Die korrekte Dimensionierung einer Wärmepumpe ist entscheidend für den wirtschaftlichen und effizienten Betrieb Ihres Heizsystems. Doch welche Faktoren spielen dabei eine Rolle? Wie berechnet man die optimale Größe einer Wärmepumpe? Und was passiert, wenn die Wärmepumpe falsch dimensioniert wird? In diesem Artikel geben wir Ihnen einen umfassenden Überblick und hilfreiche Tipps zur korrekten Dimensionierung Ihrer Wärmepumpe.
Der Standort Ihres Gebäudes hat einen erheblichen Einfluss auf die Dimensionierung der Wärmepumpe. In kälteren Klimazonen ist eine höhere Heizleistung erforderlich, um den Wärmebedarf zu decken. Die durchschnittlichen Außentemperaturen und die Anzahl der Heiztage pro Jahr sind wichtige Faktoren, die in die Berechnung einfließen. Beispielsweise benötigt ein Haus in den Alpen eine leistungsstärkere Wärmepumpe als ein vergleichbares Gebäude in einer gemäßigten Klimazone.
Die Energieeffizienz Ihres Gebäudes, einschließlich der Qualität der Dämmung, der Fenster und Türen, beeinflusst den Wärmebedarf erheblich. Ein gut gedämmtes Gebäude benötigt weniger Heizleistung als ein schlecht gedämmtes. Energetische Sanierungen können den spezifischen Wärmebedarf erheblich reduzieren. Ein unsanierter Altbau hat beispielsweise einen deutlich höheren Wärmebedarf als ein Neubau nach den neuesten Vorschriften des Gebäudeenergiegesetzes (GEG).
Es gibt verschiedene Arten von Wärmepumpen, wie Luft-Wasser-Wärmepumpen, Erd-Wärmepumpen (Sole-Wasser-Wärmepumpen) und Wasser-Wasser-Wärmepumpen. Jede Art hat unterschiedliche Effizienzgrade und Leistungsanforderungen. Erd- und Wasser-Wärmepumpen sind in der Regel effizienter, aber auch teurer in der Installation. Die Wahl der richtigen Wärmepumpe hängt daher nicht nur von den klimatischen Bedingungen und dem Dämmstandard Ihres Gebäudes ab, sondern auch von Ihrem Budget und den örtlichen Gegebenheiten.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt an, wie effizient eine Wärmepumpe über ein Jahr hinweg arbeitet. Eine höhere JAZ bedeutet, dass die Wärmepumpe effizienter ist und weniger Strom benötigt, um die gleiche Menge an Wärme zu erzeugen. Die JAZ hängt von der Art der Wärmepumpe, der Vorlauftemperatur und den klimatischen Bedingungen ab. Eine Wärmepumpe mit einer hohen JAZ ist daher nicht nur umweltfreundlicher, sondern auch kosteneffizienter im Betrieb.
Die Art des Heizsystems (z.B. Fußbodenheizung, Radiatoren) und die erforderliche Vorlauftemperatur beeinflussen die Dimensionierung der Wärmepumpe. Niedrigere Vorlauftemperaturen, wie sie bei Fußbodenheizungen üblich sind, ermöglichen eine effizientere Nutzung der Wärmepumpe. Bei hohen Vorlauftemperaturen muss die Wärmepumpe beständig mehr Leistung erbringen und daher von Beginn an größer dimensioniert werden. Optimal für den wirtschaftlichen Betrieb einer Wärmepumpe sind daher Fußbodenheizungen, bei denen Vorlauftemperaturen von 35 Grad üblich sind.
Ein Warmwasserspeicher kann helfen, die Lastspitzen zu glätten und die Effizienz der Wärmepumpe zu erhöhen. Ein Pufferspeicher kann ebenfalls dazu beitragen, die Wärmepumpe effizienter zu betreiben, indem er überschüssige Wärme speichert und bei Bedarf abgibt. Dies ist besonders wichtig in Haushalten mit hohem Warmwasserbedarf oder in Regionen mit starken Temperaturschwankungen.
Bei der Dimensionierung der Wärmepumpe sollte auch die zukünftige Entwicklung des Haushalts berücksichtigt werden. Planen Sie beispielsweise eine Erweiterung des Gebäudes oder eine Erhöhung der Bewohnerzahl, sollte dies in die Berechnung einfließen. Eine zu klein dimensionierte Wärmepumpe kann in Zukunft zu höheren Betriebskosten und einem erhöhten Verschleiß führen.
In vielen Ländern gibt es Förderprogramme und gesetzliche Vorgaben, die die Installation von Wärmepumpen unterstützen. Diese Programme können finanzielle Anreize bieten und bestimmte Effizienzanforderungen vorschreiben, die bei der Dimensionierung berücksichtigt werden müssen. Informieren Sie sich daher frühzeitig über mögliche Förderungen und gesetzliche Vorgaben in Ihrer Region.
Die Wartung und die Betriebskosten der Wärmepumpe sollten ebenfalls in die Überlegungen einbezogen werden. Eine gut dimensionierte und gewartete Wärmepumpe arbeitet effizienter und verursacht geringere Betriebskosten. Regelmäßige Wartung und Inspektionen sind daher unerlässlich, um die Lebensdauer und Effizienz Ihrer Wärmepumpe zu maximieren.
Die Integration der Wärmepumpe mit anderen Energiesystemen, wie Photovoltaikanlagen oder Solarthermie, kann die Effizienz weiter steigern und die Betriebskosten senken. Eine sorgfältige Planung und Dimensionierung sind erforderlich, um die Synergien zwischen den Systemen optimal zu nutzen. Beispielsweise kann eine Photovoltaikanlage den Strombedarf der Wärmepumpe decken und so die Betriebskosten erheblich reduzieren.
Das wichtigste Kriterium bei der korrekten Auslegung einer Wärmepumpe ist die Heizlast. Dieser in Kilowattstunden (kW) gemessene Wert gibt an, wie viel Leistung eine Wärmepumpe erbringen muss, um den gesamten Wärmebedarf eines Hauses zu decken. Die Heizlastberechnung erfolgt nach einer festgelegten Formel, der DIN EN 12831. In die Berechnung fließt dabei neben dem Heizwärmebedarf auch die zu beheizende Wohnfläche, der Standort des Gebäudes sowie diverse weitere Faktoren mit ein.
Wohnfläche in m² × spezifischer Wärmebedarf in kW/m² = Heizlast in kW
Auf Basis dieser Faustformel ergibt sich für einen sanierten Altbau mit einem Heizwärmebedarf von 0,09 kW/m² und einer zu beheizenden Wohnfläche von 150 m² eine Heizlast von 13,5 kW. Dementsprechend müsste eine Wärmepumpe in einem solchen Gebäude auch eine Leistung von mindestens 13,5 Kilowatt aufweisen, um das Gebäude ausreichend mit Wärme zu versorgen.
Die benötigte Größe einer Wärmepumpe hängt stark vom Heizwärmebedarf bzw. vom Dämmstandard des jeweiligen Gebäudes ab. Wie groß der Unterschied bei einer zu beheizenden Grundfläche von 150 m² zwischen einem unsanierten Altbau und einem Neubau nach GEG ist, lässt sich in der folgenden Tabelle erkennen:
Wie Sie sehen, variiert die mittlere Heizlast je nach Gebäudetyp stark. Zur Wärmeversorgung eines unsanierten Altbaus mit einer Wohnfläche von 150 m² benötigen Sie bspw. eine Wärmepumpe mit einer Größe von ungefähr 20 Kilowatt. Bei einem sanierten Altbau sinkt die nötige Heizleistung bereits auf 12 kW, und bei einem Neubau nach den neuesten Vorschriften des Gebäudeenergiegesetzes (kurz GEG) reicht bereits eine 6 kW Wärmepumpe aus.
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Neben dem Wärmeenergiebedarf und der Wohnfläche gibt es noch viele weitere Faktoren, die für die Leistung einer Wärmepumpe eine wichtige Rolle spielen. Dazu zählen unter anderem die verbauten Heizkörper bzw. die Vorlauftemperatur des Heizsystems sowie die Betriebsweise der Wärmepumpe.
Die Vorlauftemperatur des Heizsystems hat ebenfalls einen großen Einfluss auf die Dimensionierung einer Wärmepumpe. Denn: Bei hohen Vorlauftemperaturen muss die Wärmepumpe beständig mehr Leistung erbringen und daher von Beginn an größer dimensioniert werden. Optimal für den wirtschaftlichen Betrieb einer Wärmepumpe sind daher Fußbodenheizungen, bei denen Vorlauftemperaturen von 35 Grad üblich sind. Allerdings lässt sich eine Wärmepumpe bei korrekter Berechnung auch problemlos mit Flächenheizkörpern oder modernen Gliederheizkörper betreiben, solange die Vorlauftemperatur nicht oberhalb von 55 °C liegt.
Bei der Heizlastberechnung wird lediglich der Wärmebedarf eines Gebäudes ermittelt, der über die Heizkörper an das Haus abgegeben wird. Allerdings wird das Heizsystem in aller Regel auch dazu genutzt, Warmwasser aufzubereiten. Dementsprechend muss bei der Dimensionierung einer Wärmepumpe auch immer der Warmwasserbedarf des Haushalts mit berücksichtigt werden. Grob überschlagen kann hier von einer zusätzlichen Heizleistung von 0,2 – 0,3 kW pro Person ausgegangen werden.
Eine Wärmepumpe kann entweder monovalent, monoenergetisch oder bivalent betrieben werden. Dabei ergibt sich je nach Betriebsweise eine andere Dimensionierung der Wärmepumpe:
Im monovalenten Betrieb deckt die Wärmepumpe die Heizlast des Gebäudes komplett ab. Es ist kein zusätzlicher Wärmeerzeuger erforderlich; entsprechend ändert sich auch nichts bei der Berechnung der Wärmepumpe.
Im monoenergetischen Betrieb wird die Wärme von zwei Wärmeerzeugern bereitgestellt. Der zweite Wärmeerzeuger nutzt dabei ebenfalls elektrische Energie, z. B. in Form eines integrierten Heizstabes. Dieser springt nur an wenigen kalten Tagen im Jahr an, sobald die Heizleistung der Wärmepumpe nicht ausreicht. Die Wärmepumpe kann deshalb kleiner dimensioniert werden.
Im bivalenten Betrieb wird die Wärmepumpe durch ein zweites Heizsystem unterstützt, welches eine andere Energiequelle als Strom nutzt. Zumeist handelt es sich dabei um die bereits vorhandene konventionelle Heizung, etwa eine Gastherme. Diese springt an, wenn der sogenannte Bivalenzpunkt erreicht ist und die Wärmepumpe die Wärmeversorgung nicht mehr alleine gewährleisten kann. Im bivalenten Betrieb kann die Wärmepumpe deutlich kleiner dimensioniert werden.
Möchten Sie einen günstigen Wärmepumpentarif der Stadtwerke oder eines anderen Energieversorgers nutzen, müssen Sie sogenannte Sperrzeiten der Energieversorgungsunternehmen beachten und in die Auslegung der Wärmepumpe einbeziehen. Zu Zeiten von Lastspitzen, in denen viel Strom verbraucht wird, ist es für Energieversorger unwirtschaftlich, weiterhin Strom vergünstigt zur Verfügung zu stellen. Sie können daher Kunden mit Wärmepumpenstromtarif in festgelegten Sperrzeiten vom Netz trennen. Die Stromzufuhr kann maximal dreimal täglich für zwei Stunden unterbrochen werden.
Um die unterbrechungsfreie Beheizung dennoch sicherzustellen, sollte die Wärmepumpe daher etwas größer dimensioniert werden. In Kombination mit einem entsprechenden Warmwasserspeicher zur Zwischenspeicherung von Wärme können die Sperrzeiten dann problemlos überbrückt werden.
Grundsätzlich gilt: Je besser und genauer Ihre Wärmepumpe dimensioniert wird, desto wirtschaftlicher kann das Heizsystem betrieben werden. Doch was passiert eigentlich bei einer zu kleinen oder zu großen Auslegung von Wärmepumpen?
Bei einer Überdimensionierung deckt die Wärmepumpe den Wärmebedarf Ihres Hauses „zu schnell“ ab. Das hat zur Folge, dass die Wärmepumpe in unregelmäßigen und zu kurzen Abständen angesteuert wird. Dieses sogenannte Takten der Wärmepumpe sorgt in der Folge für einen erhöhten Stromverbrauch sowie einen schnelleren Verschleiß der Bauteile.
Nicht nur eine zu große, sondern auch eine zu kleine Auslegung Ihrer Wärmepumpe führt zu einem erhöhten Stromverbrauch bzw. erhöhten Heizkosten. Das liegt daran, dass Ihre Wärmepumpe bei einer zu kleinen Dimensionierung dauerhaft im Volllastbetrieb laufen muss. Gleichzeitig reicht selbst diese Vollauslastung bei einer zu kleinen Wärmepumpe meist nicht aus, um den Wärmebedarf im Haus zu decken.
Mit dem Begriff Größe ist bei Wärmepumpen in aller Regel die Leistung des Heizsystems gemeint. Allerdings ist für manche Hausbesitzer\*innen natürlich auch interessant, welche Abmessungen eine Wärmepumpe besitzt. Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe kann hier ungefähr von folgenden Maßen ausgegangen werden:
Außeneinheit (Höhe x Breite x Tiefe): 100 cm x 120 cm x 50 cm
Inneneinheit (Höhe x Breite x Tiefe): 180 cm x 80 cm x 60 cm
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 kommt es zu erhöhten Heizkosten oder einem schnelleren Verschleiß der Wärmepumpe. Wenn Sie vorab trotzdem schon einmal die Größe Ihrer Wärmepumpe abschätzen wollen, helfen Ihnen die in diesem Artikel vorgestellten Faustformeln.
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