Wärmepumpe und Flächenheizung – ein Traumpaar

Flächenheizungen sind heute gern gesehen: Mehr als 60% der neu erstellten Heizflächen in Ein- und Zweifamilienhäusern werden laut Herstellerangaben inzwischen mit diesen Systemen ausgestattet und oftmals mit einer Wärmepumpe kombiniert. Wärmepumpen können bei geringen Betriebskosten mit 1 kWh Energie bis zu 5 kWh Wärme erzeugen.

Eine Faustregel besagt: Je geringer der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle (Luft, Wasser, Erdwärme) und Wärmeverbraucher (Fußboden-, Wand- oder Deckenheizung), desto wirtschaftlicher arbeitet die Wärmepumpe. Aber auch hinsichtlich der Auslegung und Regelung von Flächenheizungen sind einige Punkte zu beachten. Etwa die Verlegung der Fußbodenheizung in Räumen mit einer Fläche ab 6 m2. Bislang werden die vom Fußbodenheizungsverteiler abgehenden Anbindeleitungen in den ­Estrich eingebettet. Durch die hier durchlaufenden, häufig mit Dämmhülsen versehenen Zuleitungen bleibt oft nicht genügend Installationsraum, um einen eigenen Heizkreis zu verlegen. Ein bedarfsgerechtes Beheizen des Durchgangsraums ist daher nur bedingt möglich.

Spezielle Lösungen
Allerdings bieten Hersteller inzwischen Lösungen an, um die richtlinienkonforme Verlegung einer Flächenheizung sicherzustellen. So besteht beispielsweise die Möglichkeit, die Anbindeleitungen im Verteilerbereich mit über die Heizrohre fixierten PE (Polyethylen)-Streifen zu dämmen. Hiermit lässt sich die Wärmeabgabe der Heizrohre im Verteilerbereich je nach Verlegeabstand, Systemtemperatur und Bodenbelag um bis zu 55% reduzieren.
Andere neu entwickelte Techniken sollen dagegen nicht nur die Überhitzung kleiner Räume verhindern, sondern auch die Regelung dieser Bereiche erlauben. Etwa das System „x-net connect“ des Herstellers Kermi, bei dem die Zuleitungen ab dem Verteiler in der 30 mm dicken Trittschalldämmebene „connect base“ aus Polystyrol unter dem Estrich geführt werden. Die Minderung der Trittschalldämmung durch die für die Verlegung der Rohre erforderlichen Einschnitte kompensiert die darauf verlegte 6 mm starke PE-Schaumschicht. Um die Verlegung des Abdeckelements zu erleichtern, ist dieses mit einer selbstklebenden Rückseite ausgestattet.
Auch bei der Systemlösung „Vario Heat Protect“ des Herstellers Uponor werden die Flächenheizungsrohre bis zu den zu beheizenden Räumen in der Dämmebene unterhalb des Estrichs geführt. Hier lässt sich die Oberflächentemperatur in den kritischen Bereichen um 8 K reduzieren und eine unkontrollierte Wärmeabgabe in der Nähe von Heizkreisverteiler und Anbindeleitungen um bis zu 80% verringern. Das Dämmschicht-Verlegesystem setzt sich aus 1200 x 600 mm großen vorgefertigten Verteiler- und Anbindungsplatten zusammen. Die Verteilerplatten weisen ein vorgefrästes Raster für die Leitungsführung von bis zu zwölf Heizkreisen auf. Die Rohrführung zu den zu beheizenden Räumen erfolgt über die Anbindungsplatten. Es ist möglich, das mit der 3 mm dicken Klett-Faltplatte abgedeckte System nahtlos in das Klett-Nass­bau­sys­tem von Uponor zu integrieren.

Fit für die Zukunft
Wegen der klimatischen Entwicklung erwarten Hersteller auch für den privaten Wohnbereich eine erhöhte Nachfrage nach Kühlsystemen. Sind Wärmepumpen mit einer Zentralregelung ausgestattet, können sie sich automatisch auf den Winter- oder Sommerbetrieb umstellen und je nach Anforderung warmes oder kaltes Wasser durch die Flächensysteme fördern. Ein Signal zeigt an, in welchem Modus sich die Anlage gerade befindet. Im Gebäude sorgen Raumthermostate mit umkehrbarer Regelung für das Beheizen und Kühlen der Räume, wobei die Temperaturregelung kabelgebunden, funkbasiert oder mittels App erfolgen kann. Programmierbare Raumregler und Smart-Home-Produkte erlauben es dem Nutzer zudem, auf Tag und Uhrzeit festgelegte Schaltzeiten und Temperaturniveaus einzustellen. Funkgebundene Systeme gewinnen gerade im Bereich der Gebäudesanierung zunehmend an Bedeutung. Darüber hinaus messen Raumfühler die relative Luftfeuchtigkeit innerhalb eines Raums, um eine Taupunktunterschreitung zu verhindern.
Eine Taupunktunterschreitung führt zur Kondenswasserbildung, was eine Schädigung der Bausubstanz, beispielsweise durch Feuchtigkeit und Schimmel, nach sich ziehen kann. Der Heizkreis wird deshalb beim Erreichen eines vorab eingestellten Grenzwerts von normalerweise 80% Luftfeuchtigkeit automatisch geschlossen.
Die Art der Kaltwassererzeugung lässt sich in eine passive und eine aktive Kühlung unterteilen. Die passive Kühlung kommt ohne den Kompressor der Wärmepumpe aus. Sie basiert meist auf Wasser/Wasser- und Sole/Wasser-Wärmepumpen, die das Erdreich oder das Grundwasser als regenerative Quelle nutzen. Im Kühlfall wird das Temperaturniveau mittels einer Umwälzpumpe über einen Wärme­übertrager an das Anlagenwasser übertragen, wobei die Wärmepumpe durch eine Bypass-Schaltung umgangen wird. Allerdings kann hier die Kühlleistung der Kollektoren durch den fortlaufenden Wärmeeintrag abnehmen.
Die deutschlandweit am häufigsten genutzten Luft/Wasser-Wärmepumpen eignen sich nur bedingt zur passiven Flächenkühlung, weil die Außenluft als Kühlquelle meist gleiche bzw. höhere Temperaturen aufweist als der zu kühlende Raum. Also kommt in der Regel die aktive Kühlung zum Tragen, bei der der Verdampfer zum Verflüssiger wird und der Verflüssiger zum Verdampfer. Das geschieht meist mit einem 4-Wege-Ventil im Kältekreislauf. Es kehrt die Flussrichtung des Kältemittels um und macht so die Fußbodenheizung zur Flächenkühlung. Weil dazu ein Kompressor läuft, fallen im Vergleich zur Passivkühlung höhere Kosten an. Dafür ist die Kälteleistung aber auch höher.
Ferner besteht die Möglichkeit, die aktive und passive Kühlung miteinander zu kombinieren. In diesem Fall arbeitet die Wärmepumpe bis zu einer bestimmten Außentemperatur in passiver Betriebsweise. Sobald die Temperaturdifferenz zwischen dem zu kühlenden Gebäude und der Umgebung nicht mehr ausreicht, schaltet die Wärmepumpe eigenständig auf den aktiven Kühlbetrieb um.

COP-Wert
Die Energieeffizienz und Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe lässt sich am COP-Wert (Coefficient of Performance) ablesen. Dieser Wert ermöglicht es, das Verhältnis der abgegebenen Wärmeleistung zur aufgenommenen elektrischen Leis­tung aufzuzeigen. So erzielen Luft/Wasser-Wärmepumpen meist Werte zwischen 3 und 4, Wasser/Wasser-Wärmepumpen dagegen Werte bis zu 5.
Aussagekräftiger ist das tatsächliche Verhältnis der eingesetzten und gewonnenen Energie. Sie lässt sich nur bei einer tatsächlich in einem Gebäude installierten Wärmepumpe ermitteln, und zwar über ein Jahr hinweg. Diese sogenannte Jahresarbeitszahl (JAZ) gibt das Verhältnis des realen Jahresertrages an Heiz­energie zur aufgewendeten Antriebs- und Hilfs­energie an.

Fazit
Flächenheizungen und -kühlungen kennzeichnen sich durch geringe Betriebstemperaturen. Bedarfsgerechte Steuerungen bieten zudem einen hohen Bedienkomfort. Obwohl grundsätzlich mit allen Wärmeerzeugern kompatibel, sind Flächensysteme der ideale Partner für energieeffiziente Wärmepumpen.

Autor: Carola Tesche, freie Journalistin