Eignung der Heizflächen
Fußbodenheizungen sind für Wärmepumpen immer geeignet, da deren Auslegungs-Vorlauftemperaturen bei ca. 40°C liegen.
Heizkörper sind dann geeignet, wenn die Auslegungs-Vorlauftemperaturen maximal 55°C betragen.
Der Auslegungszustand ist vom Standort des Gebäudes abhängig, in Deutschland sind es Außentemperturen von -8°C bis -12°C.
Heizkörpereignung
Wenn die Auslegungstemperaturen nicht bekannt sind, kann versuchsweise die Heizung wärmepumpenpassend eingestellt werden. Die sogenannte Heizkurve sollte auf etwa 1,1 eingestellt werden. Kundige Betreiber können das selbst machen, oder es wird der Installateur beauftragt.
Oftmals stellt sich dabei heraus, dass die Einstellung für einen Teil der Räume passt, andere jedoch nicht ausreichend warm werden. Abhilfe schaffen können der hydraulische Abgleich, die Anpassung Heizkörpern oder die Verbesserung des Wärmeschutzes.
Der hydraulische Abgleich hat das Ziel, dass der Durchfluss des Heizmediums zur Heizkörpergröße passt und sich damit eine gleichmäßige Temperaturschichtung in allen Heizkörpern einstellt. Die Durchflussmenge wird üblicherweise an den Thermostatventil- Unterteilen eingestellt. Falls noch keine einstellbaren Ventile vorhanden sind, kann ein grober Abgleich mit Hilfe die Rücklaufabsperrungen erfolgen. Der Austausch in einstellbare Ventile ist aber der bessere Weg und im Fall von gewünschten Fördermitteln ohnehin nötig.
Heizkörperanpassung kann durch größere Heizkörper erfolgen, z.B. Typ 22 statt Typ 21.
Erhältlich sind auch spezielle „Wärmepumpen-Heizkörper“ mit integrierten Kleinlüftern (ähnlich denen von PC´s). Allerdings sind diese Heizkörper teuer und erfordern einen Stromanschluss.
Bei energetisch sanierten Gebäuden (Fenster, Außenwände, Dach) ergibt sich der Effekt, dass ehemals auf 70°C Vorlauf ausgelegte Heizkörper nun mit ca. 55°C auskommen und damit für Wärmepumpen geeignet sind. Energetische Sanierung ist der Königsweg: der Wärmebedarf wird reduziert und das Gebäude wird wärmepumpentauglich. Allerdings ist sie eine teure Angelegenheit.
Standorte und Platzbedarf
Außenluft-Wärmepumpen werden meist straßenseitig vor dem Gebäude aufgestellt. Im Gebäude befindet sich ein Teil der Technik („Inneneinheit“ und Pufferspeicher). Eine Variante sind innen aufgestellte Wärmepumpen, wobei die Außenluft über Luftkanäle geführt wird.
Im Falle der Wärmequelle Erdreich ist die Wärmepumpe im Gebäude. Die Wärmequelle wird in Form von Bohrsonden, Flächenkollektoren u.a. erschlossen, wofür es spezielle Richtlinien gibt und Genehmigungsbedarf besteht.
Der Platzbedarf von Wärmepumpen ähnelt allgemein dem von bodenstehenden Heizkesseln.
Monoblock oder Splitgerät?
Bei Monoblöcken befindet sich die Wärmepumpentechnik, der sogenannte Kältekreislauf, im Außenteil. Der Vor- und Rücklauf des Heizmedium wird außen angeschlossen und in das Gebäude geführt. Ein Innenteil ist bis auf die Regelung nicht mehr zwingend, meisten aber vorhanden.
Monoblöcke eignen sich gut für Sololösungen, also Anlagen bei denen es nur eine Wärmepumpe gibt. Da Heizungsmedium einfrieren kann sind Frostschutzmaßnahmen erforderlich (Betrieb Umwälzpumpe, Heizbänder, Systemtrennung mit Solekreislauf).
Bei Splitgeräten gibt es immer Außenteil und Innenteil, die mit dem Kältemittelkreislauf verbunden sind.
Vor- und Rücklauf des Heizmediums sind am Innenteil angeschlossen.
Splitgerät sind gut geeignet für Hydridheizungen, die Kombination von Wärmepumpe und Heizkessel. In Nichtnutzungszeiten der Wärmepumpen - in der Regel bei tiefen Außentemperturen – hat die Wärmepumpe keine Wärmeverluste und es besteht keine Einfriergefahr.
Nachteilig ist, dass bei der Installation von Splitgeräten neben dem Heizungsbauer auch ein Kältebauer erforderlich ist. Außerdem gibt es bisher noch keine Splitgeräte mit natürlichen Kältemitteln und es sind nur wenige Geräte erhältlich, die eine Vorlauftemperatur von 60°C oder 65°C erreichen (keines mit 70°C).
Pufferspeicher
Pufferspeicher dienen zur hydraulischen Entkopplung, zur Laufzeitverlängerung und zur Sperrzeitüberbrückung.
Die hydraulische Entkopplung ist nötig, weil Wärmepumpen Mindestvolumenströme (z.B. 1000 Liter je Stunde) haben. Laufzeitverlängerung reduziert die Anzahl der Ein-/Ausschaltungen. Sperrzeitüberbrückung ist hilfreich im Falle von Abschaltungen (siehe Sondertarif).
Typische Pufferspeichergrößen sind in Einfamilienhäusern etwa 500 Liter, in Mehrfamilienhäusern etwa 1000 Liter.
Weitere Wärmeerzeuger wie z.B. ein wassergeführter Holz-/Pelletofen oder eine solarthermische Anlage können in den Pufferspeicher eingebunden werden.
Warmwasserspeicher
Bei der klassischen Warmwasserbereitung (Trinkwasserspeicher mit Heizschlange) sollte auf eine große Fläche der Heizschlange Wert gelegt werden. Empfohlen werden mindestens 0,3 m² je kW Heizleistung der Wärmepumpe. Bei 10 kW ergeben sich also z.B. 3 m² Heizschlangenfläche. Verfügbar sind Speicher mit Doppelschlange, die große Tauscherflächen haben.
Alternativ können sog. Hygienespeicher eingesetzt werden, in denen sich Heizungsmedium befindet und die Trinkwassererwärmung durch eine Entnahmeschlange erfolgt. Der Rücklauf einer Warmwasserzirkulation sollte ggf. über eine Zirkulationslanze eingebunden werden, um die Durchwärmung des Speichers zu vermeiden.
Möglich sind auch Kombispeicher, bei denen die untere Speicherhälfte als Pufferspeicher für die Heizung und die obere Speicherhälfte zur Warmwasserbereitung dient. Wegen der Gefahr der Verwirbelung sind diese jedoch nur bei zu Wassermengen von ca. 1000 l/h geeignet.
Warmwasserbereitung alternativ
Zentrale Warmwasserbereitung mit Außenluft-Wärmepumpen ist bei sehr niedrigen Außentemperaturen mühsam. Eine Alternative ist die dezentrale Bereitung mit elektrischen Durchlauferhitzern oder Kleinspeichern. Hier entfallen zwar Verteilverluste, aber die Arbeitsfähigkeit des Strom wird nicht ausgenutzt (Arbeitszahl maximal 1) und es bestehen hohe Stromkosten.
Effektiver sind Warmwasser-Wärmepumpen, die aus einer kWh Strom etwa drei kWh Warmwasser machen. Wärmequellen können Außenluft, Raumluft oder Abluft sein.
Im Neubau bietet sich Abluft an, weil damit gleichzeitig ein sinnvolles Lüftungssystem realisiert werden kann.
Heizstab
Einige Hersteller empfehlen knappe Auslegung und Ergänzung mit einem elektrischen Zusatzheizer („Heizstab“). Argumentiert wird mit einem geringen Deckungsanteil des Heizstabes an der gesamten Wärmeerzeugung, z.B. 3%. In vielen Fällen ist der tatsächliche Anteil des Heizstabes aber deutlich höher und führt zu hohen Stromkosten.
Wird ein Heizstab eingesetzt, sollte dessen Stromverbrauch mit einem Stromzähler (z.B. Hutschienenzähler) separat kontrolliert werden.
Elektrischer Anschluss
Hausanschlüsse in Einfamilienhäusern haben oft Sicherungen von 3 x 35 Ampere. Eine zusätzliche Wärmepumpe mit ca. 6 kW maximaler elektrischer Leistungsaufnahme erfordert in der Regel eine größere Absicherung (z.B. 3 x 50 Ampere). Meistens geht das mit der vorhandenen Zuleitung, die Leistungserhöhung ist allerdings mit einem Baukostenzuschuss verbunden.
Auslegung Einfamilienhäuser Bestand
Die Heizlast des Gebäudes (z.B. 10 kW) sollte durch die Wärmepumpe gedeckt werden.
Bei Außenluft-Wärmepumpen ist dabei der Geräteleistung bei tiefen Außentemperaturen relevant, konkret der Wert „A-7“ (Außentemperatur minus 7 Grad).
Dadurch kommt der meist vorhandene elektrischer Zusatzheizer (Heizstab) nur selten zum Einsatz und die Stromkosten ufern nicht aus. Zuschläge für Warmwasserbereitung oder zur Sperrzeitüberbrückung sind nicht ratsam.
Wenn die Voraussetzungen für eine Wärmepumpe gegeben sind, insbesondere Niedertemperaturheizflächen (Auslegung Vorlauf maximal 55°C, vorhandener Heizkessel abgängig), sollte eine reine Wärmepumpenlösung angestrebt werden.
Bei höheren Auslegungstemperaturen und/oder nicht abgängigen Heizkesseln kommt eine ergänzende Wärmepumpe in Frage (siehe Fall 5). Nachteilig ist hierbei jedoch, dass dann zwei Wärmeerzeuger auf Dauer instand zu halten sind.
Auslegung Mehrfamilienhäuser
Bis zu einer Heizlast von etwa 50 kW und vorhandenen Niedertemperatur-Heizflächen (Auslegung Vorlauf maximal 55 Grad) sind reine Wärmepumpenlösungen ratsam.
Bei größerer Heizlast oder Vorhandensein von Hochtemperatur-Heizflächen (Auslegung Vorlauf z.B. 70°C) kann eine Wärmepumpe mit einem Heizkessel (Öl, Gas, Holzpellets) kombiniert werden. Schon eine relativ kleine Wärmepumpe mit z.B. nur 30% der Heizlast erreicht einen hohen Deckungsgrad von ca. 70% an der jährlichen Wärmeerzeugung.
Produktwahl
Bei der Effizienz sollte auf die „ETAs“- Werte: marktbeste Geräte erreichen hier über 220% (35°C) bzw. über 170% (55°C). Die Werte sind in der aktuellen Liste der förderfähigen Wärmepumpen unter www.bafa.de zu finden.
In Fällen mit geringem Wärmebedarf (Niedrigenergiehäuser) stellen sich Aufwand und Nutzen verändert dar. Ein Produkt mit gutem Preis-Leistung-Verhältnis ohne energetische Spitzenwerte ist wirtschaftlicher.
Bei der Lautstärke sollte auf die Maximalwerte nach BWP-Schallrechner (www.bwp.de) geachtet werden. Leise Geräte bis 15 kW Heizleistung liegen bei etwa 55 dB(A), bei größeren Heizleistungen bis zu 60 dB(A). Die Hersteller geben meistens nur die geringeren Normwerte an.
Das Kältemittel sollte fortschrittlich (GWP kleiner 700), am besten natürlich sein.
Sondertarife
Wärmepumpen können Strom-Sondertarife nutzen, wenn sie durch Steuersignal des Stromnetzbetreibers unterbrechbar sind. Abschaltungen finden in der Praxis jedoch sehr selten statt.
Sondertarife bestehen aus einem jährlichen Grundpreis (ca. 80 EUR) und dem Preis je verbrauchte Kilowattstunde (kWh). Dieser lagen jahrelang bei rund 20 ct/kWh, derzeit sind es bei Neuverträgen etwa 24 cent, Tendenz fallend.
Bei einem Grundpreis von 80 EUR/a und einem Verbrauchspreis, der 8 ct/kWh unter Haushaltsstrom liegt, rechnen sich Sondertarife ab einem Jahresverbrauch von 1000 kWh.
Dies ist in den meisten Fällen gegeben.
Kombination mit Solarstrom
Wärmepumpen können Solarstrom vom eigenen Dach nutzen, ein großer Vorteil im Vergleich zu Heizkesseln.
Die im Einfamilienhausbereich gängigen Größen der Solarstromanlagen (PV-Anlagen) von 5 bis 10 kW Spitzenleistungen führen zu Deckungsanteilen des jährlich benötigten Wärmepumpenstrom von 15 bis 30%. Batteriespeicher sind hierbei hilfreich, ihr Nutzen ist aber aufgrund der relativ geringen Speicherkapazität begrenzt.
Inzwischen gibt es spezielle Messkonzepte, die sowohl die Nutzung des Solarstrom als auch des Sondertarifs ermöglichen. Die Ermittlung des Strombezugs de Wärmepumpe aus dem Stromnetz erfolgt dabei durch Differenzrechnung.