Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Heizkörpern?

Hoher Wirkungsgrad, Betrieb intrinsisch Die Wärmepumpe ist eine hervorragende Lösung zum Heizen (und Kühlen, wenn es sich um eine reversible Wärmepumpe handelt).

Ein weiterer großer Vorteil ist, dass die Wärmepumpe mit mehreren Haushaltsverteilungsgeräten, insbesondere Heizkörpern, kompatibel ist, und zwar sowohl mit alten (Hochtemperatur) als auch mit neuen (Niedertemperatur) Heizkörpern, wobei es jedoch bei jeder Konfiguration einen deutlichen Unterschied in Bezug auf die Effizienz gibt.

In diesem Artikel erkunden wir die Kombilösung WP + Heizkörper: Funktionsweise, Kriterien für die Auswahl der Heizkörper, Dimensionierung und Alternativen.

WP mit Heizkörpern: Wie funktioniert diese Installation?

Die Kombi aus Wärmepumpe (WP) und Heizkörpern ist ein Heizsystem, das das Prinzip der Thermodynamik nutzt, um Wärme von einem Medium auf ein anderes zu übertragen. Die Heizkörper spielen in diesem System eine zentrale Rolle, da sie die von der Wärmepumpe erzeugte Wärme in den verschiedenen Räumen des Gebäudes verteilen.

Bevor wir uns mit den Heizkörpern beschäftigen, wollen wir kurz auf die allgemeine Funktionsweise einer Wärmepumpe eingehen. Die Wärmepumpe absorbiert die Wärme aus der Außenumgebung (je nach Art der Wärmepumpe aus Luft, Wasser oder dem Boden) und überträgt sie dann an die Innenumgebung, in der Regel ein Gebäude oder eine Wohnung. Der thermodynamische Zyklus der WP besteht aus vier Hauptschritten:

1. Die Verdunstung : Ein Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck zirkuliert durch den Verdampfer und absorbiert Wärme aus der äußeren Umgebung. Diese Energieaufnahme führt zur Verdampfung des Kältemittels, das vom flüssigen in den gasförmigen Zustand übergeht ;
2. Die Komprimierung : Das Kältemittelgas wird dann zum Kompressor geleitet, wo es sich durch die Kompression weiter erwärmt;
3. Kondensation : Das erhitzte und unter hohem Druck stehende Gas gelangt dann in den Kondensator, wo es seine Wärme an das Wasser im Heizungskreislauf abgibt. Durch diese Wärmeübertragung wird das Gas kondensieren und wieder in den flüssigen Zustand übergehen;
4. Entspannung : Schließlich durchläuft das Fluid einen Expander, der seinen Druck und seine Temperatur senkt und es für den nächsten Verdampfungszyklus vorbereitet.

Die erzeugte Wärme kann über verschiedene Kanäle an die Innenräume abgegeben werden: Fußbodenheizung, Gebläsekonvektor, Kanalsysteme, Wandheizung, Deckenheizung und Heizkörper. Die letztgenannte Konfiguration ist für uns von Interesse. 

Wenn das Kältemittelgas kondensiert und seine Wärme im Verflüssiger abgibt, erwärmt es einen Wasserkreislauf. Dieses warme Wasser zirkuliert dann durch die Heizkörper. Da das Wasser eine höhere Temperatur als die Umgebungsluft hat, gibt es seine Wärme an die Luft ab, die sich dadurch erwärmt und dann im Raum verteilt wird. Wie sieht es mit der Regulierung aus?

Bei dieser Heizungsanlage ist jeder Heizkörper mit einem Thermostatventil ausgestattet, mit dem die Temperatur in jedem Raum individuell eingestellt werden kann, indem die Menge an heißem Wasser, die durch den Heizkörper fließt, nach den Vorgaben des Nutzers gesteuert wird. Der Hauptthermostat, der sich in der Regel im Hauptraum des Hauses befindet, sendet ein Signal an die Wärmepumpe, wenn die Raumtemperatur unter der eingestellten Temperatur liegt. Die Wärmepumpe schaltet sich dann ein und erzeugt Wärme, die über die Heizkörper verteilt wird.

Umgekehrt, wenn die Raumtemperatur die eingestellte Temperatur erreicht oder überschreitet, sendet der Thermostat ein Signal, um die Wärmepumpe auszuschalten. Das Wasser in den Heizkörpern wird dann allmählich abgekühlt und die Raumtemperatur sinkt. Diese automatische Temperaturregelung sorgt für einen gleichbleibenden Wärmekomfort und optimiert gleichzeitig den Energieverbrauch.

Welche Art von Heizkörpern sollte man mit einer Wärmepumpe koppeln?

Nicht alle Heizkörper sind mit einer Wärmepumpe kompatibel. Das ist eine Frage der Betriebstemperatur. Wärmepumpen sind nämlich am effizientesten, wenn sie bei niedrigen Temperaturen arbeiten, in der Regel unter 55 °C, und zwar aus zwei Gründen: 

• Der thermodynamische ZyklusDiese besagt, dass mehr Energie erforderlich ist, um Wärme von einem kalten in einen wärmeren Bereich zu übertragen. Je größer der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle (z. B. Außenluft) und dem Ort, an den die Wärme abgegeben werden soll (z. B. Heizungswasser), ist, desto mehr Energie ist für diese Übertragung erforderlich. Wenn die WP Wasser mit einer sehr hohen Temperatur erzeugen muss, ist der Temperaturunterschied größer, was mehr Energie erfordert und somit den COP der WP senkt ;
• Die Kompression des Kältemittels : Je höher die Temperatur, auf die das Wasser erhitzt werden soll, desto mehr muss das Kältemittel komprimiert werden, was zu einem erhöhten Energieverbrauch führt.

Kurz gesagt: Um die Effizienz Ihres Heizsystems zu maximieren, sollten Sie vorzugsweise Niedertemperatur-Heizkörper verwenden. Lassen Sie uns dennoch beide Optionen erkunden: Nieder- und Hochtemperatur.

Niedertemperatur-Heizkörper

Niedertemperaturheizkörper sind für Heizsysteme geeignet, die Wasser mit niedriger Temperatur erzeugen, wie z. B. Wärmepumpen. Sie sind in der Regel größer als Standardheizkörper, da sie die niedrige Wassertemperatur durch eine größere Heizfläche ausgleichen müssen.

Auch ihr Design ist anders, da sie aus Materialien mit hoher Wärmeleitfähigkeit (z. B. Aluminium) hergestellt werden, um die Wärme besser zu verteilen. Sie haben meist eine Form, die die natürliche Konvektion der Luft fördert.

Niedertemperaturheizkörper sind bei weitem die energieeffizienteste Option für ein Heizsystem aus WP + Heizkörper.

Hochtemperaturheizkörper

Ältere Häuser waren oft mit Hochtemperaturheizsystemen ausgestattet, die von Gas- oder Ölkesseln mit Hochtemperaturheizkörpern versorgt wurden. In diesen Häusern kann der Umstieg auf eine Wärmepumpe im Rahmen eines Renovierungsprojekts problematisch sein, da die Heizkörper weniger gut für den Einsatz einer WP geeignet sind.

Ein weiteres wiederkehrendes Problem : Ältere Häuser sind im Vergleich zu den heutigen Standards oft schlecht isoliert. Daher geht die von der WP erzeugte Wärme schnell verloren, und die Geräte müssen mehr arbeiten, um die gewünschte Temperatur zu erreichen, was den Energieverbrauch erhöht und die Effizienz des Systems verringert.

Wenn Sie eine Wärmepumpe in einem alten Haus installieren wollen, müssen Sie eine Abwägung zwischen einer oder mehreren der folgenden Optionen treffen: 

• Die Wärmedämmung des Hauses verbessern um die Wärmemenge zu reduzieren, die benötigt wird, um eine angenehme Innentemperatur aufrechtzuerhalten und die Effizienz eines beliebigen Heizsystems zu gewährleisten ;
• Hochtemperaturheizkörper aufbewahren wenn sie in gutem Zustand und ausreichend groß sind. Es bedarf jedoch einer genauen Untersuchung, um festzustellen, ob diese Option wirtschaftlich tragfähig ist; 
• Hochtemperaturheizkörper austauschen durch Niedertemperaturheizkörper oder ein Fußbodenheizungssystem. Diese Systeme sind besser mit Wärmepumpen kompatibel und können Ihnen helfen, die Effizienz Ihres Heizsystems zu maximieren ;
• Eine Hochtemperatur-Wärmepumpe installieren die in der Lage sind, Wasser mit einer ausreichend hohen Temperatur zu erzeugen, um Ihre alten Hochtemperaturheizkörper zu versorgen. Nachteil: Diese Modelle sind teurer und weniger effizient als Niedertemperaturmodelle.

Wenn Sie vorhaben, Hochtemperaturheizkörper beizubehalten, müssen Sie zusätzlich zu den Dämmarbeiten eine Reinigung des vorhandenen Heizsystems oder eine Entschlammung vornehmen, um Partikel, Rost, Kesselstein usw. zu entfernen. Eventuell müssen Sie weitere Heizkörper hinzufügen, um die Heizfläche zu vergrößern und die Wärmeverteilung zu verbessern. 

Die Dimensionierung der Heizkörper in einem System aus WP + Heizkörpern

Die Effizienz des Systems hängt stark von der Dimensionierung der Heizkörper ab. Die Hersteller verfügen oft über sehr detaillierte Diagramme für die Dimensionierung und bieten maßgeschneiderte Modelle an, die sich an alle Konfigurationen anpassen lassen. Vor dem Verkauf muss der Installateur Ihnen als Teil der Planungsunterlagen ein vollständiges Dimensionierungsblatt und -schema übermitteln.

Die Dimensionierung der Heizkörper in einem System aus WP + Heizkörpern hängt von zwei Hauptfaktoren ab. Da ist zunächst die erforderliche WärmeleistungDieser hängt von der Größe des zu beheizenden Raums und dem Wärmebedarf der Wohnung ab (siehe Beispiel weiter unten).

Dann gibt es noch den Temperaturregime der WP. Je niedriger die Drehzahl (z. B. 50/40), desto größer muss die Fläche der Heizkörper sein und damit auch die Größe der Heizkörper, wie oben erläutert. Tatsächlich wird man mit einer Wärmepumpe häufig einen Temperaturbereich von 50/40 oder 45/35 liefern, der niedriger ist als der eines mit fossilen Brennstoffen (Gas oder Öl) betriebenen Heizkessels, der in der Regel 80/60 liefert. So haben alte Heizkörper, die für ein höheres Temperaturregime geeignet sind, oft eine zu kleine Oberfläche für eine WP. 

In diesem Fall gibt es zwei Möglichkeiten: Sie können die Isolierung des Hauses verbessern, um den Wärmebedarf und damit die benötigte Leistung zu senken, oder die Hochtemperaturheizkörper durch Niedertemperaturheizkörper ersetzen, was die häufigste Option bleibt. In diesem Fall müssen Sie mit 150 € für den Ausbau der alten Heizkörper und zwischen 950 und 2.000 € für den Kauf und die Installation der neuen Heizkörper rechnen.

Konkretes Beispiel zur Dimensionierung von Heizkörpern

Nehmen wir als Beispiel ein Haus mit einer Fläche von 100 m² in einer Region mit gemäßigtem Klima. Die benötigte Wärmeleistung wird üblicherweise in Watt pro Quadratmeter (W/m²) geschätzt. Im Durchschnitt werden schätzungsweise 70 bis 100 W/m² benötigt, um ein Haus im Winter angemessen zu heizen, je nach Isolierung und Exposition. Nehmen wir für unser Beispiel einen Medianwert von 85 W/m² an.

Für ein 100 m² großes Haus wäre also eine Wärmeleistung von : 100 m² * 85 W/m² = 8500 W oder 8,5 kW. Es wäre also eine Anlage erforderlich, die 8,5 Kilowatt Wärmeleistung erzeugen kann, um dieses Haus angemessen zu beheizen.

Dies ist eine vereinfachte Schätzung, da die tatsächlich benötigte Wärmeleistung von der Isolierung des Hauses, der Anzahl und Art der Fenster, der Ausrichtung des Hauses, dem lokalen Klima usw. abhängt. Nur ein qualifizierter Fachmann wird den Wärmebedarf Ihres Hauses genau einschätzen können.

Wenn wir dazu noch das Temperaturregime der Wärmepumpe berücksichtigen, müssen die Heizkörper groß genug sein, um diese Wärmemenge bei einer niedrigeren Temperatur abzugeben. Bei einem Temperaturregime von 50/40 könnten die Heizkörper beispielsweise eine Gesamtfläche von etwa 10 bis 20 m² benötigen, um 8,5 kW Wärme abzugeben, je nach Modell und Typ des Heizkörpers.

Fußbodenheizungen, eine interessante Alternative zu Heizkörpern

Im Gegensatz zu Heizkörpern, die die Wärme an einem Punkt abgeben, verteilen Fußbodenheizungen die Wärme gleichmäßig im ganzen Raum, da die Warmwasserkreisläufe in den Boden des Raumes integriert sind. 

Konkret bedeutet das, dass die Wärmepumpe das Wasser erhitzt, um es in diese Kreisläufe im Boden zu leiten. Das heiße Wasser zirkuliert dann durch die Rohre und verteilt die Wärme gleichmäßig und angenehmer im ganzen Raum. Die Wassertemperatur in Fußbodenheizungen ist in der Regel niedriger als in Heizkörpern, oft um die 30 - 40 °C, was für die Effizienz der Wärmepumpe ideal ist.

Fassen wir die Vor- und Nachteile von Fußbodenheizungen als Alternative zu Heizkörpern in der folgenden Tabelle zusammen.

Vorteile	Nachteile
Besserer KomfortDie Wärme wird gleichmäßig im ganzen Raum verteilt, sodass es keine zu heißen oder zu kalten Stellen gibt.	ReaktionszeitDie Fußbodenheizung wird länger brauchen, um die Temperatur zu erhöhen und zu senken, was ihre Einstellung schwieriger machen kann.
ÄsthetikOhne sichtbare Heizkörper haben Sie mehr Freiheit bei der Inneneinrichtung.	Hohe Installationskosten Die Kosten für die Installation einer Fußbodenheizung sind höher als die eines Heizkörpersystems, insbesondere bei einer Renovierung.
Energieeffizienz Durch ihr niedriges Temperaturregime (um 30-40°C) sorgen Fußbodenheizungen dafür, dass die Wärmepumpe effizienter arbeiten kann.	Große RenovierungsarbeitenDie Installation einer Fußbodenheizung in einem Haus, das renoviert wird, kann mit umfangreichen Arbeiten verbunden sein: Abriss des vorhandenen Fußbodens, Gießen eines neuen Betonestrichs...
Bessere Luftqualität Im Gegensatz zu Heizkörpern wird bei Fußbodenheizungen kein Staub zirkuliert, was die Qualität der Raumluft verbessern kann.	Unvereinbarkeit mit bestimmten BodenbelägenNicht alle Bodenbeläge sind mit Fußbodenheizungen kompatibel. Massivholzböden können sich z. B. unter Hitzeeinwirkung verziehen.

WP mit Heizkörpern: zum Schluss

Die Installation einer Wärmepumpe mit Heizkörpern erfordert eine gründliche Überlegung hinsichtlich der Effizienz und des optimalen Betriebs des Systems. Ob Sie sich für Niedertemperatur- oder Hochtemperaturheizkörper (altes Haus) oder sogar eine Fußbodenheizung entscheiden, die Kompatibilität dieser Optionen mit Ihrer WP und den Anforderungen Ihres Hauses muss sorgfältig analysiert werden. 

Sie müssen die Art und den Zustand Ihrer vorhandenen Heizkörper, die Isolierung Ihres Hauses und die Art der geplanten WP berücksichtigen. Nur ein qualifizierter Fachmann kann Sie bei diesem Schritt anleiten, damit Sie eine fundierte Wahl treffen und Ihre Investition rentabel machen können, ohne Kompromisse beim Wärmekomfort Ihres Hauses eingehen zu müssen.