf 50 bis 52 Grad Celsius Vorlauf mit unzureichender Raum-Heizung. Die R290 Wärmepumpe liefert 65 bis 70 Grad Celsius auch bei minus 10 Grad Celsius Außentemperatur mit Leistungszahl 2,8 bis 3,2 statt R410A mit 2,2 bis 2,6 bei gleichen Bedingungen.
Die Markt-Verfügbarkeit umfasst Wolf CHA Monoblock mit R290 und 70 Grad Celsius maximaler Vorlauftemperatur sowie Vaillant aroTHERM plus mit 75 Grad Celsius Vorlauf und Panasonic Aquarea L Generation mit 70 Grad Celsius. Die Nenn-Leistungen erreichen 5 bis 16 Kilowatt mit Modulations-Bereichen von 20 bis 100 Prozent bei Premium-Geräten. Die Wolf CHA-10 moduliert von 2,2 bis 10 Kilowatt entsprechend Modulations-Verhältnis 1:4,5 gegen Vaillant aroTHERM VWL 125/6 mit Mindest-Leistung 5,4 Kilowatt bei 12 Kilowatt maximal nur 1:2,2 Modulation.
Die Investitionskosten für R290 Wärmepumpen übertreffen R410A Geräte um 10 bis 20 Prozent durch aufwendigere Sicherheits-Technik. Die Brennbarkeit von Propan erfordert Sicherheitsklasse A3 mit Aufstellung außerhalb geschlossener Räume oder mit Gaswarner und Zwangs-Belüftung. Die 10 Kilowatt R290 Wärmepumpe kostet 14.000 bis 18.000 Euro gegen 12.000 bis 15.000 Euro für R410A entsprechend Mehrkosten 2.000 bis 3.000 Euro. Die Effizienz-Vorteile mit 8 bis 12 Prozent besserer Jahresarbeitszahl amortisieren Mehrkosten nach 6 bis 10 Jahren bei 20.000 Kilowattstunden Heizwärmebedarf.
Eignung im Altbau
Heizlast-Grenzwerte für Monovalenz
Die monovalente Wärmepumpe im Altbau fordert Heizlast unter 70 bis 80 Watt pro Quadratmeter Wohnfläche entsprechend maximal 10,5 bis 12,0 Kilowatt für 150 Quadratmeter Einfamilienhaus. Die Heizlast-Berechnung nach DIN EN 12831 addiert Transmissions-Wärmeverluste durch Außenwände, Dach, Fenster und Kellerdecke plus Lüftungs-Wärmeverluste durch Luftwechsel. Die unsanierten Altbauten erreichen 120 bis 180 Watt pro Quadratmeter mit 18 bis 27 Kilowatt Heizlast für 150 Quadratmeter disqualifizieren für monovalente Auslegung.
Die energetische Sanierung reduziert Heizlast durch verbesserte Gebäudehülle. Die Fassaden-Dämmung mit 14 bis 18 Zentimeter Polystyrol oder Mineralwolle senkt U-Wert von 1,2 bis 1,8 Watt pro Quadratmeter Kelvin auf 0,18 bis 0,24 Watt pro Quadratmeter Kelvin entsprechend Transmissions-Reduktion um 85 bis 87 Prozent. Die Dach-Dämmung mit 24 bis 30 Zentimeter zwischen Sparren plus 6 bis 8 Zentimeter Untersparren-Dämmung erreicht U-Wert 0,14 bis 0,18 Watt pro Quadratmeter Kelvin. Die Fenster-Erneuerung mit Dreifach-Verglasung senkt U-Wert von 2,8 bis 3,2 auf 0,8 bis 1,0 Watt pro Quadratmeter Kelvin.
Die Gesamt-Heizlast nach Sanierung sinkt auf 50 bis 75 Watt pro Quadratmeter entsprechend 7,5 bis 11,3 Kilowatt für 150 Quadratmeter Wohnfläche. Die monovalente Wärmepumpe mit 9 bis 12 Kilowatt Nenn-Leistung deckt Heizlast vollständig. Die Investitionskosten der energetischen Sanierung summieren 35.000 bis 65.000 Euro für Fassade 180 Euro pro Quadratmeter, Dach 120 Euro pro Quadratmeter und Fenster 650 Euro pro Quadratmeter. Die KfW-Förderung für Effizienzhaus 85 oder 70 erreicht 15 bis 25 Prozent der Sanierungskosten als Tilgungs-Zuschuss zusätzlich zur Wärmepumpen-Förderung.
Die Alternative verzichtet auf Vollsanierung mit partiellen Maßnahmen. Die Kellerdecken-Dämmung kostet 35 bis 50 Euro pro Quadratmeter mit Transmissions-Reduktion 40 bis 60 Prozent für diese Fläche. Die oberste Geschossdecke zum kalten Dachboden erreicht 25 bis 40 Euro pro Quadratmeter mit U-Wert-Verbesserung von 0,8 auf 0,18 Watt pro Quadratmeter Kelvin. Die selektive Heizkörper-Vergrößerung in kritischen Räumen addiert 300 bis 600 Euro pro Heizkörper für Typ 33 statt Typ 22 mit 35 bis 50 Prozent Mehrleistung bei gleicher Vorlauftemperatur. Die Gesamt-Investition erreicht 8.000 bis 15.000 Euro für partielle Sanierung mit Heizlast-Reduktion auf 80 bis 95 Watt pro Quadratmeter ausreichend für monoenergetischen Betrieb mit Heizstab-Unterstützung.
Vorlauftemperatur-Anforderungen
Die Vorlauftemperatur definiert kritischen Parameter für Wärmepumpen-Effizienz mit Leistungszahl-Reduktion um 2,5 Prozent pro Kelvin Temperatur-Erhöhung. Die Fußbodenheizung arbeitet mit 30 bis 40 Grad Celsius Vorlauf bei Auslegung mit Leistungszahl 4,5 bis 5,2 bei Außentemperatur minus 7 Grad Celsius. Die Heizkörper fordern 45 bis 55 Grad Celsius bei modernen Niedertemperatur-Varianten oder 55 bis 70 Grad Celsius bei klassischen Radiatoren mit Leistungszahl 3,2 bis 3,8 bei 50 Grad Celsius oder 2,5 bis 3,0 bei 65 Grad Celsius Vorlauf.
Die Heizkörper-Auslegung berechnet erforderliche Übertragungsleistung nach Norm-Heizlast des Raumes mit Sicherheits-Zuschlag 10 bis 15 Prozent. Der 20 Quadratmeter Wohnraum mit 60 Watt pro Quadratmeter Heizlast benötigt 1.200 Watt plus 120 bis 180 Watt Reserve entsprechend 1.320 bis 1.380 Watt Heizkörper-Leistung. Die Leistungs-Tabellen der Hersteller geben Normleistung bei 75 Grad Celsius Vorlauf, 20 Grad Celsius Raumtemperatur und 65 Grad Celsius Rücklauf entsprechend mittlerer Übertemperatur 50 Kelvin.
Die Umrechnung auf niedrigere Vorlauftemperaturen nutzt Exponenten 1,3 für Heizkörper-Leistung proportional zu mittlerer Übertemperatur hoch 1,3. Die Absenkung von 75 auf 50 Grad Celsius Vorlauf bei 20 Grad Celsius Raum und 40 Grad Celsius Rücklauf reduziert mittlere Übertemperatur von 50 auf 25 Kelvin. Die Heizkörper-Leistung sinkt auf Faktor 0,25 hoch 1,3 gleich 0,43 entsprechend 43 Prozent der Normleistung. Der 1.500 Watt Heizkörper bei Norm-Bedingungen liefert nur 645 Watt bei 50 Grad Celsius Vorlauf unzureichend für 1.320 Watt Raum-Heizlast.
Die Heizkörper-Vergrößerung verdoppelt oder verdreifacht Übertragungsfläche durch Typ-Wechsel. Der Typ 22 mit zwei Platten und zwei Konvektions-Blechen wird ersetzt durch Typ 33 mit drei Platten und drei Konvektions-Blechen bei gleicher Baulänge und Bauhöhe. Die Leistungs-Steigerung erreicht 40 bis 55 Prozent bei gleicher Vorlauftemperatur. Der kritische 1.500 Watt Typ 22 Heizkörper wird ersetzt durch 2.100 bis 2.300 Watt Typ 33 mit 903 bis 989 Watt Leistung bei 50 Grad Celsius Vorlauf ausreichend für 645 Watt Mindest-Bedarf mit Reserve 40 bis 53 Prozent.
Praxis-Beispiel sanierter Altbau
Das Referenz-Objekt umfasst Einfamilienhaus Baujahr 1972 mit 180 Quadratmeter Wohnfläche und ursprünglicher Heizlast 22 Kilowatt bei minus 15 Grad Celsius Auslegungstemperatur entsprechend 122 Watt pro Quadratmeter. Die energetische Sanierung 2021 installierte 16 Zentimeter Fassaden-Dämmung, 28 Zentimeter Dach-Dämmung zwischen Sparren und dreifach-verglaste Fenster mit U-Wert 0,9 Watt pro Quadratmeter Kelvin. Die Heizlast nach Sanierung sank auf 11,5 Kilowatt entsprechend 64 Watt pro Quadratmeter mit Energiebedarf-Reduktion von 185 auf 95 Kilowattstunden pro Quadratmeter Jahr.
Die monovalente Luft-Wasser-Wärmepumpe Wolf CHA-12 mit R290 Kältemittel und 12 Kilowatt Nenn-Leistung bei plus 7 Grad Celsius Außentemperatur deckt Heizlast vollständig. Die Leistungs-Kurve erreicht 8,5 Kilowatt bei minus 7 Grad Celsius und 6,8 Kilowatt bei minus 15 Grad Celsius mit kurzzeitigem Heizstab-Einsatz 1,5 Kilowatt für extreme Frost-Perioden unter minus 12 Grad Celsius weniger als 80 Stunden jährlich. Die Vorlauftemperatur beträgt 48 Grad Celsius bei minus 7 Grad Celsius Außentemperatur mit Heizkurve Steilheit 0,8 für Heizkörper-System nach selektiver Vergrößerung in 6 von 11 Räumen.
Die Jahresarbeitszahl erreicht 4,1 im ersten Betriebsjahr mit Strom-Verbrauch 4.150 Kilowattstunden für 17.000 Kilowattstunden Heizwärme plus 800 Kilowattstunden Strom für 2.400 Kilowattstunden Warmwasser entsprechend 4.950 Kilowattstunden Gesamt-Stromverbrauch. Die Betriebskosten summieren 1.485 Euro bei 30 Cent pro Kilowattstunde gegen vorherige Gas-Heizung mit 2.600 Euro jährlich bei 12 Cent pro Kilowattstunde und 21.667 Kilowattstunden Gas-Verbrauch entsprechend Ersparnis 1.115 Euro jährlich.
Die Investitionskosten erreichten 32.500 Euro für Wärmepumpe 16.800 Euro, Installation und Hydraulik 8.200 Euro, Pufferspeicher 300 Liter 2.800 Euro, Heizkörper-Vergrößerung 6 Stück 2.400 Euro und hydraulischer Abgleich 2.300 Euro. Die KfW-Förderung mit 35 Prozent entsprechend 11.375 Euro reduzierte Eigenanteil auf 21.125 Euro. Die Amortisation gegen Gas-Heizung erfolgt nach 19 Jahren bei konstanten Energie-Preisen oder 12 bis 15 Jahren bei Gas-Preis-Steigerung 3 bis 5 Prozent jährlich über Inflations-Rate.
Kosten und Wirtschaftlichkeit
Investitionskosten nach Wärmequelle
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe monovalent dimensioniert mit 12 bis 16 Kilowatt Nenn-Leistung für 10 Kilowatt Heizlast kostet 14.000 bis 22.000 Euro für Gerät abhängig von Hersteller und Kältemittel. Die R290 Premium-Geräte mit 75 Grad Celsius Vorlauftemperatur erreichen 17.000 bis 22.000 Euro gegen R410A Standard mit 55 Grad Celsius maximal 12.000 bis 16.000 Euro. Die Installation addiert 6.000 bis 10.000 Euro für Fundament-Platte, Kältemittel-Leitungen bei Split-Geräten oder hydraulische Anbindung bei Monoblock, Elektro-Anschluss Starkstrom 400 Volt und Inbetriebnahme mit hydraulischem Abgleich.
Der Pufferspeicher als Pflicht-Komponente für monovalente Luft-Wärmepumpen dimensioniert mit 30 bis 50 Liter pro Kilowatt Heizleistung entsprechend 360 bis 800 Liter für 12 Kilowatt Anlage. Die Speicher-Kosten erreichen 800 bis 1.200 Euro für 300 Liter Standard, 1.400 bis 2.200 Euro für 500 Liter oder 2.000 bis 3.200 Euro für 800 Liter Kombi-Speicher mit Trinkwasser-Bereitung. Die Gesamt-Investition summiert 20.800 bis 35.400 Euro für monovalente Luft-Wasser-Anlage komplett installiert.
Die Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdwärmesonden addiert Bohrkosten zu Geräte-Preis. Die Wärmepumpe selbst kostet 14.000 bis 20.000 Euro für 10 bis 12 Kilowatt Heizleistung mit Sole-Umwälzpumpe und Glykol-Füllung. Die Erdbohrung erreicht 60 bis 90 Euro pro Meter inklusive Sonden-Material, Verfüllung und Dichtigkeits-Prüfung entsprechend 9.600 bis 18.000 Euro für 160 bis 200 Meter Gesamt-Bohrtiefe. Die behördlichen Genehmigungen addieren 800 bis 1.800 Euro für geologisches Gutachten und Wasserbehörden-Antrag. Die Installation umfasst 5.000 bis 8.000 Euro für hydraulische Einbindung und Inbetriebnahme. Die Gesamt-Investition erreicht 29.400 bis 47.800 Euro für Sole-Wasser-Anlage monovalent.
Die Wasser-Wasser-Wärmepumpe mit Brunnen-Bohrung kostet 12.000 bis 18.000 Euro Gerät plus 8.000 bis 16.000 Euro für zwei Brunnen Förder- und Schluckbrunnen je 15 bis 25 Meter Tiefe. Die Brunnen-Genehmigung erfordert hydrogeologisches Gutachten für 1.500 bis 3.000 Euro mit Wasserbehörden-Verfahren 6 bis 12 Monate Vorlauf. Die Installation erreicht 6.000 bis 9.000 Euro inklusive Brunnen-Pumpe und Wärmetauscher. Die Gesamt-Investition summiert 27.500 bis 46.000 Euro mit höchster Effizienz aber geologischen Restriktionen in Wasserschutz-Gebieten oder bei unzureichender Grundwasser-Ergiebigkeit.
Betriebskosten und Amortisation
Die Betriebskosten berechnen Heizwärmebedarf dividiert durch Jahresarbeitszahl multipliziert mit Strompreis für Wärmepumpen-Verbrauch plus Heizstab-Anteil bei monoenergetischem Betrieb. Das Referenz-Einfamilienhaus mit 20.000 Kilowattstunden Heizwärmebedarf und 3.000 Kilowattstunden Warmwasser entsprechend 23.000 Kilowattstunden Gesamt-Wärmebedarf erreicht bei monovalenter Sole-Wasser-Wärmepumpe mit JAZ 4,8 einen Stromverbrauch von 4.792 Kilowattstunden entsprechend 1.438 Euro jährlich bei 30 Cent pro Kilowattstunde.
Die monoenergetische Luft-Wasser-Wärmepumpe mit JAZ 4,0 und 3 Prozent Heizstab-Anteil verbraucht 5.590 Kilowattstunden Wärmepumpen-Strom plus 690 Kilowattstunden Heizstab entsprechend 6.280 Kilowattstunden Gesamt-Strom oder 1.884 Euro jährlich. Die monovalente Luft-Wasser-Variante überdimensioniert mit JAZ 3,6 durch Taktungs-Verluste erreicht 6.389 Kilowattstunden Stromverbrauch entsprechend 1.917 Euro jährlich. Die Differenz von 33 Euro jährlich zwischen monoenergetisch und monovalent rechtfertigt nicht die 3.000 bis 5.000 Euro Mehrkosten der größeren Maschine.
Der Vergleich zur Gas-Brennwertheizung mit 90 Prozent Jahres-Nutzungsgrad benötigt 25.556 Kilowattstunden Gas für 23.000 Kilowattstunden Wärme entsprechend 2.811 Euro bei 11 Cent pro Kilowattstunde Gas-Preis oder 3.833 Euro bei 15 Cent pro Kilowattstunde. Die Ersparnis der Sole-Wärmepumpe erreicht 1.373 bis 2.395 Euro jährlich mit Amortisation der Mehrkosten von 12.000 Euro gegen Gas-Heizung nach 5 bis 9 Jahren. Die Luft-Wärmepumpe spart 927 bis 1.949 Euro jährlich mit Amortisation nach 5 bis 11 Jahren bei 8.000 Euro Mehrkosten gegen Gas-Heizung.
Die Wartungskosten der Wärmepumpe summieren 180 bis 280 Euro jährlich für Inspektion, Filter-Wechsel und Kältekreis-Prüfung gegen 200 bis 350 Euro für Gas-Heizung inklusive Schornsteinfeger. Die Sole-Wärmepumpe addiert 50 bis 80 Euro für Glykol-Kontrolle alle 2 bis 3 Jahre. Die Lebensdauer erreicht 18 bis 25 Jahre für Wärmepumpe gegen 15 bis 20 Jahre für Gas-Kessel mit Verdichter-Austausch nach 12 bis 18 Jahren für 3.500 bis 5.500 Euro als größte Reparatur-Position.
KfW-Förderung und Zuschüsse
Die KfW-Förderung Programm 458 gewährt Zuschüsse für Wärmepumpen als Einzelmaßnahme mit Grund-Förderung 30 Prozent für alle Antragsteller unabhängig von Einkommen. Der Geschwindigkeits-Bonus addiert 20 Prozent bei Ersatz fossiler Heizung funktionsfähig bis Ende 2028 mit Degression auf 17 Prozent ab 2029 und 14 Prozent ab 2031. Der Effizienz-Bonus gewährt 5 Prozent für natürliches Kältemittel R290 oder R744 oder für Wasser-Wasser und Sole-Wasser-Wärmepumpen als besonders effiziente Quellen.
Die maximale Förderquote erreicht 70 Prozent theoretisch aus 30 Prozent Basis plus 20 Prozent Geschwindigkeit plus 30 Prozent Einkommens-Bonus für Haushalte unter 40.000 Euro zu versteuerndes Einkommen plus 5 Prozent Effizienz mit Deckelung auf 70 Prozent maximal. Die Einkommens-Bonus-Berechtigung prüft Durchschnitt des zu versteuernden Einkommens der vorletzten und drittletzten Kalenderjahre vor Antragstellung. Die förderfähigen Kosten begrenzen auf 30.000 Euro pro Wohneinheit entsprechend maximal 21.000 Euro Zuschuss bei 70 Prozent Förderquote.
Die praktische Förderung für monovalente Wärmepumpe ohne Einkommens-Bonus erreicht 55 Prozent aus 30 Prozent Basis plus 20 Prozent Geschwindigkeit plus 5 Prozent Effizienz bei R290 Luft-Wasser oder beliebiger Sole-Wasser. Die 32.000 Euro Gesamt-Investition werden begrenzt auf 30.000 Euro förderfähig entsprechend 16.500 Euro Zuschuss bei 55 Prozent mit Eigenanteil 15.500 Euro. Die monoenergetische Variante mit Standard-R410A ohne Effizienz-Bonus erreicht 50 Prozent Förderquote entsprechend 15.000 Euro Zuschuss bei 30.000 Euro Kosten und Eigenanteil 15.000 Euro.
Die Antragstellung erfolgt vor Vertrags-Abschluss mit Energie-Effizienz-Experten als verpflichtende Bestätigung für Antrag. Die Experten-Kosten erreichen 800 bis 1.500 Euro sind aber voll förderfähig innerhalb der 30.000 Euro Grenze. Die Auszahlung erfolgt nach Verwendungs-Nachweis mit Rechnungen und Zahlungs-Belegen typisch 8 bis 16 Wochen nach Einreichung. Die Fristen fordern Antrags-Einreichung innerhalb 6 Monaten nach Bestätigungs-ID-Ausstellung und Verwendungs-Nachweis innerhalb 36 Monate nach Zuwendungs-Bescheid.
Netz-Regulierung nach Paragraph 14a EnWG
Dimm-Regelung und Monovalenz-Vorteil
Die Neuregelung des Paragraph 14a Energiewirtschaftsgesetz ab 01. Januar 2024 gewährt Netzbetreibern Recht zur Leistungs-Reduktion steuerbarer Verbrauchseinrichtungen bei drohender Netz-Überlastung. Die Dimm-Grenze definiert minimale Leistungs-Aufnahme von 4,2 Kilowatt elektrisch für Wärmepumpen mit Nenn-Leistung über 4,2 Kilowatt. Die zeitliche Begrenzung erlaubt maximale Dimm-Dauer 2 Stunden mit maximaler Häufigkeit 3 Mal täglich entsprechend 6 Stunden Gesamt-Dimmung pro Tag maximal.
Die monovalente Wärmepumpe profitiert von niedrigerer elektrischer Leistungs-Aufnahme durch Verzicht auf Heizstab. Die 10 Kilowatt thermische Heizleistung bei Leistungszahl 2,5 am kalten Winter-Tag benötigt 4,0 Kilowatt elektrische Leistung unterhalb der Dimm-Grenze 4,2 Kilowatt. Die Wärmepumpe darf ungekürzt weiterlaufen während monoenergetisches System mit 8 Kilowatt Wärmepumpe plus 6 Kilowatt Heizstab entsprechend 3,2 plus 6,0 gleich 9,2 Kilowatt elektrisch auf 4,2 Kilowatt gedimmt wird mit Heizstab-Abschaltung zwingend.
Die praktische Auswirkung bleibt begrenzt durch Seltenheit der Dimm-Events. Die Bundesnetzagentur prognostiziert 10 bis 30 Dimm-Stunden jährlich in kritischen Netz-Gebieten mit Häufung in Winter-Spitzenlast-Zeiten 17 bis 20 Uhr. Die Pufferspeicher-Dimensionierung mit 30 bis 50 Liter pro Kilowatt Heizleistung entsprechend 300 bis 500 Liter für 10 Kilowatt Anlage überbrückt 2 Stunden Dimm-Phase mit Temperatur-Absenkung 8 bis 15 Kelvin im Puffer bei Worst-Case-Heizlast ohne Komfort-Verlust in Wohn-Räumen.
Die Entschädigung des Netzbetreibers erreicht pauschale Netzentgelt-Reduktion 110 bis 190 Euro jährlich abhängig von gewähltem Modul. Das Modul 1 garantiert keine Dimm-Eingriffe außerhalb Spitzenlast-Fenster mit geringer Kompensation 110 Euro. Das Modul 2 erlaubt jederzeit Dimmung gegen höhere Kompensation 160 bis 190 Euro jährlich. Die Wahl erfolgt bei Anmeldung der Wärmepumpe beim Netzbetreiber binnen 3 Monate nach Inbetriebnahme mit Vertrags-Bindung 2 Jahre.
Smart Grid Ready Integration
Die SG Ready Schnittstelle ermöglicht intelligente Steuerung der Wärmepumpe durch externe Signale von Energie-Management-System, Photovoltaik-Wechselrichter oder Netzbetreiber. Die vier Betriebs-Modi definieren über zwei digitale Eingänge Schaltungs-Kombinationen. Der Sperr-Modus bei Kontakt 1 aktiv und Kontakt 2 inaktiv schaltet Wärmepumpe komplett ab für harte Netz-Abschaltung maximal 2 Stunden. Der Normal-Modus bei beiden Kontakten inaktiv betreibt Wärmepumpe nach eingestellter Heizkurve und Zeitprogramm optimal effizient.
Der Empfehlungs-Modus bei Kontakt 1 inaktiv und Kontakt 2 aktiv signalisiert PV-Überschuss oder günstigen Netz-Strom mit Anhebung der Soll-Temperatur um 3 bis 5 Kelvin für thermische Energie-Speicherung. Die monovalente Wärmepumpe nutzt Pufferspeicher-Kapazität zur Überladung von 45 auf 50 Grad Celsius entsprechend 6,3 Kilowattstunden thermischer Speicherung in 300 Liter Puffer. Die PV-Anlage mit 3 Kilowatt Überschuss-Leistung für 2,5 Stunden liefert 7,5 Kilowattstunden elektrisch mit Wärmepumpe Leistungszahl 4,0 ergibt 30 Kilowattstunden thermisch ausreichend für Puffer-Überladung plus Warmwasser-Bereitung.
Der Zwangs-Modus bei beiden Kontakten aktiv aktiviert maximale Leistung inklusive Heizstab für Peak-Shaving oder Netz-Stabilisierung durch Last-Verschiebung. Die monovalente Auslegung verzichtet auf Heizstab mit Zwangs-Modus identisch zu Empfehlungs-Modus nur mit höherer Temperatur-Anhebung auf 55 bis 60 Grad Celsius Puffer maximal. Die Implementierung erfolgt durch SG Ready Label-zertifizierte Wärmepumpen ab Werk oder Nachrüstung durch externes Energie-Management-System mit Relais-Ausgängen für 200 bis 400 Euro.
Die wirtschaftliche Optimierung durch SG Ready kombiniert mit dynamischem Strom-Tarif nutzt Preis-Signale für Lade-Zeitpunkte. Die Tibber oder aWATTar dynamische Tarife variieren Strompreis stündlich von 8 bis 45 Cent pro Kilowattstunde mit Durchschnitt 28 bis 32 Cent. Die Energie-Management-Steuerung verschiebt Warmwasser-Bereitung und Puffer-Aufladung in günstige Stunden 2 bis 6 Uhr nachts mit typisch 12 bis 18 Cent pro Kilowattstunde. Die Ersparnis erreicht 150 bis 280 Euro jährlich bei 5.000 Kilowattstunden Wärmepumpen-Verbrauch mit Amortisation der Management-System-Kosten nach 1 bis 3 Jahren.
Strategische Handlungs-Empfehlung
Die monovalente Wärmepumpe bildet ideale Lösung für Sole-Wasser und Wasser-Wasser-Systeme mit stabilen Wärmequellen und konstanten Leistungszahlen über gesamte Heizperiode. Die Investitions-Mehrkosten von 20 bis 30 Prozent längerer Bohrungen amortisieren durch höchste Effizienz mit Jahresarbeitszahlen 4,5 bis 5,5 und minimale Betriebskosten über 20 Jahre Lebensdauer. Die geologischen Voraussetzungen und behördliche Genehmigungen limitieren Verfügbarkeit auf 30 bis 40 Prozent der Gebäude-Standorte in Deutschland.
Die Luft-Wasser-Wärmepumpe monovalent bleibt technisch möglich mit R290 Hochtemperatur-Geräten aber wirtschaftlich meist suboptimal durch Überdimensionierung und Taktungs-Problematik in Teillast. Die monoenergetische Alternative mit Bivalenzpunkt minus 7 Grad Celsius und seltenem Heizstab-Einsatz für 2 bis 5 Prozent Jahres-Heizarbeit kombiniert optimale Effizienz in Übergangszeit mit Sicherheits-Reserve für Extremtemperaturen. Die Gesamt-Betriebskosten unterscheiden sich marginal mit 30 bis 80 Euro jährlich zu Gunsten monoenergetisch bei 3.000 bis 5.000 Euro niedrigeren Anschaffungskosten.
Die Altbau-Sanierung priorisiert Gebäudehülle vor Wärmepumpen-Dimensionierung mit Ziel-Heizlast unter 70 Watt pro Quadratmeter für wirtschaftliche monovalente oder monoenergetische Auslegung. Die Teil-Sanierung mit Kellerdecke, oberster Geschossdecke und selektiver Heizkörper-Vergrößerung erreicht 40 bis 60 Prozent Heizlast-Reduktion bei 20 bis 30 Prozent der Vollsanierungs-Kosten als praktischer Kompromiss. Die R290 Wärmepumpen mit 70 bis 75 Grad Celsius Vorlauftemperatur erschließen weitere Bestands-Gebäude für Wärmepumpen-Technologie mit KfW-Effizienz-Bonus 5 Prozent für natürliches Kältemittel.
Die Netz-Integration nach Paragraph 14a EnWG favorisiert monovalente Auslegung durch niedrige elektrische Leistungs-Aufnahme unterhalb Dimm-Schwelle 4,2 Kilowatt bei typischen 8 bis 12 Kilowatt Wärmepumpen mit Leistungszahlen 2,5 bis 3,5 an kalten Tagen. Die SG Ready Schnittstelle mit dynamischen Strom-Tarifen und PV-Überschuss-Nutzung addiert 150 bis 400 Euro jährliche Einsparungen bei 200 bis 400 Euro Implementierungs-Kosten. Die Pufferspeicher-Dimensionierung 40 bis 50 Liter pro Kilowatt Heizleistung sichert Komfort bei Dimm-Phasen und Abtau-Zyklen ohne Raum-Temperatur-Einbußen.
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