Eine Leistungsreserve sieht nach einer billigen Versicherung aus. Beim Angebot kostet sie fast nichts - eine Nummer größer, ein überschaubarer Aufpreis und die Beruhigung, dass in einer Kältewelle niemand anruft und sich beschwert. Die Kosten dieser Versicherung zeigen sich später, und der Kunde zahlt sie, jeden Monat, solange die Anlage läuft.
Dieser Artikel erklärt, was in einer überdimensionierten Wärmepumpe tatsächlich passiert, woher der Reflex kommt, Leistung aufzuschlagen, und wie du ein Gerät so auslegst, dass du die Wahl gegenüber dem Kunden vertreten kannst.
Was „überdimensioniert“ bedeutet
Es geht nicht um eine große Zahl Kilowatt an sich. Eine Wärmepumpe, die bei Auslegungsbedingungen 16 kW liefert, ist in einem Gebäude mit 15 kW Heizlast richtig ausgelegt; eine, die dort 8 kW liefert, ist in einem Gebäude mit 4 kW Heizlast um den Faktor zwei überdimensioniert.
Zwei Verhältnisse zählen:
- die Leistung des Geräts im Verhältnis zur Norm-Heizlast des Gebäudes - also zum Ergebnis der Heizlastberechnung für genau dieses Gebäude an genau diesem Standort;
- die untere Modulationsgrenze des Geräts im Verhältnis zum Bedarf des Gebäudes während des größten Teils der Heizperiode - das Verhältnis, über das viel seltener gesprochen wird und das darüber entscheidet, wie die Wärmepumpe tatsächlich läuft.
Warum eine zu große Wärmepumpe nicht einfach langsamer laufen kann
Ein Inverter-Verdichter moduliert seine Leistung, aber nur innerhalb eines Bereichs. Unter eine bestimmte Schwelle geht er nicht, und diese Schwelle streut zwischen den Geräten stark. Die Zahl allein sagt wenig ohne zwei Angaben: den Betriebspunkt, für den sie gilt, und wovon sie ein Anteil ist. Herstellerdaten nennen meist einen Leistungsbereich bei einem bestimmten Punkt (zum Beispiel A7/W35) - und dieser Bereich, nicht ein aus dem Modellnamen abgelesener Prozentsatz, ist dem Bedarf des Gebäudes gegenüberzustellen.
Zugleich braucht ein Gebäude seine volle Heizlast nur in der kältesten Stunde des Jahres. Bei 20 °C innen und -20 °C Norm-Außentemperatur liegt der Bedarf bei null Grad draußen bei etwa der Hälfte der Heizlast, bei plus acht bei etwa einem Drittel. Den größten Teil der Heizperiode verbringt die Anlage in diesem Teillastbereich, nicht in einer Kältewelle.
Legt man diese beiden Tatsachen übereinander, hat man den Kern des Problems:
Die Modulationsgrenze gegen den Bedarf des Gebäudes
Sinkt der Bedarf des Gebäudes unter die Mindestleistung des Geräts, kann die Wärmepumpe nicht weniger liefern. Es bleibt nur abschalten, warten und wieder starten. Das ist Takten - und bei einem überdimensionierten Gerät passiert es auch bei einwandfreier Hydraulik.
Je größer die Maschine, desto höher liegt ihre Untergrenze im Verhältnis zum Bedarf des Gebäudes, und desto größer ist der Teil der Heizperiode, den das schraffierte Band abdeckt.
Was Takten tatsächlich kostet
Jahresarbeitszahl. Der Katalog-COP wird im stationären Betrieb nach DIN EN 14511 gemessen. Der SCOP wird gar nicht gemessen - er wird nach DIN EN 14825 für ein Referenzgebäude berechnet, dessen Heizlast zur Leistung des Geräts passt. Das Takten geht in diese Berechnung als pauschaler Minderungsfaktor ein, angenommen für ein passend ausgelegtes Gerät und nicht für eine Maschine, die den größten Teil der Heizperiode taktet. Der angegebene SCOP und die in einem solchen Gebäude erreichte Effizienz sind deshalb zwei verschiedene Zahlen.
Verschleiß des Verdichters. Hersteller begrenzen die zulässige Zahl der Starts pro Stunde, weil ein Start den Verdichter anders belastet als der Dauerbetrieb: Anlaufstrom, Ölverlagerung und Temperaturwechsel. Ein Gerät, das mehrmals pro Stunde startet, statt gleichmäßig zu laufen, verbraucht dieses Kontingent viel schneller.
Komfort. Taktbetrieb bedeutet schwankende Vorlauftemperaturen und in einer Anlage mit geringer Speichermasse auch schwankende Raumtemperaturen. Das ist der Teil, den der Kunde bemerkt, ohne auf eine Rechnung zu schauen.
Konflikt mit dem Warmwasser. Die Warmwasserbereitung unterbricht die Raumheizung. Bei einer Wärmepumpe, die ohnehin taktet, vervielfachen sich diese Unterbrechungen einfach.
Woher der Reflex kommt, Leistung aufzuschlagen
Vier Ursachen, alle nachvollziehbar:
Eine Gewohnheit aus der Zeit der Kessel. Ein Gaskessel moduliert über einen sehr weiten Bereich, und eine Überdimensionierung kostet bei ihm wenig. Der Reflex „ich nehme den größeren und habe Ruhe“ wird direkt aus einer Technik übernommen, in der er tatsächlich funktioniert hat. Bei einer Wärmepumpe funktioniert er nicht.
Warmwasser direkt auf die Heizleistung aufschlagen. Warmwasser ist eine zeitweise, zeitlich versetzte Last, keine konstante Leistung, die zum Bedarf des Gebäudes hinzukommt. Ein linearer Aufschlag bläht das Ergebnis auf, und mit einem richtig bemessenen Speicher und Vorrangschaltung ist er meist gar nicht nötig.
Eine Faustformel statt einer Berechnung. Der W/m²-Wert streut weiter als der Unterschied zwischen einer Geräteklasse und der nächsten. Wir haben das an unserem eigenen Modul gemessen: Für ein einzelnes Gebäude, dessen vollständige Berechnung nach DIN EN 12831-1 8,40 kW ergab, liefert die Schätzung nach Faustformel alles zwischen 8,02 und 23,52 kW - allein abhängig davon, welche Dämmklasse die schätzende Person wählt. Das haben wir im Artikel zur Heizlastberechnung dargelegt.
Die Angst vor dem Anruf in der Kältewelle. Die ehrlichste der vier Ursachen und wahrscheinlich die stärkste. Es lohnt sich, sie offen zu benennen, denn die Antwort darauf ist keine Leistungsreserve, sondern die bivalente Auslegung - siehe unten.
Der Bivalenzpunkt: Eine kleinere Wärmepumpe heißt kein kaltes Haus
Die Angst vor einem zu kleinen Gerät beruht auf einer stillen Annahme: dass die Wärmepumpe allein den ganzen Bedarf in der kältesten Stunde des Jahres decken muss. Das ist die monovalente Auslegung, und sie ist nicht die einzige Möglichkeit.
Der Bivalenzpunkt
Bei bivalenter Auslegung übernimmt unterhalb einer bestimmten Außentemperatur ein Heizstab oder ein zweiter Wärmeerzeuger den Rest. Wie viele Stunden im Jahr das sind, hängt vom gewählten Bivalenzpunkt und vom Standort ab - je höher du ihn ansetzt, desto mehr Stunden. Wichtiger ist, wie viel Energie diese Stunden ausmachen: Die Zusatzheizung deckt nur die Differenz zwischen Bedarf und Leistung der Wärmepumpe, nicht den ganzen Bedarf, und kommt deshalb in der Jahresbilanz auf wenige Prozent. Beides lässt sich aus den Klimadaten des Standorts berechnen, statt es nur zu schätzen.
Die Folge widerspricht der Intuition: Ein kleineres, bivalent ausgelegtes Gerät arbeitet den größten Teil der Heizperiode in seinem richtigen Modulationsbereich und erreicht eine höhere Jahresarbeitszahl als ein größeres Gerät, das denselben größten Teil der Heizperiode taktet.
So legst du eine Wärmepumpe aus, damit du die Wahl vertreten kannst
- Berechne die Norm-Heizlast raumweise nach DIN EN 12831-1, für die Norm-Außentemperatur des tatsächlichen Standorts. Dieselbe Temperatur muss in der ganzen Kette der Dokumente gelten. Lege den Wärmeerzeuger auf die Heizlast des GEBÄUDES aus, nicht auf die Summe der Raumheizlasten - die Lüftung wird pro Raum mit einem richtungsabhängigen Infiltrationszuschlag berechnet, der sich auf Zonenebene aufhebt, die Raumsumme fällt deshalb spürbar höher aus. Mit den raumweisen Ergebnissen legst du Heizkörper und Heizkreise der Fußbodenheizung aus.
- Prüfe die Heizflächen Raum für Raum und ermittle die nötige Vorlauftemperatur. Ein einziger Raum mit zu kleinem Heizkörper hebt die nötige Temperatur für die ganze Anlage, und jedes Grad mehr bedeutet den ganzen Winter einen schlechteren COP. Ohne raumweise Aufteilung findest du diesen Engpass nicht - und ohne diese Zahl kannst du Schritt 3 nicht machen.
- Lies die echte Leistung des Geräts aus seinen Leistungsdaten ab, bei der Norm-Außentemperatur und der Vorlauftemperatur aus Schritt 2 - nicht die Nennzahl im Modellnamen. Eine „12-kW“-Wärmepumpe liefert bei -20 °C und 55 °C Vorlauf deutlich weniger als bei den Bedingungen, aus denen ihr Name abgeleitet ist.
- Prüfe die untere Modulationsgrenze des gewählten Geräts - zusammen mit den Bedingungen, für die das Datenblatt sie angibt - und vergleiche sie mit dem Bedarf des Gebäudes bei etwa +5 °C, einer für die Heizperiode typischen Außentemperatur. Bei -20 °C Norm-Außentemperatur liegt der Bedarf dort bei etwa 40 Prozent der Heizlast. Eine Untergrenze über diesem Wert bedeutet Takten während des größten Teils der Heizperiode.
- Entscheide bewusst zwischen monovalentem und bivalentem Betrieb und halte diese Entscheidung zusammen mit dem angenommenen Bivalenzpunkt fest. Prüfe bei bivalenter Auslegung zugleich die elektrische Versorgung und Absicherung - der Heizstab ist eine Last, die in den Netzanschluss passen muss.
- Betrachte Warmwasser getrennt - als zeitweise Last mit Vorrangschaltung, nicht als konstante Leistung zusätzlich zum Bedarf des Gebäudes.
- Prüfe das Wasservolumen der Anlage. Zu wenig Wasser in der Anlage verursacht Takten auch bei richtig ausgelegter Wärmepumpe; Hersteller nennen ein erforderliches Mindestvolumen, und im Betrieb abgesperrte Heizkreise können es darunter drücken.
Ein Energieaudit ist keine Heizlastberechnung
Die beiden verschwimmen leicht. Ein Energieaudit beschreibt den jährlichen Energiebedarf des Gebäudes und die Wirtschaftlichkeit von Sanierungsvarianten; die Heizleistung nennt es als einen einzigen Wert für das ganze Gebäude, mit den eigenen Annahmen des Audits und ohne raumweise Aufteilung. Damit lassen sich weder Heizkörper noch Heizkreise der Fußbodenheizung auslegen. Eine Heizlastberechnung liefert die momentane Leistung unter Auslegungsbedingungen, raumweise, und ist genau dafür da, Geräte auszulegen. Keine ersetzt die andere.
Häufige Fehler
- Auslegung nach der Nennzahl im Modellnamen statt nach der Leistung aus den Leistungsdaten bei Norm-Außentemperatur und nötiger Vorlauftemperatur.
- Die Warmwasserleistung direkt auf den Bedarf des Gebäudes aufschlagen.
- Die untere Modulationsgrenze ignorieren, wenn man zwei Geräte ähnlicher Nennleistung vergleicht.
- Auslegung nach einer W/m²-Faustformel, deren Ergebnis dann als Grundlage für die Bestellung dient.
- Den Wärmeerzeuger auf die Summe der Raumheizlasten auslegen statt auf die Heizlast des Gebäudes. Die Raumsumme ist spürbar höher, weil die Lüftung pro Raum mit einem Zuschlag berechnet wird, der sich auf Zonenebene aufhebt - der einfachste rechnerische Weg zur Überdimensionierung.
- Eine Reserve „für alle Fälle“ nach der Berechnung. Die Norm enthält keinen Sicherheitsfaktor - sie enthält Annahmen, die selbst schon vorsichtig sind: keine inneren oder solaren Gewinne, alle Räume gleichzeitig auf Auslegungstemperatur und eine statistisch extreme Außentemperatur. Ein Prozentaufschlag obendrauf verdoppelt diese Reserve. Der einzige Zuschlag, den die Norm vorsieht, ist die Aufheizleistung für Anlagen mit Unterbrechung - und die wird berechnet, nicht geschätzt.
- Kein Vermerk zum angenommenen Bivalenzpunkt, sodass bei der Übergabe niemand nachvollziehen kann, auf welcher Grundlage das Gerät gewählt wurde.
So macht es HeatAlgo
Das Modul für die Heizlastberechnung berechnet die Norm-Heizlast raumweise nach DIN EN 12831-1:2017, mit DIN EN ISO 6946 für die Bauteile und DIN EN ISO 13370 für den Kontakt mit dem Erdreich.
Das Modul zur Vorauslegung der Wärmepumpe liest diese Berechnungen live und analysiert die vorhandenen Heizkörper Raum für Raum, sodass die Auslegung bei derselben Norm-Außentemperatur erfolgt, mit der das Gebäude berechnet wurde. Der Solver wählt eine von 10 verallgemeinerten Leistungsklassen aus Kennlinien, gemittelt über Katalogdaten von 239 Geräten von 28 Herstellern. Das ist ein Ausgangspunkt für die Wahl eines konkreten Geräts, kein Ersatz für eine vollständige Anlagenplanung.
Ein kostenloser Rechner eines Herstellers beantwortet eine andere Frage: Er wählt ein Gerät aus dem eigenen Sortiment, statt das Gebäude zu berechnen. Diesen Unterschied zeigen wir im Vergleich der beiden Werkzeuge.
Die Begriffe aus diesem Artikel - Bivalenzpunkt, monovalente Auslegung, SCOP - erklärt das Glossar für Heizungsbauer. Eine Frage, die dieser Artikel nicht beantwortet? Schreib uns. Weitere Ratgeber findest du in der Hilfe.
Diese Zahlen stammen aus derselben Engine, die unser Referenzhaus berechnet hat, mit allen Eingaben zum Nachprüfen veröffentlicht. Zur Methode: ein vollständig berechnetes Referenzhaus.
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