Auslegung einer Wärmepumpe [Seite 2 von 2]

Die Innen- und Außentemperaturen werden für die normative Berechnung als konstant angenommen. Da damit die realen Verhältnisse vereinfacht betrachtet werden, handelt es sich um einen stationären Berechnungsansatz. Bei der Berechnung ebenfalls vernachlässigt werden innere Wärmeeinträge (zum Beispiel durch Personen und Elektrogeräte) und in Deutschland außerdem die Effekte durch Sonneneinstrahlung. Der Energieverbrauch zur Trinkwassererwärmung wird entweder über die Wohnfläche oder die Personenanzahl geschätzt, kann aber ebenso wie die Raumtemperatur individualisiert werden.

Wolf-Wärmepumpen-Konfigurator

Um insbesondere zu Beginn der Planungsphase den Aufwand für den Fachhandwerker zu vereinfachen, kann der Wolf-Wärmepumpen-Konfigurator in Anlehnung an die Richtlinienreihe VDI 4650 hilfreich sein. Er deckt die vier zuerst beschriebenen Methoden zur Heizlastberechnung ab. Dieses Tool wurde zusammen mit Fachhandwerkern entwickelt und bildet überschlagsweise neben der Heizlast auch unterschiedliche Nutzerverhalten über vordefinierte, personennormierte Warmwasserbedarfe ab. Der Konfigurator bietet auf kurzem Weg eine einfache und schnelle Auslegung für eine Wolf-Wärmepumpe.

Wichtig: Der Wärmepumpen-Konfigurator ist nicht als Ersatz für eine detaillierte Beratung wie z. B. durch einen Energieberater zu verwenden. Das Tool können registrierte Fachhandwerker im „myWOLF Portal“ nutzen.

www.wolf.eu/profi/wp-konfigurator

Nachgefragt

IKZ: Sie schreiben, dass die Heizlast nicht zu verwechseln ist mit der Leistungsgröße einer Wärmepumpe, da deren Leistung von den Ein- und Ausgangstemperaturen abhängig ist. Was heißt das konkret für die Auslegung, wenn ich beispielsweise mit dem Verbrauchsverfahren eine Heizlast von 14 kW ermittelt habe? Wie gehe ich vor?

Tom Krawietz: Die Heizlast des Gebäudes im Altbau stellt den jeweiligen Wärmebedarf von der Normaußentemperatur bis zur Heizgrenze bei 15 °C Außentemperatur dar. Um die zur Heizlast eines Gebäudes passende Wärmepumpe zu finden, vergleicht man die Gebäudebedarfskennlinie mit den Leistungskurven von Wärmepumpen. Am Bivalenzpunkt entspricht die Heizleistung einer Wärmepumpe genau der Heizlast. Liegt er bei ca. -7 °C, arbeitet die Wärmepumpe im optimalen und effizienten Modulationsbereich. Das bedeutet, dass sie auch bei höheren Außentemperaturen mit langen Laufzeiten im optimalen Leistungsbereich mit hoher Laufruhe arbeitet. Erst an den im Jahresverlauf wenigen besonders kalten Stunden unterhalb von-7 °C ergänzt bei einer korrekt geplanten Wärmepumpe das Elektroheizelement ihre Heizleistung.

IKZ: Inwieweit wird bei dieser Betrachtung der Aufwand für die Warmwasserbereitung berücksichtigt?

Tom Krawietz: Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Heizlast, die als Grundlage für die Beheizung eines Gebäudes herangezogen wird, und der Warmwasserbereitung, die variabel über Zapfprofile gemäß Anhang J der VDI 4645 ausgelegt wird. Die Summe aus Heizlast und Warmwasserbereitung ergibt die Leistungsanforderung für die Wärmepumpe. Bei der Heizlastbestimmung über das Verbrauchsverfahren wird die Warmwasserbereitung „umgekehrt“ berücksichtigt. Die berechnete Heizlast fällt niedriger aus, als der gesamte Verbrauch vorgibt, da der Verbrauch die eingesetzte Energie für die Heizung und das Warmwasser beinhaltet.

IKZ: Moderne Wärmepumpen haben einen hohen Modulationsgrad und meist auch einen Sanft anlauf des Kompressors. Ist eine zu groß ausgelegte Wärmepumpe vor diesem Hintergrund tatsächlich so viel weniger effizient im Vergleich zu einer optimal dimensionierten Wärmepumpe?

Tom Krawietz: Die modulierende Wärmepumpe deckt stufenlos einen defi-nierten Leistungsbereich ab. Bei moderaten Außentemperaturen in der Übergangszeit arbeitet sie bedarfsgerecht bei geringerer Modulation – also mit niedriger Drehzahl – und steigert ihre Leistung bei sinkenden Außentemperaturen oder kurzfristigen Bedarfsschwankungen dynamisch. Die Modulation einer heute üblichen Wärmepumpe liegt bei ca. 30 %. Da die Heizlast bei höheren Außentemperaturen von 10 bis 15 °C jedoch unter 30 % liegt, ist es wichtig, dass die Wärmepumpe eine möglichst niedrige Kleinstlast bereitstellen kann. Eine zu große Wärmepumpe kann dagegen die „kleine“ Wärmemenge nur bereitstellen, indem sie taktet, also wie ein Auto im Stau immer wieder kurz anhält und dann für ein paar Meter anfährt. Sie liefert besonders in der Übergangszeit schnell zu hohe Wärmemengen, so dass sie sofort wieder abschalten muss. Durch dieses ständige Starten und Abschalten kann die Wärmepumpe keinen stabilen Betrieb einregeln, was zu einem weniger effizienten Betrieb führt.

Eine zu große Wärmepumpe arbeitet bei gegebener Heizlast im Vergleich zu kleineren Geräten bei tiefen Temperaturen effizienter. Diese treten im Jahresverlauf jedoch nur an verhältnismäßig wenigen Stunden auf, also ganz im Gegensatz zu den moderaten Übergangstemperaturen, bei denen kleinere Wärmepumpen die höchste Effizienz aufweisen.

IKZ: Der Wärmepumpen-Konfigurator ermittelt die Heizlast überschlägig und kann damit die Auslegung einer Wärmepumpe für die Angebotsphase deutlich vereinfachen. Wie hoch ist in etwa der Zeitaufwand für ein Ein- oder Zweifamilienhaus, wie genau das Ergebnis?

Simon Sporer: Erfahrene Anwender brauchen mit dem Wolf-Konfigurator ca. 3 Minuten für die Auslegung einer Wärmepumpe. Wir bekommen viele Rückmeldungen, dass unsere Verbrauchsprognosen sehr realistisch sind. Gerade auch im Hinblick auf Gebäude, die wir durch Feldtests sehr genau kennen, ließ sich dies bestätigen und die Abweichungen betragen meist weniger als 5 %. Allerdings kann es in Ausnahmefällen – Stichwort „Zusatzheizungen“ wie zum Beispiel dem zusätzlichen Betrieb eines Kachelofens – bei der Heizlastberechnung zu Abweichungen von bis zu einem Drittel kommen – je nachdem wie intensiv die Zusatzheizung zum Einsatz kommt.

IKZ: Letztlich bedarf es für eine Förderung im Rahmen der BEG einer genauen Heizlastberechnung sowie eines hydraulischen Abgleiches. Das kann ich als Unternehmer und Meister/Techniker selber rechnen oder einen Energieeffizienzexperten mit diesen Leistungen beauftragen. Unterm Strich ist das aufwändig. Sehen Sie Potenzial, derartig individuelle Berechnungen künftig mit Hilfe von KI und damit weitgehend automatisiert erledigen zu lassen?

Simon Sporer: Grundsätzlich ist durch das klare gesetzliche Regelwerk und zur Verfügung stehende Normen ein umfassender Einsatz von KI richtig und notwendig. Wir gehen allerdings davon aus, dass der Mensch das Bindeglied dieser Tätigkeiten bleibt. Stellen Sie sich vor, Sie könnten mit Ihrem Smartphone digital die Gebäudegeometrie und alle Räume in 3D erfassen und zum Beispiel Wandstärken, Fenstertypen usw. automatisch detektieren lassen. Den Aufb au der Wand wird das System aber nicht erkennen können und zur Ermittlung realistischer U-Werte auf eine manuelle Eingabe des Anwenders angewiesen sein. Nur so kann teilautomatisiert eine realistische, normkonforme raumweise Heizlast ermittelt werden.