Einfluss und Auslegung von Vorlauftemperatur und Pufferspeicher - Tipps von Wolf Heiztechnik

(30.10.2023) Um eine Wärmepumpe effizient zu betreiben, sollte eine optimale Abstimmung zwischen dem Heizsystem und dem Wärmeverteilsystem gewährleistet sein. Wesentliche Faktoren hierbei sind die Vorlauftemperatur und die Größe des Pufferspeichers. 

Die Basis jeder Heizungsauslegung ist der Wärmebedarf einzelner Räume bzw. des Gebäudes zur Aufrechterhaltung der Raumsolltemperaturen. Auf diese Hiezlast wirken u.a. der Anteil der Außenflächen eines Raumes und die Raumtemperaturen angrenzender Räume. Wenn keine weiteren Maßnahmen an der Außenfläche des Raumes geplant sind, sind diese Größen als gegeben anzunehmen. Variablen der Heiztechnik sind, im Falle einer anstehenden Heizungsmodernisierung z.B. die Vorlauftemperatur, die Heizflächen sowie die Größe eines Pufferspeichers. 

Ein Pufferspeicher ermöglicht eine optimale Installation in der Sanierung sowie eine einfache Einbindung weiterer Wärmequellen. (Bild: Wolf GmbH) 

Größere Heizkörperflächen erlauben eine niedrigere Vorlauftemperatur

Im Regelfall kann die Vorlauftemperatur gesenkt werden, je größer die Wärmeübertragefläche ist. Zu groß ausgelegte Heizkörper in Bestandsbauten erleichtern eher die Umsetzung einer Temperaturabsenkung. 

Effizienzsteigerung durch Reduzieren der Vorlauftemperatur

Heizkörper-Hersteller geben üblicherweise die Leistung ihrer Produkte an. Standardmäßig wird sie als eine mit dem Heizkörper abdeckbare Heizlast für die Vor- und Rücklauftemperatur (55/45°C) für eine Ziel-Raumtemperatur von 20°C. angegeben. Aus Effizienzgründen sollte beim Betrieb einer Wärmepumpe die maximale Vorlauftemperatur 55°C nicht überschritten werden. Bei bereits bekannter Heizlast muss also geprüft werden, ob die Heizkörper im Bestand ausreichend leistungsstark sind. Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen kann durch eine Senkung der Vorlauftemperatur um beispielsweise 1 Kelvin die Effizienz um ca. 2 – 2,5% gesteigert werden. 

Ermittlung der idealen Vorlauftemperatur

Zur näherungsweisen Bestimmung der übertragbaren Heizleistung der Heizkörper des Wärmeverteilsystems als Ist-Zustand, kann der Heizkörperrechner des Bundesverbands Wärmepumpe e.V. (BWP) genutzt werden (siehe: BWP Heizkörperrechner). Als maximale Vor- und Rücklauftemperatur werden die aktuell für das System eingestellten Werte eingesetzt sowie Heizkörpertyp, Abmessungen bestehender Heizflächen und Innentemperatur. Nach Eingabe der Daten wird, im Vergleich zwischen raumweise ermittelten Werten mit den jeweiligen Heizlasten nach DIN EN 12831-1 Abschnitt 6, ersichtlich, ob eine weitere Absenkung der Vorlauftemperatur möglich ist. Mit Hilfe weiterer Berechnungen der Heizleistung mit reduzierter Vorlauftemperatur wird sich der idealen Vorlauftemperatur angenähert. Entspricht die Heizlast eines Raumes der berechneten Heizleistung ist diese erreicht. 

Die maximale Vorlauftemperatur kann im Bestand während der Heizperiode auch experimentell raumweise bestimmt werden. Nach vollständiger Öffnung der Heizventile wird die Vorlauftemperatur stufenweise so lange abgesenkt, bis die Wohlfühltemperatur in den Räumen gerade noch erreicht wird. Ein effizienter Betrieb einer Wärmepumpe ist bei ermittelter maximaler Vorlauftemperatur von 55°C (bei Erreichen der Normaußentemperatur) oder weniger möglich. Andernfalls ist zur Nutzung einer Wärmepumpe der Austausch der Heizkörper empfehlenswert. 

Große Heizkörper-Modelle

Sind alle Heizkörperflächen ausreichend groß, kann im gesamten Gebäude die Vorlauftemperatur gesenkt werden. Es ist außerdem eine Überlegung wert, Heizkörper nur in Räumen mit höherem Wärmebedarf wie Wohn- und Kinderzimmer zu tauschen und in eher kühl gehaltenen Räumen den Bestand zu belassen. Auf einer vorgegebenen Fläche (z.B. längen- und höhenbeschränkt innerhalb einer Heizkörpernische) kann durch die Modellvielfalt jeweils eine sehr breite Heizleistungs-Spannweite installiert werden. Denn die einzelnen Bauformen übertragen Wärme bei gleicher Vorlauftemperatur unterschiedlich effektiv. Dabei variiert ihr Platzbedarf meist nur in der räumlichen Tiefe. 

Gliederheizkörper könnten durch großflächigere Plattenheizkörper ersetzt oder Heizkörper vom Typ 10 und 11 gegen Heizkörper vom Typ 21, 22 oder gar 33 getauscht werden. Da die Anschlussfelder der Heizkörper genormt sind, sollte der Austausch einfach sein. 

Heizleistung für verschiedene Heizkörpertypen bei gleicher Vorlauftemperatur. (Bild: Wolf GmbH) 

Pufferspeicher

Pufferspeicher fangen Spitzen aus dem Wärmeverteilsystem ab, bieten eine hydraulische Entkopplung und ermöglichen bei Bedarf Durchfluss und Abtauenergie für die Wärmepumpe. Laufzeiten der Wärmepumpe können bei geringerer Modulationsanforderung verlängert werden. Die Größe des Pufferspeichers sollte individuell auf das Gebäude, seine Größe, das Heizsystem und den Wärmestandard abgestimmt sein. 

Bei Verwendung des Pufferspeichers nur zum Abtauen der Wärmepumpe, genügt teils ein Volumen von bis zu 50 Litern. Für Einfamilienhäuser sind 200 Liter Pufferspeichervolumen oft ausreichend, in Kombination mit einer Solar- oder PV-Anlage sollte das Volumen mind. 300 Liter betragen. Nicht abgerufene Wärme im Speicher wird trotz Dämmung des Pufferspeichers mit der Zeit an die Umwelt abgegeben, weshalb der Pufferspeicher auch nicht zu groß dimensioniert werden sollte.

Aspekte, die Größe und Ausführung des Pufferspeichers beeinflussen 

• Art des Speichers: Reihenspeicher oder Trennspeicher
• Einfluss der EVU-Sperre
• Einbindung Photovoltaik (PV)
• Einbindung Solarthermie (Speicher mit Solarwendel notwendig)
• Hybrid: Einbindung von Gas oder Holz (separate Anschlüsse am Speicher erforderlich)
• Dimensionierung der hydraulischen Anschlüsse am Speicher

Trennpufferspeicher in der Modernisierung

Pufferspeicher werden im Bestand - bei einer Sanierung oder Modernisierung - in der Regel als Trennspeicher ausgeführt. Ein Trennspeicher trennt die Volumenströme zur Wärmepumpe von denen innerhalb des Gebäudes. Somit werden Wärmepumpe und das vorhandene Heizsystem hydraulisch entkoppelt. Das stellt die einfachste Form der Modernisierung dar und bietet viel Sicherheit zur hydraulischen Entkopplung. Auch Reihenspeicher sind möglich. Sie können jedoch beim hydraulischen Abgleich für den Fachhandwerker einen höheren Aufwand bedeuten und werden daher überwiegend beim Neubau von Einfamilienhäusern eingesetzt. 

Fazit

Durch eine präzise Einstellung der Vorlauftemperatur erreicht man eine kosteneffiziente Nutzung der Wärmepumpe, was langfristig zu erheblichen Einsparungen führt. Die Verwendung eines Pufferspeichers ermöglicht eine optimale Anpassung an bestehende Gebäudestrukturen und die nahtlose Integration zusätzlicher Wärmequellen. Eine sorgfältige Planung bietet daher mehrere Vorteile. 

Autoren 

• Tom Krawietz, Teamleiter Entwicklung Wärmepumpen, Wolf GmbH
• Martin Bauer, Produktmanager Wärmepumpen, Wolf GmbH