Moderne Heizsysteme
Die Anforderungen an moderne Heizungssysteme sind sowohl bei Neubauten als auch bei Sanierungsobjekten gleichermaßen hoch: Sie sollen den Energiebedarf und die Betriebskosten minimieren, während der Wohnkomfort maximiert wird.
Erfüllt werden diese Anforderungen vor allem dann, wenn eine optimale Abstimmung der Wärmeerzeugung und -abgabe gewährleistet ist. Welche Wärmeabgabesysteme in Kombination mit Wärmepumpen am effizientesten arbeiten erfahren Sie in diesem Beitrag. Hierfür werfen wir zuerst einen Blick auf die Funktionen von Wärmepumpen.
Wärmepumpe
Wie arbeiten Wärmepumpen?Eine Wärmepumpe gewinnt ihre Energie aus der Umgebungsluft, dem Erdreich oder dem Grundwasser, macht diese gewonnene Wärme nutzbar für die Heizung und Warmwasser und transportiert sie in die Wohnräume. Auch wenn sich die Energiequellen unterscheiden, funktioniert das grundlegende Prinzip bei allen Wärmepumpentypen gleich. |
Aufbau der Wärmepumpen-HeizungsanlageEine Wärmepumpen-Heizungsanlage besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten: der Wärmequellenanlage, die der Umgebung die notwendige Energie entzieht, der Wärmepumpe selbst, die die gewonnene Umweltwärme in nutzbare Heizenergie umwandelt, und dem Wärmeverteil- und Speichersystem, das die Wärme verteilt und bei Bedarf zwischenspeichert. Dieser technische Prozess erfolgt in drei Schritten: |
Funktionsprinzip der Wärmepumpen-Heizunganlage
In der Wärmequellenanlage zirkuliert eine Flüssigkeit, oftmals Sole (eine Mischung aus Wasser und Frostschutzmittel), die die Umweltwärme, etwa aus dem Erdreich oder dem Grundwasser, aufnimmt und zur Wärmepumpe transportiert. Eine weitere Möglichkeit sind Luft-Wasser-Wärmepumpen. Sie saugen die Außenluft über einen Ventilator an. |
Innerhalb der Wärmepumpe gibt es einen zweiten Kreislauf, in dem ein spezielles Kältemittel zirkuliert. In einem Wärmetauscher, dem Verdampfer, wird die Umweltenergie aus dem ersten Kreislauf auf das Kältemittel übertragen, wodurch es verdampft. Bei Luftwärmepumpen erhitzt die Außenluft das Kältemittel. Der entstandene Kältemitteldampf wird dann zu einem Verdichter (Kompressor) geleitet, der das Kältemittel weiter erhitzt. In einem zweiten Wärmetauscher, dem Verflüssiger, wird das heiße Kältemittelgas unter hohem Druck kondensiert und gibt dabei seine Wärme ab. Danach wird das verflüssigte Kältemittel zu einer Drossel geleitet, wo der Druck wieder reduziert wird. Schließlich gelangt das flüssige, abgekühlte Kältemittel zurück zum Verdampfer, um den Kreislauf erneut zu beginnen. |
Im Wohnraum, der beheizt werden soll, befindet sich, als letztes Element der Wärmepumpen-Heizanlage, das Wärmeübergabe- und Speichersystem, in dem in der Regel Wasser als Heizmedium zirkuliert. Dieses Wasser nimmt die vom Kältemittel im Verflüssiger abgegebene Wärme auf und leitet sie weiter. Die Wärme gelangt entweder direkt zu Flächenheizungen oder Heizkörpern oder wird in einem Heizungspuffer- oder Warmwasserspeicher zwischengespeichert, um bedarfsgerecht zur Verfügung zu stehen. Die Wärmepumpe entscheidet jedoch letztendlich nicht allein die über Behaglichkeit und Effizienz. Wie eingangs bereits erwähnt, spielt auch das Wärmeübergabesystem eine entscheidende Rolle. Dabei unterscheiden wir zwischen klassischen Heizkörpern mit Radiatoren und modernen Flächenheizungen wie Fußboden-, Wand- oder Deckenheizungen. Rein technisch betrachtet, können Wärmepumpen ihre erzeugte Wärme an alle Heizungsarten abgeben. Allerdings sind nicht alle Heizformen gleichermaßen sinnvoll und geeignet für den Betrieb einer Wärmepumpe. Um zu verstehen, wovon die Eignung der Heizungsart abhängt, sollte die Vorlauftemperatur genauer betrachtet werden. |
Warum ist die Vorlauftemperatur entscheidend?
Die Vorlauftemperatur bezeichnet die Temperatur des Heizungswassers, das in die Heizkreisläufe eingespeist wird, um die Wärme in den Heizungsbereichen nutzbar zu machen. Das erwärmte Wasser zirkuliert durch die Rohrleitungen und erreicht die verschiedenen Wärmeverteilungssysteme. Hierbei beeinflussen mehrere Faktoren die erforderliche Vorlauftemperatur. Als relevante Faktoren gelten dabei nicht nur die Jahreszeiten, sondern auch die Größe des Gebäudes, der Dämmzustand sowie die Dimensionierung der Heizkörper.
Heizkörper und Wärmepumpe
Trotz der Vielfalt an Heizungssystemen dominieren in Deutschland nach wie vor die klassischen Gliederheizkörper, Plattenheizkörper und Röhrenheizkörper. Üblicherweise werden sie von Gas- oder Ölheizungen betrieben, die eine hohe Vorlauftemperatur von 50 Grad Celsius oder mehr erzeugen.
Wärmepumpen hingegen entfalten ihre Stärken bei deutlich niedrigeren Vorlauftemperaturen von etwa 35 °C. Dies liegt daran, dass die Wärmepumpe bei geringeren Temperaturdifferenzen weniger Energie aufwenden muss, um die erforderliche Wärme zu erzeugen. Je niedriger die Temperatur ist, die die Wärmepumpe bereitstellen muss, desto weniger Arbeit muss der Kompressor leisten. Dadurch sinkt der Energieverbrauch und die Effizienz des Systems steigt.
Diese niedrigere Vorlauftemperatur ist jedoch zu gering, um über herkömmliche Heizkörper ausreichend Wärme im Wohnraum zu verteilen. Der Grund dafür liegt in den vergleichsweise kleinen Heizflächen der konventionellen Heizkörper, die nur begrenzt Wärmeenergie abstrahlen können.
Flächenheizung und Wärmepumpe
Bei Flächenheizungen verhält es sich faktisch umgekehrt zu herkömmlichen Heizkörpern: Durch die weitläufige Installation im Gebäude besitzen sie eine verhältnismäßig große Heizfläche. Daher reicht bereits eine niedrige Vorlauftemperatur der Heizung, um Räumlichkeiten gleichmäßig und effektiv zu erwärmen. Diese Eigenschaft macht sie besonders gut geeignet für den Einsatz mit einer Wärmepumpe.
Zusammengefasst bedeutet dies: Eine kleine Heizfläche erfordert eine hohe Vorlauftemperatur, während eine große Heizfläche eine niedrigere Vorlauftemperatur benötigt. Da Wärmepumpen bei niedrigeren Vorlauftemperaturen effizienter arbeiten, ist die Wahl der Heizsysteme entscheidend für die Optimierung des Energieverbrauchs und die Reduzierung der Betriebskosten. Unterschieden wird zwischen Fußboden-, Wand-, und Deckenheizung. Die Varianten eignen sich unterschiedlich gut für verschiedene Bauvorhaben.
Fußbodenheizung und Wärmepumpe
Die Fußbodenheizung ist die am häufigsten eingesetzte Form der Flächenheizung und findet vor allem im Neubau breite Anwendung. Sie verteilt die Wärme gleichmäßig über den gesamten Boden und sorgt so für ein angenehmes Raumklima. Da sie mit niedrigen Vorlauftemperaturen arbeitet, passt sie sehr gut zur Wärmepumpe. Allerdings reagiert die Fußbodenheizung durch die Speichermasse des Estrichs vergleichsweise träge, was schnelle Temperaturänderungen erschwert.
Wandheizung und Wärmepumpe
Die Wandheizung gibt ihre Wärme überwiegend als Strahlungswärme über die Wandflächen ab. Sie benötigt – ähnlich wie die Fußbodenheizung – nur niedrige Vorlauftemperaturen und eignet sich daher ebenfalls sehr gut für den Betrieb mit Wärmepumpen. Vorteilhaft ist ihre schnellere Reaktionszeit, da weniger Masse erwärmt werden muss. Einschränkungen können jedoch durch die Platzierung von Möbeln entstehen, die die Wärmeabgabe beeinträchtigen.
Deckenheizung und Wärmepumpe
Die Deckenheizung besteht aus Rohrleitungen oder Heizmatten, die in oder unter der Deckenfläche installiert werden. Über diese Rohrleitungen fließt warmes Wasser, das die Decke großflächig erwärmt. Die Wärme wird anschließend als Strahlungsenergie gleichmäßig in den Raum abgegeben – ähnlich wie bei Sonnenstrahlen. Entgegen dem verbreiteten Vorurteil entsteht dabei keine unangenehme Hitze am Kopf, sondern eine sanfte, gleichmäßige Wärmeverteilung.
Da nur geringe bauliche Eingriffe erforderlich sind, eignet sich dieses System besonders gut für Sanierungen und Nachrüstungen. In Kombination mit Wärmepumpen profitiert die Deckenheizung von niedrigen Vorlauftemperaturen und bietet zusätzlich die Möglichkeit, im Sommer aktiv zur Kühlung eingesetzt zu werden. Dank ihrer schnellen Reaktionszeit und des flexiblen Einsatzbereichs gilt die Deckenheizung in vielen Fällen als die vielseitigste Lösung unter den Flächenheizungen.
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