Wärmepumpe richtig dimensionieren: Heizlast, Leistung und Bivalenzpunkt prüfen

Steht eine energetische Sanierung sicher bevor, wird nicht blind der heutige Zustand fortgeschrieben. Neue Fenster, Dämmung oder veränderte Nutzung können die Heizlast senken. Umgekehrt müssen Anbauten, ausgebaute Räume oder höhere gewünschte Innentemperaturen in den Planungszustand aufgenommen werden.

Nach dem aktuellen BWP-Dimensionierungsleitfaden ist für die Auslegung von Wärmeerzeugern die Norm-Heizlast nach DIN EN 12831-1:2017 zu berechnen. Berücksichtigt werden insbesondere Wärmeverluste über Bauteile und Lüftung. Eine raumweise Berechnung zeigt zusätzlich, ob einzelne Heizflächen bei der geplanten Vorlauftemperatur ausreichend Leistung abgeben.

Gebäudeheizlast = Transmissionswärmeverluste + Lüftungswärmeverluste unter festgelegten Normbedingungen
Geräteauswahl ≠ Gebäudeheizlast als einzelne kW-Zahl

Die zweite Zeile ist entscheidend: Die Heizlast bildet einen Gebäudezustand an einem kalten Auslegungspunkt ab. Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe besitzt dagegen eine von Außen- und Vorlauftemperatur abhängige Heizleistung. Deshalb werden nicht zwei isolierte Zahlen, sondern ihre Verläufe miteinander verglichen.

Verbrauchsdaten plausibilisieren, ersetzen aber nicht jede Berechnung

Mehrjährige Brennstoffverbräuche können eine berechnete Heizlast auf Plausibilität prüfen. Dafür müssen Warmwasseranteil, Nutzungsgrad des alten Wärmeerzeugers, Witterung, Leerstand, Raumtemperaturen und tatsächliche Heizgewohnheiten eingeordnet werden. Ein einzelnes mildes Jahr oder ein nur teilweise beheiztes Haus kann zu einer falschen Schlussfolgerung führen.

Bei sinkender Außentemperatur steigt der Wärmebedarf des Gebäudes. Gleichzeitig verändert sich die verfügbare Leistung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe gerätespezifisch. Eine höhere Vorlauftemperatur kann Leistung und Effizienz zusätzlich beeinflussen. Deshalb wird das Hersteller-Kennfeld für die tatsächlich geplante Systemtemperatur benötigt.

• maximale Heizleistung über relevante Außentemperaturen;
• minimale Heizleistung beziehungsweise untere Modulationsgrenze;
• zugehörige Vorlauf- oder Wasseraustrittstemperatur;
• elektrische Leistungsaufnahme und COP am jeweiligen Prüfpunkt;
• Einsatzgrenzen für Heizen und Trinkwarmwasser;
• Leistung und Schaltstufen des elektrischen Zusatzheizers.

Zwei Geräte mit derselben beworbenen Leistung können sich im Winter und in der Übergangszeit deutlich unterschiedlich verhalten. Für ein Angebot ist daher nicht nur die Modellbezeichnung wichtig, sondern der dokumentierte Vergleich der passenden Kennlinien mit der Gebäudeheizlast.

Unterhalb dieses Punkts kann bei einer monoenergetischen Anlage der elektrische Zusatzheizer parallel unterstützen. Das ist nicht automatisch ein Planungsfehler: Bei modulierenden Luft-Wasser-Wärmepumpen kann es wirtschaftlicher sein, seltene sehr kalte Stunden gezielt zu ergänzen, statt ein größeres Verdichtermodul mit höherer Mindestleistung für die gesamte Heizperiode einzubauen.

Der BWP empfiehlt für den von seinem Leitfaden betrachteten Fall – leistungsgeregelte Luft-Wasser-Wärmepumpen im Ein- und Zweifamilienhaus – keinen pauschal monovalenten Betrieb. Als Orientierung nennt er am Norm-Auslegungspunkt einen Wärmepumpen-Leistungsanteil von 50 bis 80 Prozent der Norm-Heizlast. Wenn nur die Geräte-Heizleistung bei minus 7 Grad Celsius vorliegt, verschiebt sich der genannte Korridor auf 70 bis 90 Prozent. Diese Werte sind ein Prüfindikator innerhalb des beschriebenen Anwendungsfalls, keine universelle Auswahlformel für jede Wärmequelle und jedes Gebäude.

Leistungsanteil = maximale Wärmepumpenleistung am Auslegungspunkt ÷ Norm-Heizlast
Bivalenzpunkt = Schnittpunkt aus Gebäudeheizlast und maximaler Wärmepumpenleistung

Für die Entscheidung zählt außerdem, wie viele Stunden und wie viel Jahresheizarbeit der Zusatzheizer voraussichtlich übernimmt. Die Anschlussleistung von Verdichter und Heizstab muss elektrisch berücksichtigt werden. Ein Angebot sollte deshalb Bivalenzpunkt, erwartete Deckung und Zusatzleistung gemeinsam ausweisen.

In der Übergangszeit benötigt das Gebäude nur einen Teil seiner winterlichen Spitzenleistung. Kann die Wärmepumpe ihre Leistung nicht weit genug reduzieren, erreicht sie schnell die Solltemperatur und schaltet ab. Nach kurzer Pause startet sie erneut. Dieses Takten kann Effizienz und Bauteile belasten.

Der Taktpunkt bezeichnet die Außentemperatur, ab der die erforderliche Gebäudeleistung unter die minimale Wärmepumpenleistung fällt. Der BWP nennt für seinen betrachteten Auslegungsfall als Ziel, dass dieser Punkt möglichst bei mindestens plus 5 Grad Celsius liegt. Die Aussage wird zusammen mit Hydraulik, Gebäudespeichermasse und Regelung bewertet; sie ist kein Grund, einen Pufferspeicher ohne Systemprüfung pauschal zu vergrößern.

Trinkwarmwasser wird meist zeitweise mit höherer Temperatur bereitet. Relevant sind Personenanzahl, Zapfprofil, Speichervolumen, gewünschte Wiederaufheizzeit und Zirkulationsverluste. Ein pauschaler Kilowatt-Zuschlag kann diese Zusammenhänge verschleiern und das Verdichtermodul für den überwiegenden Heizbetrieb unnötig vergrößern.

Neue steuerbare Wärmepumpen werden nach § 14a EnWG bei einem lokalen Netzengpass nicht vollständig abgeschaltet. Der Netzbetreiber darf den Strombezug temporär dimmen; für eine einzelne Anlage müssen mindestens 4,2 Kilowatt verfügbar bleiben. Für die Auslegung werden Anschlussleistung, Regelung, thermische Gebäudespeicherung und die am konkreten Netzanschluss geltende Steuerungsart geprüft.

• Raumheizung und Trinkwarmwasser in der Berechnung getrennt ausweisen;
• Wiederaufheizzeiten und Komfortanforderungen dokumentieren;
• Zirkulation und tatsächliche Leitungsverluste berücksichtigen;
• Zusatzheizer nicht stillschweigend als Dauerreserve einplanen;
• elektrische Anschluss- und Steuerungsbedingungen vor Bestellung klären.

1. Berechnete Gebäude- und möglichst raumweise Heizlast mit benanntem Planungszustand.
2. Verwendete Norm-Außentemperatur und geplante Raumtemperaturen.
3. Erforderliche Vorlauftemperatur sowie Leistungsprüfung der Heizflächen.
4. Herstellerkennlinien des angebotenen Geräts bei passenden Außen- und Vorlauftemperaturen.
5. Maximal- und Mindestleistung beziehungsweise Modulationsbereich.
6. Geplanter Bivalenz- und Taktpunkt sowie Rolle des Zusatzheizers.
7. Separate Annahmen für Warmwasser, netzorientierte Steuerung und geplante Sanierungen.
8. Hydraulikschema, Volumenstromanforderungen und relevante Speicherentscheidung.

Fehlt ein Wert, sollte er als offene Annahme gekennzeichnet werden. Eine präzise wirkende Gerätegröße ohne nachvollziehbare Eingaben ist nicht belastbarer als eine grobe Schätzung. Vor der Bestellung müssen deshalb die Daten, die das Modell tatsächlich bestimmen, fachlich geprüft sein.