Experte für energieeffiziente Wohngebäude und für industrielle Thermoprozesstechnik
Glossar
Um den Wärmebedarf und die erforderliche Heizleistung in Einklang zu bringen, ist eine genaue Dimensionierung erforderlich. Wichtig ist, dass auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen genügend Heizleistung zur Verfügung steht, um Warmwasser zu erzeugen und die Raumtemperatur zu halten. Eine überdimensionierte Wärmepumpe kann jedoch nicht nur zu höheren Investitionskosten führen, sondern auch zu einem erhöhten Stromverbrauch und möglicherweise zu einer übermäßigen Geräuschentwicklung, da die Wärmepumpe im Taktbetrieb arbeitet. Dies ist vergleichbar mit dem Versuch, mit einem Jumbojet schnell Milch zu holen - ein Fahrrad wäre wesentlich effizienter.
Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) in Eschborn bei Frankfurt am Main ist eine Bundesoberbehörde im Geschäftsbereich des Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz; es übt auch Aufgaben für andere Bundesministerien aus.
Im Gegensatz zum fixen Wärmepumpen-Stromtarif reagiert der flexible Stromtarif dynamisch auf den Energiepreis am Markt. Rund 24% des Strompreises entfallen auf die Energiebeschaffung (Stand 2001). Typischerweise sinken die Preise an Sonn- und Feiertagen oder in der Mittagszeit, wenn viele Photovoltaikanlagen Strom produzieren, oder bei starkem Wind. Wenn viel Energie im Netz ist und die Nachfrage gering, sinken die Beschaffungskosten für Strom. Einige neue Stromtarife geben diese Preisvorteile an die Kunden weiter, die durch eine entsprechende Steuerung ihrer Wärmepumpe Geld sparen und gleichzeitig besonders grünen Strom nutzen können.
Ein Heizkreis beschreibt einen Teil des Wärmeverteilsystems innerhalb eines Gebäudes. Pro Raum kann es einen oder mehrere Heizkreise geben. Ein Heizkreis besteht aus mindestens einer Heizfläche oder einem Heizkörper, einem Ventil/Regler und den dazugehörigen Rohrleitungen. Der Heizkreislauf beginnt immer am Wärmeerzeuger oder -speicher und führt das Heizwasser im Vorlauf - also erwärmtes Wasser - zu den Heizflächen, wo die Wärme an den Raum abgegeben wird. Anschließend kühlt sich das Wasser ab und fließt im Rücklauf zum Wärmeerzeuger zurück, wo es erneut erwärmt wird.
Die Heizkurve spielt eine zentrale Rolle bei der optimalen Regelung Ihrer Heizung. Da die Heizleistung Ihrer Heizflächen stark von der Temperatur des Heizwassers abhängt, bestimmt die Heizkurve die Vorlauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Bei niedrigen Außentemperaturen muss die Heizleistung im Raum höher sein, um die Wärmeverluste durch Fenster und Wände auszugleichen. Eine zu niedrige Vorlauftemperatur führt zu unzureichender Wärme, während eine zu hohe Vorlauftemperatur zu Wirkungsgradverlusten und möglicherweise zu einer Überhitzung des Raumes führen kann.
Da die meisten Heizungsregler gut auf eine zu hohe Vorlauftemperatur reagieren, neigen viele dazu, die Heizkurve etwas höher einzustellen. Dadurch wird der Raum schneller warm und alle sind zunächst zufrieden. Die daraus resultierenden höheren Heizkosten werden oft erst später bemerkt und nicht immer mit der zu hoch eingestellten Heizkurve in Verbindung gebracht.
Die Heizleistung gibt an, wie viel Energie zugeführt werden muss, um die Raumtemperatur auch bei niedrigen Außentemperaturen aufrecht zu erhalten. Sie gleicht die Wärmeverluste des Gebäudes aus und sorgt für die Erwärmung des Warmwassers.
Eine Wärmepumpe sollte so ausgelegt sein, dass sie auch bei extrem kalten Temperaturen ausreichend Wärme liefern kann. Dabei spielt die Klimazone, in der sich das Gebäude befindet, eine entscheidende Rolle. So ist klar, dass es im Rheingraben nicht so kalt ist wie auf der höher gelegenen Schwäbischen Alb.
Die Heizungsanlage ist der Teil einer Heizungsanlage, der die thermische Energie für die Wärmeverteilung bereitstellt. Meist erwärmt die Anlage ein flüssiges Medium (z.B. Heizungswasser), das die Wärme über eine Heizfläche, z.B. einen Heizkörper, an den Raum abgibt.
Der Heizwärmebedarf, oft auch nur Wärmebedarf genannt, gibt an, wie viel Energie benötigt wird, um die Raumtemperatur auch bei frostigen Außentemperaturen konstant zu halten.
Im Wesentlichen geht es immer um den Wärmeverlust durch Fenster, Wände und die Gebäudehülle. Je kälter es draußen ist, desto größer sind die Wärmeverluste und desto höher ist der Heizwärmebedarf.
Hydraulik bezeichnet das Netzwerk von Rohren, Pumpen, Ventilen und anderen Komponenten, die in einem Heizsystem zur Wärmeübertragung und -verteilung verwendet werden. In einem hydraulischen Heizsystem wird Wasser als Wärmeträger durch das System gepumpt, um die Wärme von der Quelle (z. B. Heizkessel, Wärmepumpe oder Solaranlage) zu den Heizkörpern oder Fußbodenheizungen in den Räumen zu transportieren. Das Wasser zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf durch verschiedene Komponenten, die den Durchfluss und den Druck des Wassers regeln. Eine gut geplante und geregelte Hydraulik trägt zur Optimierung der Energieeffizienz und der Leistung der Anlage bei und kann die Energiekosten senken und die Lebensdauer des Systems verlängern.
Der hydraulische Abgleich ist ein Verfahren zur Verbesserung der Leistung und Energieeffizienz von Heizungsanlagen. Dabei werden alle Komponenten des Heizsystems wie Heizkörper, Rohre, Pumpen und Ventile so eingestellt, dass sie optimal zusammenarbeiten und eine gleichmäßige Wärmeverteilung im Gebäude gewährleisten. Der Abgleich stellt sicher, dass jeder Heizkörper bzw. Heizkreislauf den richtigen Wasserdurchfluss erhält. Durch Messung des Wasserdrucks in jedem Kreislauf und Einstellung der Ventile wird ein Gleichgewicht hergestellt. Der hydraulische Abgleich senkt den Energieverbrauch und erhöht die Lebensdauer der Heizungsanlage. Eine optimale Einstellung sorgt außerdem für eine gleichmäßige Raumtemperatur und erhöht den Wohnkomfort.
Der individuelle Sanierungsfahrplan (iSFP) ist ein Instrument, mit dem Energieberater eine maßgeschneiderte energetische Sanierungsstrategie für Gebäudeeigentümer entwickeln. Der iSFP beinhaltet eine umfassende Energieberatung und listet alle notwendigen Maßnahmen zur Verbesserung der Energieeffizienz und zur Reduktion der CO2-Emissionen auf. Diese Maßnahmen werden speziell auf die Bedürfnisse des Gebäudeeigentümers abgestimmt, um unnötige Sanierungen zu vermeiden und Kosten zu sparen.
Eine Inverter-Wärmepumpe ist ein Gerät, dessen Verdichter modulierend arbeitet, d.h. die Heizleistung wird gleitend an den tatsächlichen Wärmebedarf angepasst. Sinkt der Bedarf, wird der Kompressor gedrosselt. Das ist vergleichbar mit einem Auto: Bei langsamer Fahrt wird weniger Gas gegeben, bei schneller Fahrt mehr. Diese Technik erhöht die Effizienz und schont das Material, da die Wärmepumpe seltener ein- und ausgeschaltet werden muss und somit weniger verschleißanfällig ist.
Die Jahresarbeitszahl (JAZ), auch „seasonal coefficient of performance“ (SCOP) genannt, ist eine wichtige Kennzahl. Sie gibt an, wie viel Wärme eine Wärmepumpe im Jahresdurchschnitt pro Kilowattstunde Strom erzeugt. Diese Kennzahl hilft nicht nur bei der Beurteilung der Effizienz, sondern auch bei der Abschätzung der Betriebskosten.
Die JAZ kann sowohl formelmäßig nach VDI 4650 als auch im Betrieb ermittelt werden. Dabei wird die elektrische Hilfsenergie durch die erzeugte Wärmeenergie dividiert. Damit können verschiedene Anlagen miteinander verglichen werden. Um einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, ist neben einer effizienten Anlage die Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Vorlauftemperatur entscheidend. Eine hohe Quellentemperatur und eine niedrige Vorlauftemperatur führen zu einer höheren Effizienz.
Der Begriff „Kältemittel“ ist etwas irreführend, da er die Verwandtschaft der Wärmepumpe mit Kühlschränken und Klimaanlagen suggeriert. Ein Kältemittel ist ein Medium, das auch bei niedrigen Temperaturen verdampft und dabei Wärme aufnimmt. Wird der Dampf komprimiert, steigt die Temperatur, ähnlich wie bei einer Fahrradpumpe. Diese Wärme kann dann über einen Wärmetauscher an das Heizungswasser abgegeben werden.
Bei der Auswahl eines Kältemittels spielen neben den technischen Eigenschaften auch die Umweltverträglichkeit und das Global Warming Potential (GWP) eine Rolle, das angibt, wie stark das Kältemittel zur Erderwärmung beiträgt, wenn es in die Atmosphäre entweicht. Umweltfreundlichere Kältemittel wie Propan und CO2 sind besonders interessant, aber auch neue synthetische Kältemittel mit einem GWP von unter 10 erscheinen attraktiv. Die Zukunft wird zeigen, ob sich diese neuen Produkte in der Praxis durchsetzen werden.
Der Coefficient of Performance (COP) ist eine Kennzahl, die beschreibt, wie viel Wärme eine Wärmepumpe pro Kilowattstunde eingesetzter elektrischer Energie erzeugt. Anhand dieser Kennzahl kann die Effizienz der Wärmepumpe beurteilt werden. Insbesondere für Luft/Wasser-Wärmepumpen gibt es verschiedene Werte, die die Leistungszahl bei unterschiedlichen Temperaturbedingungen angeben. Diese Werte werden im Labor ermittelt und ermöglichen es, die Effizienz der Wärmepumpe unter verschiedenen Bedingungen abzuschätzen und verschiedene Systeme zu vergleichen.
Hinweis: Die Leistungszahl allein reicht oft nicht aus, um die beste Wärmepumpe auszuwählen, da Wärmepumpen das ganze Jahr über bei unterschiedlichen Temperaturen arbeiten. Nutzen Sie unseren Wärmepumpenberater, um die Jahresarbeitszahl nach DIN-Norm zu ermitteln.
Wärmepumpen bestehen aus mehreren Komponenten, darunter Wärmetauscher und Verdichter. Bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ist der Wärmetauscher, der die Wärme aus der Luft aufnimmt, besonders groß. Ist der Verdichter in einer Einheit mit dem Luftwärmetauscher untergebracht, spricht man von einer Monoblockbauweise. Diese Bauweise ist kompakt und wird außerhalb des Gebäudes aufgestellt. Allerdings muss das Heizungswasser in dieser Anlage auch einmal nach außen geführt werden. Bei der Splitbauweise befindet sich der Kompressor im Haus, während der Wärmetauscher außerhalb bleibt. Beide Teile sind durch eine Kältemittelleitung miteinander verbunden. Diese Bauweise reduziert die Leitungslänge und die Wärmeverluste, erfordert aber einen höheren Montageaufwand.
Der Rücklauf ist das Gegenstück zum Vorlauf. Er transportiert das abgekühlte Heizungswasser von den Heizflächen zurück zum Wärmeerzeuger, wo es wieder auf die gewünschte Temperatur gebracht wird.
Die Vorlauftemperatur beschreibt die Temperatur des Heizungswassers vor Eintritt in den Heizkreislauf. Diese Temperatur beeinflusst maßgeblich die Heizleistung der Heizflächen in den Räumen. Je größer die Heizfläche, z.B. bei einer Fußbodenheizung, desto niedriger kann die Vorlauftemperatur sein. Auch größere oder mehrere Heizkörper können dazu beitragen, dass die Räume auch bei niedriger Vorlauftemperatur behaglich warm werden.
Die Wärmekapazität ist ein grundlegender Faktor bei der Heizung. Sie beschreibt die Fähigkeit eines Mediums, Wärmeenergie zu speichern. Dies gilt für das Heizungswasser, die Raumluft und sogar für Gegenstände im Raum wie Wände, Möbel und Bücher. Ähnlich wie ein Badesee, der nach einem langen Winter Zeit braucht, um sich zu erwärmen, speichern diese Materialien Wärme und geben sie langsam wieder ab. Diese Eigenschaft macht man sich in Wärmespeichern zunutze: Das erwärmte Heizungswasser speichert die Wärme und gibt sie bei Bedarf über die Heizflächen wieder ab. So kann der Energiebedarf über mehrere Tage gedeckt werden, zum Beispiel mit Energie aus einer Solaranlage.
Die Wärmeleitfähigkeitsgruppe (WLG) beschreibt die Fähigkeit eines Dämmstoffes, Wärme zu leiten. Dieser Wert dient zum Vergleich verschiedener Dämmstoffe. Ein niedriger WLG-Wert ist vorteilhaft, da er anzeigt, dass der Dämmstoff weniger Wärme durchlässt. Die Wärmeleitfähigkeit wird in Watt pro Meter pro Kelvin (W/(m⋅K)) angegeben. Dividiert man diesen Wert durch die Dicke des Dämmstoffs, erhält man den Wärmedurchlasswiderstand, der in Quadratmeter mal Kelvin pro Watt ((m²⋅K)/W) angegeben wird.
Der U-Wert eines Bauteils, wie z.B. einer Wand, wird durch den Wärmedurchlasswiderstand und die Schichten des Bauteils, wie z.B. Putz oder Mauerwerk, bestimmt. Der U-Wert gibt an, wie gut ein Bauteil Wärme dämmen kann - je niedriger der Wert, desto besser die Dämmung. Der Wärmedurchlasswiderstand ist abhängig von den Umgebungsbedingungen, z.B. ist er auf der Außenseite einer Wand geringer als auf der unbewitterten Innenseite. Zusammenfassend beschreibt die Wärmeleitgruppe die Leitfähigkeit eines Dämmstoffes, während der U-Wert die gesamte Wärmedämmleistung eines Bauteils angibt.
Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Betriebskosten einer Wärmepumpe zu senken. Für Haushalte ohne eigene Photovoltaikanlage kann ein Wärmepumpen-Stromtarif interessant sein. Dieser Tarif basiert auf dem Gesetz für flexible Verbrauchseinrichtungen (EnWG §14a), das Netzbetreiber verpflichtet, die Netznutzungsentgelte zu reduzieren, wenn Verbraucher einem solchen Tarif zustimmen. Dieses Entgelt macht etwa 24,5 Prozent des Strompreises aus (Stand 2021).
Wer sich für einen Wärmepumpen-Stromtarif entscheidet, muss damit einverstanden sein, dass die Wärmepumpe bis zu sechs Stunden am Tag vom Netz genommen wird, um das Stromnetz in Spitzenlastzeiten zu entlasten. Im Gegenzug reduziert der Netzbetreiber die Netznutzungsentgelte. Um diese Steuerung zu ermöglichen, ist ein zusätzlicher Stromzähler notwendig, der weitere Kosten verursacht. Daher lohnt sich ein Wärmepumpen-Stromtarif in der Regel erst ab einem Stromverbrauch von etwa 6.000 kWh pro Jahr. Zusätzlich sollte ein entsprechend dimensionierter Wärmespeicher vorhanden sein, um die Wärmeerzeugung während der Netzabschaltung zu puffern. Diese Maßnahme entlastet nicht nur das Stromnetz, sondern trägt auch zur Integration erneuerbarer Energien bei.
Die Wärmequelle liefert die thermische Energie für die Beheizung eines Gebäudes. Bei Wärmepumpen handelt es sich häufig um Quellen mit niedriger Temperatur, aber hohem Energiepotenzial. Die Temperatur dieser Quellen kann im Winter zwischen 10 °C und -25 °C liegen. Je höher die Temperatur der Wärmequelle ist, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe, da weniger Strom benötigt wird, um die Wärme auf das gewünschte Heizniveau anzuheben.
Es ist wichtig, die potenziellen Wärmequellen auf dem eigenen Grundstück sorgfältig zu prüfen. Nachfolgend eine Auswahl nach ihrer Heizeffizienz:
Hybridkollektoren (PVT) (je nach Ausrichtung)
Tiefe Geothermie (je nach thermischer Verfügbarkeit)
Grundwasser
Erdkollektor
Luft
Weitere Informationen, insbesondere zu den Erschließungskosten, finden Sie in unseren Blog-Beiträgen.
Der Wärmespeicher, auch Pufferspeicher genannt, verbindet den Wärmeerzeuger mit dem Verbraucher. Er ist wichtig, weil er die Wärmeerzeugung vom Verbrauch zeitlich entkoppelt. So kann die Wärmepumpe beispielsweise dann betrieben werden, wenn viel Solarstrom zur Verfügung steht, der Strompreis niedrig ist oder das Stromnetz nicht stark ausgelastet ist. Ein Warmwasserspeicher ist ebenfalls sinnvoll, da Wärmepumpen im Gegensatz zu Gasthermen in der Regel nicht die Leistung haben, Warmwasser im Durchfluss zu erwärmen. Stattdessen wird das Wasser im Speicher erwärmt und bei Bedarf genutzt, wobei der Speicher über einen längeren Zeitraum aufgeladen wird. Der Wärmespeicher trägt dazu bei, dass der Wärmeerzeuger kleiner dimensioniert werden kann, was die Investitions- und Betriebskosten senkt.
Ein Wärmespeicher ist in der Regel kostengünstiger und umweltfreundlicher als ein Stromspeicher.
Ein Wärmetauscher trennt verschiedene Medien voneinander und ermöglicht den Wärmeaustausch, ohne dass die Medien selbst miteinander in Kontakt kommen. Beispielsweise gibt Heizungswasser im Wärmetauscher eines Heizkörpers Wärme an die Raumluft ab, ohne zu verdampfen.
In einer Wärmepumpe befinden sich mehrere Wärmetauscher. Diese übertragen die Wärme in den Kältekreislauf und geben die auf ein höheres Temperaturniveau angehobene Wärme wieder an das Heizungswasser ab.
Eine Zentralheizung ist ein Heizsystem, bei dem die Wärme zentral im Gebäude erzeugt wird. Beispielsweise kann eine Wärmepumpe oder ein Gas-Brennwertkessel das Heizungswasser auf die gewünschte Temperatur bringen. Die erzeugte Wärme wird dann über das Heizungswasser an die im Gebäude verteilten Heizflächen abgegeben.