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Heizkörper und Wärmepumpe

Ja, Heizkörper können effizient bei niedrigen Systemtemperaturen betrieben werden

In Skandinavien wird die Kombination aus Wärmepumpe und Heizkörper bereits seit Jahren erfolgreich genutzt. Dieses Praxisbeispiel zeigt, dass Heizkörper auch bei niedrigen Systemtemperaturen, z.B. 55/45°C effizient betrieben werden können. Ergänzt werden diese Erfahrungen durch Ergebnisse aus einem Feldtest von Prof. Christer Harrysson (Örebro Universität in Schweden).

Zwölf Monate lang wurde der Energieverbrauch in 130 Einfamilienhäusern aus den 1980er-Jahren in Kristianstad (Schweden) untersucht. Der energetische Standard der untersuchten Häuser ist vergleichbar mit den Vorgaben der EnEV 2009 in Deutschland. Ein Grund ist die Reaktionsschnelligkeit der Heizkörper. Mit ihrer geringen thermischen Masse reagieren moderne Heizkörper extrem rasch auf Wärmegewinne (z. B. durch Sonneneinstrahlung) und -verluste (z. B. durch ein geöffnetes Fenster beim Lüften). Vor allem Wärmegewinne können so optimal genutzt und wertvolle Heizenergie gespart werden. Dies wird auch durch eine Studie von Prof. Jarek Kurnitski Technische Universität Helsinki bestätigt.

Wärmepumpen im Neubau und Altbau

Beim Einsatz von Wärmepumpen im Neu- und Altbau, können diese effizienter betrieben werden, je niedriger die benötigte maximale Vorlauftemperatur des Heizsystems ist.

Im Neubau ist die Kombination aus gut gedämmtem Gebäude, Wärmepumpe und Heizkörper, welche bei Temperaturen von 55/45°C betrieben werden kein Problem. Im Altbau, wenn ein alter Heizkessel durch eine Wärmepumpe ersetzt wird oder bereits eine Wärmepumpe installiert ist, aber die Systemtemperaturen weiter gesenkt werden sollen, z. B. auf 45/35 °C, ist es wichtig, alle Elemente des Wärmepumpensystems zu überprüfen, einschließlich der Wärmeverteilung und der Heizkörper.

Die Senkung der Vorlauftemperatur kann durch Realisierung zweier Modernisierungsmaßnahmen, zum einen durch Verbesserungen an der Gebäudehülle und andererseits mit Änderungen an den Heizflächen, vorgenommen werden. Eine Kombination aus beiden Maßnahmen ist in den seltensten Fällen notwendig. Daher sind bei der Heizungsmodernisierung begleitende oder zukünftig geplante Wärmedämmmaßnahmen bei einem Bestandsgebäude zu berücksichtigen, die neben der resultierenden Energieeinsparung auch die maximal benötigten Vorlauftemperaturen des Heizsystems reduzieren. Für eine optimale Energieeffizienz ist daher ein Austausch der alten Heizkörper häufig erforderlich.

Betrieb einer Wärmepumpenanlage

Für den Betrieb einer Wärmepumpenanlage ist eine sorgfältige Planung und Auslegung der kompletten Anlage (Wärmequelle, Wärmepumpe, Wärmeverteilung und Wärmeübergabe) notwendig. Dazu gehören im Detail: Ermittlung von Heizlast (Raum und Gebäude) und ggf. Trinkwarmwasserbedarf. Auswahl einer geeigneten Hydraulik, ggf. Dimensionierung eines Pufferspeichers. Ein Heizungs-Pufferspeicher kann auch erforderlich werden, wenn in der Heizungsanlage vorwiegend Heizkörper installiert sind oder zwischen Energieversorger (EVU) und Betreiber ein Tarifmodell mit Sperrzeiten vereinbart wurde. Prüfung der Auslegung vorhandener Heizflächen und gegebenenfalls Austausch unterdimensionierter oder ungeeigneter Heizflächen; alternativ Ergänzung um zusätzliche Heizflächen. Prüfung und eventueller Austausch von Armaturen und Ventilen, Durchführung des hydraulischen Abgleichs. Eine vollständige Übersicht der erforderlichen Planungsschritte liefert die VDI 4645.

Funktion im Detail

Heizkörper sind leistungsstark, bedarfsgerecht, frei zu positionieren und individuell zu regeln. Um eine wirtschaftliche Arbeitszahl der Wärmepumpe zu erreichen, sollte die Vorlauftemperatur möglichst niedrig gehalten werden. Temperaturen im Bereich von 40 °C bis 50 °C im Vorlauf haben sich als optimal erwiesen, um den Komfort eines Heizkörpersystems auch im Wärmepumpenbetrieb genießen zu können.

Heizkörper geben ihre Wärme auf zwei Arten an den Raum ab. Die Luft rund um den Heizkörper erwärmt sich an dessen warmer Oberfläche, steigt über dem Heizkörper nach oben und erwärmt so mittels Konvektion allmählich die Raumluft. Unmittelbarer wirkt die Wärmestrahlung. Die vom Heizkörper ausgesandten Wärmestrahlen dringen ungerichtet in den Raum und werden dort, wo sie auftreffen, direkt als Wärme spürbar. Wenn die Vorlauftemperatur eines Heizkörpers unter 40 °C sinkt, reduziert sich der konvektive Anteil der Heizwärme deutlich, da die Temperaturunterschiede zwischen Heizkörper und zu erwärmender Luft zu geringeren Auftriebskräften führen. Strahlungswärme hingegen wird auch bei sehr niedrigen Temperaturen wirksam. Daher sind im Temperaturbereich unter 50 °C Heizkörper mit großen Strahlungsflächen zum Raum maßgebend. Das behagliche Wärmegefühl wird so speziell bei niedrigen Vorlauftemperaturen erhöht.

In den vergangenen Jahrzehnten war immer wieder die Diskussion darum, ob die Heizkörper mit zunehmender Wärmedämmung und veränderten Systemtemperaturen kleiner oder größer werden müssten. Tatsache ist, dass die geringere Heizlast infolge von Verbesserungen an der Gebäudehülle einherging mit der Änderung der Systemtechnik. Durch die geringe thermische Masse eines Heizkörpers ist dessen Größe annähernd gleichgeblieben. Generell lässt sich feststellen, dass bei entsprechender Reduzierung der Heizlast des Gebäudes Wärmepumpen im Bestand mit etwa gleichgroßen Heizkörpern wie zuvor effizient betrieben werden können. Außerdem wurden Heizkörper in der Vergangenheit oft überdimensioniert und können daher ohne Änderung in der bestehenden Konstellation übernommen werden. Im Einzelfall ist dies unter Einbeziehung aller Einflussfaktoren rechnerisch zu überprüfen sowie durch optimale Systemeinstellung und hydraulischen Abgleich umzusetzen.