Geschäftsfeld Wärmepumpe: So planen Sie richtig

Um die Besonderheiten bei der Planung von Heizungsanlagen mit Wärmepumpen darzustellen, wurde die VDI 4645 „Heizungsanlagen mit Wärmepumpen in Ein- und Mehrfamilienhäusern – Planung, Errichtung, Betrieb“ geschaffen. Diese Richtlinie führt durch den kompletten Planungsprozess der Wärmepumpenanlage von der Voruntersuchung über die Grundlagenermittlung bis zur Detailplanung.

In weiteren Kapiteln werden außerdem Auftragsvergabe, Inbetriebnahme und Wartung von Wärmepumpen beschrieben, was an dieser Stelle aber nicht das Thema sein soll.

Wir stellen Ihnen die wichtigsten Punkte vor, die Sie beim Planen einer Wärmepumpe unbedingt beachten sollten.

1. Wärmepumpe für Neubau oder Bestand

Grundsätzlich unterscheiden sich die Vorgehensweisen beim Planen von Wärmepumpen im Neubau und im Bestandsgebäude. Beim Neubau gibt es viele Freiheitsgrade. Gebäude, Wärmepumpe und Heizungsanlage können perfekt aufeinander abgestimmt werden.

Bei Bestandsgebäuden muss der Fachhandwerker mit den vorhandenen Gegebenheiten zurechtkommen und überprüfen, ob das Gebäude grundsätzlich geeignet für eine Wärmepumpenheizung ist bzw. welche Maßnahmen notwendig sind, um die Eignung und eine hohe Effizienz der Wärmepumpe zu erreichen.

Für die Planung der Wärmepumpenanlage sind einige Vorüberlegungen wichtig:

• Wie sind die Anforderungen der künftigen Nutzer?
• Wofür soll die Wärmepumpe im Haus genutzt werden, z. B. nur zum Heizen?
• Soll auch die Trinkwassererwärmung durch die Wärmepumpe erfolgen?
• Soll mit der Wärmepumpe auch gekühlt werden?
• Ist die Kombination mit einer ­Lüftungsanlage gewünscht?

Sind diese Fragen geklärt, kann darüber der Bedarf der geplanten Wärmepumpe abgeschätzt werden.

2. Wärmequelle auswählen

Im nächsten Schritt folgt die Auswahl der Wärmequelle für die Wärmepumpe. Hierbei sind vor allem zu berücksichtigen:

• Präferenzen des Bauherrn
• Möglichkeiten zur Nutzung von Erdwärme
• Aufstellbedingungen bei Luft/Wasser-Wärmepumpen
• Möglichkeit der Nutzung von Grund­wasser als Wärmequelle
• Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe
• Weitere Quellen können ggf. erwogen werden: Abwasser, Eisspeicher etc.

3. Heizlast immer detailliert berechnen

Für eine erste grobe Dimensionierung der Wärmepumpe kann die überschlägige Ermittlung der Heizlast dienen. In Bestandsgebäuden kann dies beispielsweise über die Analyse des bisherigen Verbrauchs beim Heizen erfolgen.

Bei bestehenden Gebäuden ohne bekannte Verbrauchswerte kann die Heizlast näherungsweise aus der beheizten Wohnfläche im Haus und dem spezifischem Energieverbrauch der Heizung ermittelt werden (Bild 1). Der Bundesverband Wärmepumpe stellt dazu auch ein Onlinetool zur Verfügung.

Alle Näherungsverfahren dürfen nur für eine Grobauswahl verwendet werden. Sie ersetzen niemals eine detaillierte Berechnung der Heizlast nach DIN EN 12831. Auf diese sollte unter keinen Umständen verzichtet werden. Sie ist notwendig für folgende Punkte:

• Dimensionierung der Wärmepumpe
• Auslegung des Wärmeübergabe­systems (z.B. Fußbodenheizung)
• Auslegung des Wärmeverteilsystems und der Anlagenkomponenten
• Festlegung der Systemtemperaturen
• Festlegung der Betriebsweise
• Berechnung des hydraulischen ­Abgleichs

4. Dimensionierung der Wärmepumpe

Für die Auswahl einer geeigneten Wärmepumpe sind außer der Norm-Gebäudeheizlast noch folgende Angaben notwendig:

• Ist ein Zuschlag für die Trinkwassererwärmung notwendig? Hierfür bietet die VDI 4645 ein Berechnungsverfahren.
• Ist eine bivalente Betriebsweise gewünscht? Für einen geringen Teil der Heizarbeit ist dann ein Elektroheizstab zuständig.
• Sind EVU-Sperrzeiten zu berücksichtigen? Für den Ausgleich der gängigen maximalen Unterbrechung von 3 x 2 Stunden ist eine höhere Leistung der Wärmepumpe im monovalenten oder im monoenergetischen Betrieb notwendig.

5. Heizung: Wärmeübergabe

Die Auslegung von Flächenheizungen oder Heizkörpern sollte nach einer anerkannten Regel durchgeführt werden. Im Gebäudebestand muss die Eignung der vorhandenen Heizflächen für Wärmepumpen überprüft werden: Sind die vorhandenen Heizkörper zum Heizen mit einer Wärmepumpe überhaupt geeignet? Für die Berechnung der Heizleistung bei geringeren Systemtemperaturen bietet der BWP ein Online-Rechentool an.

Im Sinne eines möglichst effizienten Betriebs kann die Anlage durch den Austausch der ungünstigsten Heizkörper optimiert werden. Ziel dabei ist es, die erforderliche Vorlauftemperatur zu senken. Eine maximale Vorlauftemperatur von 55°C ist beim Heizkörper anzustreben. Bei vorhandenen Fußbodenheizungen mit unzureichender Sauerstoffdiffusionsdichtigkeit sollte eine Systemtrennung vorgesehen werden.

6. Rohrleitungen und Hydraulik

Die Rohrnetzberechnung und die Auslegung der Komponenten für Wärmepumpen werden nach anerkannten Regeln durchgeführt. Für die hydraulischen Schaltungen bieten die Wärmepumpenhersteller Schemata an. Einige geeignete Hydrauliken hat der BWP in seinem Leitfaden Hydraulik beschrieben (Bild 2).

Im Gebäudebestand gelten besondere Bedingungen:

• Der Zustand der Rohrleitungen ist zu prüfen: Durchmesser, Korrosion und Dämmung.
• Ggf. vorhandene Schlamm- und ­Luftabscheider sind zu prüfen.
• Thermostatventile sollten ausgetauscht werden.
• Einzelraumregelung ist vorzusehen.
• Ein hydraulischer Abgleich ist vorzunehmen.

6. Wärmepumpe zur Trinkwassererwärmung

Der Bedarf an warmem Trinkwasser ist schwer abschätzbar. Näherungsweise kann man von einem Bedarf von 1,2 bis 1,5 kWh pro Tag und Person ohne Speicher- und Verteilverluste ausgehen. Für Leitungsverluste (ohne Zirkulation) kann etwa 1 kWh pro Tag und Nutz­einheit angenommen werden.

Der Trinkwasserhygiene sollte besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden, einschlägige Normen und Richtlinien sind zu beachten, beispielsweise DIN 1988-200 und das DVGW-Arbeitsblatt W551. Bei Bestandsgebäuden sind ebenfalls die Rohrleitungen und Komponenten der Trinkwasserversorgung zu prüfen (Korrosion, Dämmung, Werkstoffe etc.).

Mit Wärmepumpen bieten sich grundsätzlich mehrere Möglichkeiten der Trinkwassererwärmung:

• Die Heizungswärmepumpe übernimmt die Trinkwassererwärmung, sie muss dann ggf. größer dimensioniert werden, um den zusätzlichen Leistungsbedarf zu decken. Die Energie kann dann entweder direkt als warmes Trinkwasser gespeichert werden oder in einem Pufferspeicher, über den anschließend das Trinkwasser im Durchlaufprinzip erwärmt wird. Letzteres bietet Vorteile bezüglich der Trinkwasserhygiene und kann gebäude- oder wohnungszentral in Frischwasserstationen erfolgen.
• Eine spezielle Warmwasserwärmepumpe (Bild 3) übernimmt die Trinkwassererwärmung: Sie ist auf die Anforderungen optimiert und enthält einen integrierten Speicher, üblicherweise mit Inhalten zwischen 150 und 300 l. Wärmequelle ist meist die Luft des Aufstellraumes. Als Zusatznutzen wird dieser gekühlt und getrocknet, wobei Kondensat anfällt, das abgeleitet werden muss.

Das Berechnungsverfahren nach DIN 4708-2 ist für Wärmepumpenheizungen ungeeignet. Die VDI 4645 bietet dafür zwei Verfahren an: ein ausführliches und ein vereinfachtes, welches nur für Ein- und Zweifamilienhäuser geeignet ist. Mit beiden Verfahren können der Warmwasserbedarf und die erforderliche Speichergröße ermittelt werden. Im ausführlichen Verfahren werden Zapfprofile nach EN 15450 verwendet.

7. Wärmepumpe richtig planen: Elektrischer Anschluss

In der Planungsphase sollte die Entscheidung feststehen, ob ein Sondertarif für Wärmepumpenstrom genutzt werden soll. Dadurch ergeben sich neben höheren Leistungsanforderungen für die Sperrzeitenüberbrückung auch Anforderungen an die elektrische Infrastruktur im Gebäude: Ist ein zweiter Stromzähler notwendig, ist im Schaltschrank ein weiterer Zählerplatz vorzusehen.

Bei Bestandsgebäuden muss geprüft werden, ob der vorhandene elektrische Anschluss für die Wärmepumpe ausreichend ist. Weitere Überlegungen sind u.a. abhängig vom Bedarf oder Wunsch des Bauherrn:

• Kabelführungen
• Smart-Grid-Optionen
• Energiemanagementsysteme
• Einbindung Photovoltaik

8. Nicht vergessen: Rückbau der alten Anlage

Ein weiteres Erfordernis im Altbau ist der Rückbau der bisherigen Anlage. Für die Entsorgung von Kesseln, Öltanks, alter Heizkörper und weiteren Komponenten der alten Heizung fallen Kosten an. Ggf. kann die weitere Nutzung frei werdender Flächen mitgeplant werden (Hobbyraum, Sauna, Weinkeller etc.).

Dieser Beitrag ist zuerst erschienen in SBZ 10/2022. Alexander Sperr ist Referent für Normung und Technik beim Bundesverband Wärmepumpe e.V..