Wärmepumpe optimal einstellen: Vorlauftemperatur und Pufferspeicher beachten
Um den Betrieb einer Wärmepumpe möglichst effizient zu gestalten, ist es wichtig, das Heizsystem und das Wärmeverteilsystem optimal aufeinander abzustimmen. Zwei wesentliche Faktoren sind dabei die Vorlauftemperatur und das Volumen des Pufferspeichers. Um den Einfluss dieser Parameter geht es in diesem Artikel.
Eine optimal eingestellte Wärmepumpe spart Strom und schont somit die Umwelt.
Foto: Panthermedia.net/Brebca
Wärmepumpen gelten als die Heiztechnik der kommenden Jahre, um den Weg zu Klimaneutralität erfolgreich zu bestreiten. Damit sie möglichst effizient ihre Arbeit verrichten, gibt es bei der Einstellung einiges zu beachten. Wichtige Paramater sind die Vorlauftemperatur und die Größe des Pufferspeichers als variable Größen. Andere Daten sind hingegen als gegeben anzunehmen, wie zum Beispiel die Heizlast. Wenn Sie Ihre Wärmepumpe daher optimal einstellen möchten, müssen Sie sich auf die Paramater konzentrieren, die sich verändern lassen. Auf was es dabei ankommt, erfahren Sie in diesem Beitrag.
Grundsätzliche Vorüberlegungen
Die richtige Auslegung einer Heizungsanlage beginnt mit der Ermittlung der Heizlast, die den spezifischen Wärmebedarf einzelner Räume oder des gesamten Gebäudes in Abhängigkeit von den Nutzeranforderungen (gewünschte Raumtemperaturen) widerspiegelt. Faktoren wie der Anteil der Außenflächen und die Temperaturen der angrenzenden Räume beeinflussen die Heizlast eines Raumes. Diese Faktoren werden in der Regel als konstant angenommen, es sei denn, es sind zusätzliche Sanierungsmaßnahmen an der Gebäudehülle vorgesehen.
Bei der Modernisierung einer bestehenden Heizungsanlage sollte den variablen technischen Parametern besondere Aufmerksamkeit geschenkt werden, insbesondere der Vorlauftemperatur und dem Volumen eines eventuell zu installierenden Pufferspeichers. Vorhandene Heizelemente wie Heizkörper und die aktuelle Vorlauftemperatur sollten nicht als unveränderlich angesehen werden. So kann beispielsweise bei Luft/Wasser-Wärmepumpen eine Absenkung der Vorlauftemperatur um nur ein Grad Kelvin die Effizienz der Anlage um etwa 2 bis 2,5 Prozent steigern. Daher ist es sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch sinnvoll, eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur anzustreben.
Was ist die Vorlauftemperatur?
In einem Heizungssystem ist die Vorlauftemperatur die Temperatur des Heizwassers, nachdem es von einem Wärmeerzeuger wie einer Wärmepumpe oder einem Brennwertkessel erwärmt wurde. Das erwärmte Wasser fließt dann durch die Heizungsrohre zu den Heizkörpern oder anderen Heizelementen. Der „Vorlauf“ umfasst dabei den Weg des Wassers vom Austritt aus dem Wärmeerzeuger bis zum Eintritt in das Heizsystem.
Wärmepumpen profitieren besonders von niedrigen Vorlauftemperaturen. Dadurch müssen sie die dem Erdreich, dem Grundwasser oder der Luft entzogene Wärme nur geringfügig zusätzlich erwärmen, was den Stromverbrauch deutlich senkt. Fußbodenheizungen eignen sich in diesem Zusammenhang besonders gut, da sie in der Regel mit niedrigen Vorlauftemperaturen arbeiten.
Wichtig ist in diesem Zusammenhang auch eine möglichst geringe Temperaturspreizung. Darunter versteht man den Temperaturunterschied zwischen Vorlauf und Rücklauf. Eine geringe Temperaturspreizung minimiert den Energieaufwand, den der Wärmeerzeuger – sei es eine Luft-, Wasser- oder Erdwärmepumpe oder ein Gas-Brennwertkessel – aufbringen muss.
Größere Heizkörperflächen erlauben niedrigere Vorlauftemperatur
Eine sorgfältige Auswahl der Wärmeübertragungsfläche der Heizkörper kann die Vorlauftemperatur des Heizsystems wirksam senken. In älteren Gebäuden sind die Heizkörper oft überdimensioniert, was paradoxerweise vorteilhaft sein kann, wenn das Ziel eine Senkung der Vorlauftemperatur ist. Sind die Heizkörper jedoch zu klein, besteht die Möglichkeit, sie durch größere Modelle zu ersetzen.
Beispielsweise können konventionelle Gliederheizkörper durch größere Plattenheizkörper ersetzt werden. Auch ein Wechsel von Heizkörpern des Typs 10 oder 11 zu Heizkörpern des Typs 21, 22 oder sogar 33 ist möglich. Da die Anschlussfelder der Heizkörper genormt sind, ist der Austausch in der Regel unkompliziert. Häufig kann die vorhandene Heizkörpernische weiter genutzt werden.
Ist es nicht möglich, die Vorlauftemperaturen auf ein für Wärmepumpen optimales Niveau abzusenken, können zusätzliche bauliche Maßnahmen ergriffen werden, um die Heizlast und damit die Vorlauftemperatur zu reduzieren. Der Austausch von einfach verglasten Fenstern durch zwei- oder dreifach verglaste Fenster sowie die Dämmung der Kellerdecke, des Dachs und der Fassade erweisen sich hier als besonders effiziente Maßnahmen.
Vorlauftemperatur richtig einstellen
Für eine genaue Einstellung der Vorlauftemperatur empfiehlt es sich, einen Heizungsfachmann zu Rate zu ziehen. Dieser kann nicht nur die optimale Vorlauftemperatur für Ihr Heizsystem ermitteln, sondern auch einen hydraulischen Abgleich durchführen, um das gesamte System zu optimieren. Dabei ist zu beachten, dass die Vorlauftemperatur in direktem Zusammenhang mit der Außentemperatur steht: Sinkt die Außentemperatur, steigt automatisch die Vorlauftemperatur.
Wenn Sie dennoch vorhaben, die Vorlauftemperatur Ihrer Wärmepumpe selbst einzustellen, gibt es einige wichtige Überlegungen. Ziel ist es natürlich, einerseits Heizkosten zu sparen und andererseits ein angenehmes Raumklima zu gewährleisten. Deshalb ist es wichtig, sowohl zu hohe als auch zu niedrige Vorlauftemperaturen zu vermeiden.
Änderungen an der Vorlauftemperatur nur bis maximal 5 Grad Außentemperatur
Um die Vorlauftemperatur Ihrer Heizungsanlage zuverlässig einzustellen, empfehlen wir, die Einstellungen nur bei Außentemperaturen von maximal fünf Grad Celsius vorzunehmen. Notieren Sie zunächst die aktuelle Außentemperatur und stellen Sie alle Thermostate im Gebäude auf eine einheitliche Einstellung. Danach kann die gewünschte Heizwassertemperatur an der Wärmepumpe eingestellt werden.
Bei älteren Gebäuden mit weniger guter Wärmedämmung empfiehlt sich eine höhere Vorlauftemperatur, um eine steilere Heizkurve zu erreichen. Dadurch kann das Heizungswasser eine größere Wärmemenge an die Heizkörper abgeben, bevor es mit reduzierter Temperatur zur Wärmepumpe zurückfließt.
In modernen Gebäuden mit guter Wärmedämmung und Niedertemperatur-Heizsystemen kann die Vorlauftemperatur dagegen niedriger gewählt werden. In diesen Fällen wird die Wärme effizienter genutzt und die Heizkurve muss nicht so steil sein.
Heizkörperrechner des BWP
Für eine präzise Einstellung der Vorlauftemperatur Ihrer Wärmepumpe bietet der Heizkörperrechner des Bundesverbandes Wärmepumpe (BWP) e.V. wertvolle Unterstützung. Sie finden diesen unter folgendem Link: Heizkörperrechner des BWP. In diesem Rechner geben Sie die derzeit eingestellten Maximalwerte für Vor- und Rücklauftemperatur an, zusätzlich zum Typ Ihrer Heizkörper, den Abmessungen der Heizflächen und der Raumtemperatur.
Um festzustellen, ob es Möglichkeiten zur Absenkung der Vorlauftemperatur gibt, können die so ermittelten raumspezifischen Heizwerte mit den jeweiligen Heizlasten nach DIN EN 12831-1 Abschnitt 6 verglichen werden. Sollte die berechnete Heizlast eines Raumes geringer ausfallen als die maximal verfügbare Heizleistung des entsprechenden Heizkörpers, besteht die Option, die Vorlauftemperatur zu reduzieren.
Daraufhin kann die Heizleistung neu berechnet werden, und zwar mit einer um 5 Kelvin niedrigeren Vorlauftemperatur. So nähern Sie sich schrittweise der idealen Vorlauftemperatur an. Diese ist erreicht, wenn die Heizlast des Raumes genau der berechneten Heizleistung entspricht. Mit dieser optimierten Vorlauftemperatur sorgt Ihre Wärmepumpe dafür, dass alle Räume ideal beheizt werden, während der Energieaufwand minimiert wird.
Pufferspeicher der Wärmepumpe
Ein weiterer entscheidender Faktor bei der Optimierung einer Wärmepumpe ist der Einsatz eines Pufferspeichers, insbesondere in älteren Gebäuden. Der Pufferspeicher dient als eine Art „Zwischenspeicher“ für das Heizungswasser und bietet mehrere Vorteile. Er gleicht Schwankungen im Wärmeverteilsystem aus und sorgt für eine hydraulische Entkopplung. Außerdem kann er der Wärmepumpe bei Bedarf zusätzlichen Volumenstrom und Abtauenergie zur Verfügung stellen. Das Ergebnis ist eine längere Betriebszeit der Wärmepumpe bei gleichzeitig geringerem Modulationsbedarf, was die Energieeffizienz deutlich erhöht.
Der Pufferspeicher fungiert auch als eine Art Energiespeicher. Er kann überschüssige Wärme speichern, die tagsüber produziert, aber nicht sofort benötigt wird. Diese gespeicherte Wärme kann dann in den kühleren Abend- und Morgenstunden wieder in das Wärmeverteilsystem eingespeist werden, wodurch die Wärmepumpe deutlich entlastet wird. Ein solches Betriebsverhalten lässt sich durch einfache Zeitprogramme in jedem Gebäude realisieren und erhöht die Gesamteffizienz des Systems.
Die richtige Größe wählen
Die optimale Größe eines Pufferspeichers hängt von mehreren Faktoren ab, unter anderem von der Größe und Beschaffenheit des Gebäudes, dem verwendeten Heizsystem und dem Wärmeniveau. Daher kann keine allgemeingültige Empfehlung für die optimale Speichergröße gegeben werden, sondern es ist eine detaillierte Berechnung erforderlich. Wird der Pufferspeicher nur zum Abtauen der Wärmepumpe genutzt, kann je nach Leistungsbedarf der Wärmepumpe ein kleineres Volumen von bis zu 50 Litern ausreichend sein.
Größere Speicher bieten jedoch zusätzliche Flexibilität, z.B. zur Überbrückung von Sperrzeiten für Wärmepumpenstrom oder von Warmwasserbereitungszeiten. Darüber hinaus kann ein größerer Pufferspeicher auch Wärme aus einer Solarthermieanlage oder überschüssigen Strom aus einer Photovoltaikanlage speichern und bei Bedarf wieder abgeben.
Für Einfamilienhäuser ist ein Pufferspeichervolumen von etwa 200 Litern oft ausreichend. Ist jedoch eine Solar- oder Photovoltaikanlage auf dem Dach installiert, sollte ein Pufferspeicher mit einem Volumen von mindestens 300 Litern in Betracht gezogen werden.
Pufferspeicher nicht überdimensionieren
Die Wahl des richtigen Pufferspeichervolumens ist eine wichtige Angelegenheit, denn ein zu groß dimensionierter Speicher kann ineffizient sein. Selbst bei guter Isolation wird überschüssige, nicht genutzte Wärme im Speicher über die Zeit an die Umgebung abgegeben und somit verschwendet. Ein bereits vorhandener Pufferspeicher kann durchaus weitergenutzt werden, vorausgesetzt, er ist mit der neuen Heizanlage kompatibel.
Diese Faktoren beeinflussen sowohl die Größe als auch die Ausführung des Pufferspeichers:
- Speichertyp: Je nach Bedarf kann zwischen Reihenspeichern und Trennspeichern gewählt werden.
- EVU-Sperre: Einschränkungen durch den Energieversorger können die Dimensionierung des Speichers beeinflussen.
- Photovoltaik-Einbindung: Bei einer integrierten PV-Anlage sind spezielle Überlegungen erforderlich.
- Solarthermie-Einbindung: Ein Speicher mit integrierter Solarwendel ist in diesem Fall notwendig.
- Hybrid-Systeme: Bei der Kombination mit Gas oder Holz sind separate Anschlüsse am Speicher erforderlich.
- Hydraulische Anschlüsse: Die Größe und Anzahl der hydraulischen Anschlüsse können je nach System variieren.
Bei Modernisierung sind Trennpufferspeicher zu bevorzugen
Bei der Sanierung oder Modernisierung von Bestandsgebäuden wird häufig ein Trennspeicher als Pufferspeicher eingesetzt. Dieser Speichertyp trennt die Volumenströme der Wärmepumpe von denen des hausinternen Heizsystems, wodurch eine hydraulische Entkopplung zwischen Wärmepumpe und bestehendem Heizsystem erreicht wird. Diese Methode ist nicht nur einfach zu realisieren, sondern bietet auch ein hohes Maß an Zuverlässigkeit bei der hydraulischen Entkopplung.
Eine weitere Möglichkeit stellen Reihenspeicher dar, die jedoch die Komplexität des hydraulischen Abgleichs für den Fachhandwerker erhöhen können. Sie werden daher vor allem im Neubau von Einfamilienhäusern eingesetzt.
Dieser Beitrag entstand auf Grundlage von Informationen der beiden Wärmepumpen-Hersteller Wolf und Bosch.
Ein Beitrag von:
