Wärmepumpen-Heizung: Systemkonzepte Monoenergetisch/Bivalent, Auslegungsprinzipien nach VDI 4645, Deckungsanteil, Betriebskosten und Wirtschaftlichkeitsvergleich Gasheizung.
Eine Wärmepumpen-Heizung ist ein vollständiges Wärmeversorgungssystem, das die Wärmepumpe als Hauptwärmeerzeuger mit weiteren Systemkomponenten (Pufferspeicher, Heizkreisverteilung, Trinkwarmwasser-Bereitung, ggf. Spitzenlasterzeuger) zu einer funktionstüchtigen Heizanlage verbindet.
Die Auslegung einer Wärmepumpen-Heizung folgt VDI 4645 (Planung und Ausführung von Wärmepumpenanlagen) und berücksichtigt die Heizlast nach DIN EN 12831, den Systemtyp (mono- oder bivalent), den Aufstellungsort und die Heizflächencharakteristik.
Norm: VDI 4645:2018 (Wärmepumpen-Auslegung), DIN EN 12831-1:2017 (Heizlastberechnung), DIN EN 14511 (WP-Prüfung), GEG 2024 (65%-EE-Anforderung)
Die monoenergetische Wärmepumpen-Heizung deckt die gesamte Wärmeversorgung mit der Wärmepumpe (Strom als einziger Energieträger), ergänzt durch einen elektrischen Heizstab für Spitzenlasttage:
| Komponente | Funktion |
|---|---|
| Wärmepumpe (Haupt-WE) | 95–98 % der Jahresheizarbeit |
| Elektrischer Heizstab | 2–5 % Spitzenlast (< –5°C Außentemperatur) |
| Pufferspeicher | Taktschutz, Entkopplung |
| Heizkreisverteilung | FBH oder Heizkörper |
Vorteil: Nur ein Energieträger (Strom), einfache Installation, kein Gas-/Ölanschluss. Nachteil: Heizstab hat COP ≈ 1,0 (100 % Stromverbrauch) — wirtschaftlich nur, wenn selten aktiv.
Bei der bivalenten Wärmepumpen-Heizung wird ein zweiter Wärmeerzeuger (Gas, Öl, Fernwärme oder Pellets) für Spitzenlasttage genutzt:
| Betriebsweise | Erklärung |
|---|---|
| Bivalent-alternativ | WP bei T > Bivalenzpunkt, Gaskessel bei T < Bivalenzpunkt (keine Gleichzeitigkeit) |
| Bivalent-parallel | WP + Gaskessel laufen gleichzeitig, wenn WP-Leistung nicht ausreicht |
| Bivalent-teilparallel | Kombination: parallel bis zu einem zweiten Grenzpunkt, dann alternativ |
Der Bivalenzpunkt liegt bei Luft-Wasser-WP typischerweise bei –3 bis –7°C Außentemperatur — ab dieser Temperatur ist die WP-Leistung kleiner als die Gebäude-Heizlast.
Die Norm-Heizlast Φ_HL des Gebäudes bei der Normaußentemperatur θ_e ist die Grundlage für die WP-Dimensionierung.
Faustformel monoenergetisch: WP-Leistung ≈ 50–80 % der Norm-Heizlast
Durch die statistisch seltenen Extremkältetage (< –5°C) werden nur ca. 2–5 % der Jahresheizarbeit bei Temperaturen unterhalb des WP-Auslegungspunkts erzeugt — der Heizstab deckt diese Restmenge.
| Norm-Heizlast | Empfohlene WP-Leistung | Heizstab-Reserve |
|---|---|---|
| 6 kW | 5–6 kW | 2–3 kW |
| 10 kW | 7–9 kW | 3–4 kW |
| 15 kW | 10–13 kW | 4–6 kW |
| 20 kW | 14–17 kW | 5–8 kW |
Die erreichbare JAZ hängt von Vorlauftemperatur und Anlagentyp ab:
| Gebäudetyp | VL-Temperatur | LWWP | SWWP |
|---|---|---|---|
| Neubau GEG, FBH | 30–35°C | 4,5–5,5 | 5,0–6,0 |
| Sanierter Altbau, FBH | 35–45°C | 3,8–4,8 | 4,5–5,5 |
| Altbau, größere HK | 45–55°C | 3,0–3,8 | 3,8–4,8 |
| Altbau, unsaniert | 55–70°C | 2,2–3,0 | 2,8–3,8 |
Jahres-Stromkosten WP: W_el = W_Heiz / JAZ [kWh_el] Kosten = W_el × Strompreis [€]
Vergleich Gas vs. WP (Beispiel EFH 150 m², Heizwärmebedarf 15.000 kWh/a):
| Heizung | Jahresenergie | Preis/Einheit | Jahreskosten |
|---|---|---|---|
| Gas-Brennwert (η = 0,95) | 15.790 kWh Gas | 0,12 €/kWh | 1.895 € |
| LWWP (JAZ 4,0) | 3.750 kWh Strom | 0,30 €/kWh | 1.125 € |
| LWWP (JAZ 3,0) | 5.000 kWh Strom | 0,30 €/kWh | 1.500 € |
| SWWP (JAZ 5,0) | 3.000 kWh Strom | 0,30 €/kWh | 900 € |
Bei JAZ ≥ 3,0 und Gaspreis 0,12 €/kWh / Strompreis 0,30 €/kWh ist die WP bereits kostengünstiger als Gas — der Break-even liegt bei COP_break = Strompreis / (Gaspreis / η_Gas) ≈ 2,4.
Ab 2024 (für Bestandsgebäude gestaffelt bis 2026/2028 je nach Fernwärme-Wärmenetzausbau) gilt: Neue Heizsysteme müssen mindestens 65 % der Wärme aus erneuerbaren Energien erzeugen. Die Wärmepumpe erfüllt diese Anforderung per Definition, da sie Umweltwärme nutzt und ihr Primärenergiefaktor (nach GEG) günstiger als Gas ist.
Die GEG-Anforderung gilt bei Einbau neuer Heizungsanlagen — eine Wärmepumpen-Heizung ist damit die GEG-konforme Standardlösung für Neu- und Bestandsgebäude.
Sehr große Gebäude (Gewerbe, MFH > 1.000 m²) können wirtschaftlich oft besser mit Fernwärme oder Blockheizkraftwerk versorgt werden. Für Wohngebäude bis ca. 500 m² Wohnfläche ist die Wärmepumpe in der Regel wirtschaftlich darstellbar — die Heizlast allein ist kein Ausschlusskriterium.
Ja, mit dem richtigen Systemkonzept. Die Vorlauftemperatur muss abgesenkt werden können (Heizflächenvergrößerung oder Heizkörpertausch) und der Pufferspeicher muss dimensioniert werden. In vielen Altbauten ist nach einfacher Sanierung (Fensterdämmung, Dämmung oberste Geschossdecke) eine Absenkung auf 45–50°C VL möglich, bei der die WP wirtschaftlich arbeitet (JAZ 3,5–4,0).