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Bemessung von Wärmepumpen-anlagen

May 4, 2020

Zusammenfassung

Die richtige Dimensionierung einer Wärmepumpe ist für eine effiziente, zuverlässige und CO₂-arme Heizung unerlässlich. Eine zu groß dimensionierte Wärmepumpe kann häufig ein- und ausschalten, was den Verschleiß, das Lärmarisiko und den Stromverbrauch erhöht, während eine zu klein dimensionierte Wärmepumpe in kälteren Perioden möglicherweise zu stark auf elektrische Zusatzheizung angewiesen ist.

Um eine Wärmepumpenanlage richtig zu dimensionieren, müssen Planer die auslegungsmäßige Heizlast des Gebäudes berechnen, die Wärmeverteilungstemperaturen, den Warmwasserbedarf und die klimatischen Bedingungen berücksichtigen sowie zuverlässige, unabhängig geprüfte Produktleistungsdaten heranziehen. Da Europa die Dekarbonisierung von Gebäuden vorantreibt, die Anforderungen an die Energieeffizienz verschärft und im Rahmen der überarbeiteten F-Gas-Verordnung auf Kältemittel mit niedrigerem GWP umstellt, gewinnt die genaue Dimensionierung von Wärmepumpensystemen noch mehr an Bedeutung.

Warum ist die Dimensionierung von Wärmepumpen so wichtig?

Die wirtschaftlichen und ökologischen Vorteile der Wärmeerzeugung mit Wärmepumpen im Vergleich zu Systemen mit fossilen Brennstoffen kommen nur dann voll zum Tragen, wenn die Anlagen sorgfältig geplant, korrekt dimensioniert und installiert sowie anschließend ordnungsgemäß betrieben werden. Insbesondere die Dimensionierung von Wärmepumpensystemen stellt eine zentrale planerische Herausforderung dar. Fehler können größere Auswirkungen haben als bei herkömmlichen Öl- oder Gasheizkesseln, da der Wirkungsgrad von Wärmepumpen eng mit Betriebstemperaturen, Laufzeiten, klimatischen Bedingungen und der Systemauslegung zusammenhängt.

Was sind der Gesamtheizbedarf und die Heizlast?

Ein schlecht ausgelegtes oder falsch abgestimmtes Wärmeverteilungssystem kann den Wirkungsgrad der Wärmepumpe beeinträchtigen und deren Lebensdauer verkürzen. Fehler lassen sich nach der Installation des Systems nur schwer beheben. Für die Auslegung der Wärmepumpenleistung ist es daher wichtig, sowohl den jährlichen Heizbedarf als auch die Auslegungsheizlast des Gebäudes zu ermitteln. Die Berechnungen müssen gemäß den jeweils gültigen Normen und nationalen Methoden des jeweiligen Landes durchgeführt werden.

Heizbedarf und Heizlast sind nicht dasselbe. Der Heizbedarf bezieht sich auf die über einen bestimmten Zeitraum benötigte Energiemenge, die typischerweise in kWh pro Jahr angegeben wird. Die Heizlast bezieht sich auf die Heizleistung, die das Heizsystem unter Auslegungsaußenbedingungen erbringen muss, typischerweise in kW angegeben. Für die Dimensionierung der Wärmepumpe ist die Auslegungsheizlast der entscheidende Parameter.

Wie berechnet man den Heizbedarf?

Der spezifische Heizbedarf pro Quadratmeter Wohnfläche hängt von der Bauweise des Gebäudes ab. Die tatsächlichen Werte hängen vom Dämmungsgrad, der Luftdichtheit, den Wärmebrücken, der Lüftung, der Gebäudegeometrie, den internen Auslegungstemperaturen und dem lokalen Klima ab.

Hinweis: Die folgenden Werte dienen nur als Richtwerte und sollten eine projektspezifische Heizlastberechnung nicht ersetzen.

Gebäudetyp	Richtwert für den spezifischen Heizbedarf
Passivhaus	0,015 kW/m²
Neubau mit sehr guter Wärmedämmung	0,04 kW/m²
Neubau mit Standard-Wärmedämmung	0,06 kW/m²
Saniertes Altbau oder Neubau mit begrenzter Wärmedämmung	0,08 kW/m²
Altbau ohne Wärmedämmung	0,12 kW/m²

Die Formel zur Berechnung des Heizbedarfs des Gebäudes lautet:

Wohnfläche [m²] × spezifischer Heizbedarf [kW/m²] = indikativer Heizbedarf des Gebäudes [kW]

Diese vereinfachte Berechnung kann für eine erste Schätzung nützlich sein, sollte jedoch nicht als endgültige Grundlage für die Auswahl einer Wärmepumpe herangezogen werden. Eine detaillierte Berechnung für jeden einzelnen Raum gemäß der geltenden nationalen Methode wird empfohlen, insbesondere bei Sanierungsprojekten, Niedertemperatur-Heizkörpern, Hybridsystemen und Gebäuden mit unterschiedlichem Dämmungsgrad.

Wie berechnet man die Heizlast?

Die Heizlast eines Gebäudes wird gemäß der geltenden Norm oder nationalen Methode berechnet und darf nicht mit dem Gesamtheizbedarf verwechselt werden. Die Heizlast gibt die Leistung an, die eine Heizungsanlage bereitstellen muss, um die gewünschte Raumtemperatur bei der jeweiligen Auslegungsaußentemperatur aufrechtzuerhalten.

Jährlicher Heizbedarf = Energie / Verbrauch über die Zeit
Heizlast = erforderliche Heizleistung unter Auslegungsbedingungen

Zur Ermittlung der Heizlast werden die klimatischen Gegebenheiten berücksichtigt und in Form von Standard-Außentemperaturen für die jeweiligen Regionen einbezogen.

Beispielsweise können in vielen Binnen- oder höher gelegenen Regionen Deutschlands die Auslegungsaußentemperaturen deutlich unter Null liegen. In milderen Küstenregionen sind die Auslegungsaußentemperaturen in der Regel weniger streng. Auch die Baumaterialien, U-Werte, Wärmebrücken, Lüftungsverluste, die Luftdichtheit und die Gebäudegeometrie fließen in die Berechnung ein.

Sehr oft wird auf eine Berechnung der Heizlast und des jährlichen Heizbedarfs verzichtet und es werden größere Wärmepumpen gewählt, um eine Sicherheitsmarge einzukalkulieren. Nicht selten ist die Wärmepumpe dann deutlich größer als nötig. Dies wirkt sich negativ auf den Wirkungsgrad, den Komfort und die Lebensdauer des Kompressors aus. Insbesondere in der Übergangszeit, d. h. im Frühjahr und Herbst, kann eine überdimensionierte Wärmepumpe zu häufigem Ein- und Ausschalten führen, wobei kurze Laufzeiten den Verschleiß erhöhen und den Wirkungsgrad der Anlage verringern können. Ist die Leistung zu gering, muss die Zusatzheizung bei kaltem Wetter möglicherweise einen höheren Anteil der Last übernehmen, was den Stromverbrauch und die Betriebskosten erhöht.

Bei der korrekten Auslegung einer Wärmepumpe sollten außerdem folgende Faktoren berücksichtigt werden:

Art der Wärmeabgabekörper und erforderliche Vorlauftemperatur, z. B. Heizkörper, Fußbodenheizung, Gebläsekonvektoren oder luftbasierte Systeme
Vor oder nach der Installation geplante Verbesserungen an der Gebäudehülle
Anforderungen an die Warmwasserbereitung und -speicherung
Bivalenter oder Hybridbetrieb, einschließlich der Temperatur, bei der die Zusatzheizung einsetzt
Die Leistung der Wärmepumpe im Teillastbetrieb und bei unterschiedlichen Außentemperaturen
Schallleistungspegel und standortbedingte Einschränkungen
Kältemitteltyp und künftige gesetzliche Anforderungen, einschließlich des Übergangs zu Kältemitteln mit niedrigerem GWP gemäß der Verordnung (EU) 2024/573.

Wie liefert die Zertifizierung genaue Leistungsdaten?

Selbst wenn der erwartete Jahresbedarf eines Gebäudes und, was noch wichtiger ist, die exakt erforderliche Heizlast von einem Energieberater, Planer oder Installateur ermittelt wurden, können ungenaue Herstellerangaben dennoch ein Problem darstellen. Die Zertifizierung hilft, diese Fehlerquelle auszuschließen, und ermöglicht es Wärmepumpen, den größtmöglichen wirtschaftlichen und ökologischen Nutzen zu erzielen.

Beispielsweise gelten für die Eurovent-zertifizierte Leistung für Wärmepumpen (Eurovent-HP) und Wärmepumpen nach NF 414 derselbe Produktumfang und dieselben zertifizierten Kenngrößen für Wärmepumpen für Wohngebäude und kleinere gewerbliche Anwendungen mit einer Heizleistung von bis zu 100 kW. Zertifizierte Kenngrößen können Heiz- und/oder Kühlleistungen, elektrische Leistungsaufnahme, COP, Nennleistung, SCOP, SCOPnet, saisonale Effizienz, Jahresverbrauch und Schallleistungspegel umfassen.

Eurovent Certification bietet auch weitere Zertifizierungsprogramme für Wärmepumpen an, darunter „Eurovent Certified Performance für Kältemaschinen und Wärmepumpen“ (LCP-HP), „Heat Pump KEYMARK“, „MCS für Wärmepumpen“ und „Hybrid-Wärmepumpen NF 462“. Je nach Produkttyp und Zielmarkt ermöglichen diese Programme den Zugriff auf unabhängig überprüfte, vergleichbare Leistungsdaten für die Spezifikation, Planung, Einhaltung gesetzlicher Vorschriften und Förderprogramme.

Die Labortests werden von unabhängigen Dritten unter streng definierten, identischen Bedingungen unter Anwendung anerkannter europäischer und internationaler Normen durchgeführt. Werksprüfungen, Produktüberwachung und Datenüberprüfung sind so konzipiert, dass sie den Anforderungen an Kompetenz, Unparteilichkeit und Unabhängigkeit entsprechen.

Für Planer, Installateure, Ausschreiber und Endnutzer verringern zertifizierte Daten das Risiko, sich auf unbegründete Herstellerangaben zu verlassen. Sie unterstützen die genaue Dimensionierung, die Energiemodellierung, den Produktvergleich, die Ausschreibungsspezifikation, die Geräuschbewertung und die Erwartungen an die langfristige Leistung. Dies ist besonders wichtig für Projekte, bei denen Wärmepumpen eine zentrale Rolle in Dekarbonisierungsstrategien spielen und bei denen zuverlässige Daten unerlässlich sind, um Systeme mit unzureichender Leistung zu vermeiden.

FAQ

Warum ist die richtige Dimensionierung einer Wärmepumpe wichtig?

Eine korrekte Dimensionierung der Wärmepumpe stellt sicher, dass das System den Heizbedarf des Gebäudes effizient decken kann, ohne unnötig überdimensioniert zu sein. Eine überdimensionierte Wärmepumpe kann häufig ein- und ausschalten, was den Wirkungsgrad verringert und den Verschleiß der Komponenten erhöht. Eine unterdimensionierte Wärmepumpe ist bei kaltem Wetter möglicherweise zu stark auf eine Zusatzheizung angewiesen, was den Stromverbrauch und die Betriebskosten erhöht.

Was ist der Unterschied zwischen Heizbedarf und Heizlast?

Der Heizbedarf ist die Energiemenge, die ein Gebäude über einen bestimmten Zeitraum benötigt, und wird in der Regel in kWh pro Jahr angegeben. Die Heizlast ist die unter den Auslegungsaußenbedingungen erforderliche Heizleistung, die üblicherweise in kW angegeben wird. Die Heizlast ist der entscheidende Wert für die Auswahl und Dimensionierung einer Wärmepumpe.

Kann ich eine Wärmepumpe allein anhand der Grundfläche dimensionieren?

Die Grundfläche kann eine grobe erste Schätzung liefern, reicht jedoch für die endgültige Auswahl einer Wärmepumpe nicht aus. Eine zuverlässige Berechnung sollte den Dämmungsgrad, U-Werte, Luftdichtheit, Wärmebrücken, Lüftungsverluste, die Gebäudegeometrie, den Warmwasserbedarf, Heizkörper sowie die örtlichen Auslegungstemperaturen berücksichtigen.

Warum sollten Sie sich für Eurovent-zertifizierte Wärmepumpen entscheiden?

Eurovent-zertifizierte Wärmepumpen bieten unabhängig überprüfte Leistungsdaten, die Anwendern helfen, Produkte anhand zuverlässiger und einheitlicher Informationen zu vergleichen. Die Zertifizierung unterstützt eine genaue Anlagenauslegung, Energieeffizienz, die Einhaltung gesetzlicher Vorschriften, eine fundierte Bewertung sowie die Gewissheit, dass die angegebenen Leistungsdaten durch Tests von unabhängigen Stellen und eine kontinuierliche Überwachung überprüft wurden.