Grundlagen: So funktioniert die Wärmepumpe mit Heizkörpern

Das Funktionsprinzip der Wärmepumpe

Eine Wärmepumpe nutzt Umweltwärme aus Luft, Erdreich oder Grundwasser und macht diese über einen Kältemittelkreislauf zum Heizen nutzbar. Dabei wird die natürliche Wärmeenergie auf ein höheres Temperaturniveau gebracht, sodass sie zur Raumheizung und Warmwasserbereitung verwendet werden kann.

Im Gegensatz zu konventionellen Heizsystemen verbrennt die Wärmepumpe keine fossilen Brennstoffe. Sie benötigt lediglich Strom, um die Umweltwärme zu erschließen. Etwa 75 % der Heizenergie stammen aus erneuerbaren Quellen, nur rund 25 % werden durch Strom gedeckt. Damit ist sie eine besonders klimafreundliche und effiziente Heizlösung.

Je nach System und Bedingungen kann aus 1 kWh Strom bis zu 5 kWh Heizwärme gewonnen werden. Der tatsächliche Wert hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem von der Vorlauftemperatur.

Bedeutung der Vorlauftemperatur

Die Vorlauftemperatur beschreibt die Temperatur des Heizwassers, das in die Heizkreise eingespeist wird. Sie ist ein wesentlicher Faktor für die Effizienz einer Wärmepumpe. Am effizientesten arbeiten Wärmepumpen bei niedrigen Vorlauftemperaturen zwischen 35 °C und 45 °C. Deshalb eignen sie sich besonders gut in Verbindung mit Flächenheizungen wie Fußboden- oder Wandheizungen.

Konventionelle Heizsysteme wie Öl- oder Gasheizungen arbeiten mit deutlich höheren Vorlauftemperaturen von 60 °C bis 80 °C. Zwar können moderne Wärmepumpen auch höhere Temperaturen bis 70 °C erreichen, jedoch nimmt die Effizienz mit steigender Temperatur ab

Effizienzkennzahlen: COP und JAZ

Die Effizienz einer Wärmepumpe wird durch zwei Kennzahlen beschrieben:

• Der COP (Coefficient of Performance) gibt das Verhältnis von erzeugter Wärme zur eingesetzten elektrischen Energie in einem bestimmten Moment an. Ein COP von 4 bedeutet, dass aus 1 kWh Strom 4 kWh Wärme entstehen.
• Die JAZ (Jahresarbeitszahl) beschreibt die durchschnittliche Effizienz über ein gesamtes Jahr unter realen Bedingungen. Eine JAZ von 4 bedeutet ebenfalls, dass im Jahresdurchschnitt aus 1 kWh Strom 4 kWh Heizwärme erzeugt wurden.

Während der COP nur Momentaufnahmen zeigt, bietet die JAZ eine realistische Einschätzung der Energieeffizienz über die gesamte Heizperiode hinweg.

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Heizkörpertypen und ihre Eignung für Wärmepumpen

Nicht alle Heizkörpertypen sind gleichermaßen für den Betrieb mit einer Wärmepumpe geeignet. Die Eignung hängt maßgeblich von der Art der Wärmeabgabe, der Heizfläche und der benötigten Vorlauftemperatur ab.

Verschiedene Heizkörpertypen im Überblick

Gliederheizkörper (Radiatoren)

Gliederheizkörper sind der älteste Heizkörpertyp und häufig in Altbauten anzutreffen. Sie bestehen aus einzelnen aneinandergereihten Gliedern, die vom Heizwasser durchströmt werden. Ihre Haupteinschränkung für den Betrieb mit Wärmepumpen ist die überwiegend konvektive Wärmeabgabe, die höhere Vorlauftemperaturen erfordert. Dennoch können sie bei ausreichender Dimensionierung (große Heizfläche) und in gut gedämmten Gebäuden mit einer Wärmepumpe betrieben werden.

Röhrenheizkörper

Röhrenheizkörper sind eine Weiterentwicklung der Gliederheizkörper und werden häufig in Badezimmern als Handtuchtrockner eingesetzt. Ähnlich wie Gliederheizkörper geben sie Wärme primär durch Konvektion ab, was ihre Eignung für Wärmepumpen einschränkt.

Plattenheizkörper

Plattenheizkörper sind heute die am weitesten verbreitete Variante. Sie verfügen über eine große Heizfläche und geben die Wärme zu einem höheren Anteil (50-70%) durch Strahlung ab. Dies macht sie generell besser für den Betrieb mit Wärmepumpen geeignet als Glieder- oder Röhrenheizkörper. Besonders großflächige Modelle können auch bei niedrigeren Vorlauftemperaturen ausreichend Wärme abgeben.

Niedertemperatur-Heizkörper (Wärmepumpenheizkörper)

Speziell für den Einsatz mit Wärmepumpen entwickelte Niedertemperatur-Heizkörper sind die optimale Lösung für Bestandsgebäude, in denen keine Flächenheizung installiert werden kann. Sie verfügen über besonders große Heizflächen, integrierte Wärmeübertrager aus Materialien wie Kupfer und Aluminium sowie teilweise über Ventilatoren, die die Wärmeabgabe zusätzlich verbessern. Dadurch können sie selbst bei niedrigen Vorlauftemperaturen von 30-50°C effizient arbeiten.

Flächenheizungen

Fußboden-, Wand- und Deckenheizungen sind die idealen Wärmeüberträger für Wärmepumpen, da sie aufgrund ihrer sehr großen Heizfläche auch bei niedrigen Vorlauftemperaturen ausreichend Wärme abgeben können. Im Bestandsbau ist ihre nachträgliche Installation jedoch oft aufwendig und kostspielig.

Konvektion vs. Strahlungswärme

Ein wichtiger Aspekt für die Effizienz der Heizung mit Wärmepumpe ist das Verhältnis zwischen Konvektion und Strahlungswärme:

Konvektion: Bei diesem Wärmeübertragungsprinzip wird die Luft am Heizkörper erwärmt, steigt nach oben, kühlt ab und sinkt wieder zum Boden. Dies führt zu einer Luftzirkulation und einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung im Raum.

Strahlungswärme: Bei der Wärmeübertragung durch Strahlung werden elektromagnetische Wellen ausgesendet, die nicht die Luft, sondern direkt Gegenstände und Personen erwärmen – ähnlich wie Sonnenstrahlen. Dies führt zu einem angenehmeren Raumklima und benötigt geringere Vorlauftemperaturen.

Faustregel: Je höher der Anteil an Strahlungswärme eines Heizkörpers, desto besser ist er für den Betrieb mit einer Wärmepumpe geeignet.

Wärmepumpe im Bestandsgebäude: Herausforderungen und Lösungen

Ist mein Haus für eine Wärmepumpe geeignet?

Entgegen vieler Vorurteile sind bereits heute etwa sechs Millionen Bestandsgebäude in Deutschland ohne weitere Sanierungsmaßnahmen für den effizienten Betrieb mit einer Wärmepumpe geeignet. Dies bestätigt auch eine Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE, die 56 Bestandsgebäude mit Wärmepumpen untersuchte und deren Effizienz und Zuverlässigkeit attestierte.

Praxistest: Vorlauftemperatur überprüfen

Ein einfacher Test kann Aufschluss darüber geben, ob die vorhandenen Heizkörper für den Betrieb mit einer Wärmepumpe geeignet sind:

1. Drehen Sie die Ventile an den Heizkörpern voll auf
2. Reduzieren Sie schrittweise die Vorlauftemperatur an Ihrem bestehenden Heizgerät
3. Prüfen Sie, bei welcher Vorlauftemperatur die Räume noch angenehm warm werden
4. Ist eine komfortable Raumtemperatur auch bei Vorlauftemperaturen unter 55°C möglich, sind die Voraussetzungen für eine Wärmepumpe günstig

Heizlastberechnung: Basis für die richtige Dimensionierung

Vor der Installation einer Wärmepumpe in einem Bestandsgebäude sollte unbedingt eine Heizlastberechnung durch einen Fachbetrieb erfolgen. Sie zeigt, wie viel Heizleistung tatsächlich erforderlich ist, um das Gebäude zuverlässig zu beheizen, und ob die vorhandenen Heizkörper dafür geeignet sind.

In vielen älteren Gebäuden zeigt sich, dass die Heizkörper ursprünglich überdimensioniert wurden. Dadurch können sie oft auch bei niedrigeren Vorlauftemperaturen – wie sie für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe ideal sind – noch genügend Wärme abgeben.