Vor dem Einbau einer Wärmepumpe müssen mindestens die raumweise Heizlast, die erforderlichen Systemtemperaturen, die Leistung der vorhandenen Heizflächen und der Warmwasserbedarf berechnet werden. Verbrauchswerte aus alten Heizkostenabrechnungen reichen für die Dimensionierung nicht aus, können das Ergebnis aber auf Plausibilität prüfen. Die häufigste Planungsursache für einen später unwirtschaftlichen Betrieb ist eine Anlage, deren Leistung und Vorlauftemperatur nicht sauber zum Gebäude passen. Arbeiten am Kältemittelkreis und am elektrischen Anschluss gehören in die Hände entsprechend qualifizierter Fachbetriebe.
Die Planungsgrundlage ist eine belastbare Gebäudeaufnahme
Eine Berechnung kann nur so gut sein wie die aufgenommenen Gebäudedaten. Für eine Wärmepumpenplanung benötigt der Fachplaner nicht nur Wohnfläche und Baujahr, sondern Angaben zu den wärmeübertragenden Bauteilen: Außenwände, Fenster, Dach beziehungsweise oberste Geschossdecke, Kellerdecke oder Bodenplatte sowie angrenzende unbeheizte Räume.
Benötigt werden außerdem die beheizten Raumflächen und -volumen, die Nutzung der Räume, vorhandene Lüftungstechnik sowie Art und Größe der Heizflächen. Bei Heizkörpern gehören Bauart, Abmessungen und Einbausituation in die Bestandsaufnahme. Verkleidungen, enge Nischen oder Möbel vor dem Heizkörper können dessen nutzbare Leistung mindern. Bei einer Fußbodenheizung sind unter anderem Rohrabstand, beheizte Fläche, Bodenaufbau und verfügbare Unterlagen zu den Heizkreisen wichtig.
Fehlen Angaben zum Wand- oder Dachaufbau, darf eine scheinbar genaue Zahl nicht über die Unsicherheit hinwegtäuschen. Dann sind Bauteilöffnungen, Bauunterlagen, eine fachlich begründete Einstufung oder mehrere Rechenvarianten sinnvoll. Geplante Dämmmaßnahmen und neue Fenster müssen als eigener zukünftiger Zustand gerechnet werden. Eine Wärmepumpe nach dem unsanierten Bestand auszulegen, obwohl die Gebäudehülle kurz darauf verbessert wird, kann zu einer unnötig großen Anlage führen.
Die raumweise Heizlast bestimmt nicht nur die Gerätegröße
Die Heizlast beschreibt die Wärmeleistung in Watt, die an einem kalten Auslegungstag benötigt wird, um die vorgesehenen Raumtemperaturen zu halten. Sie ist keine Jahresenergiemenge. Die Berechnung erfolgt üblicherweise nach dem dafür geltenden Verfahren der DIN EN 12831 einschließlich der anzuwendenden nationalen Regeln und Randbedingungen. Maßgeblich sind unter anderem der Standort, die angesetzte Außentemperatur, die gewünschten Raumtemperaturen sowie Transmissions- und Lüftungswärmeverluste.
Vereinfacht lässt sich der Transmissionsanteil eines Bauteils so darstellen:
Wärmeverlust in Watt = U-Wert in W/(m²·K) × Fläche in m² × (Raumtemperatur in °C − Außentemperatur in °C).
Ein ausschließlich zur Veranschaulichung gerechnetes Bauteil mit 20 m² Fläche, einem U-Wert von 0,8 W/(m²·K), 20 °C innen und −10 °C außen ergibt:
0,8 W/(m²·K) × 20 m² × (20 °C − (−10 °C)) = 480 W.
Der Zahlencheck passt zu den Einheiten: Die Temperaturdifferenz beträgt 30 K; 0,8 × 20 × 30 ergibt 480 W. Das ist nur der Verlust dieses einen Bauteils. Fenster, weitere Außenflächen, Wärmebrücken sowie die für den Raum anzusetzenden Lüftungswärmeverluste kommen hinzu.
Die Summe der Räume liefert eine Grundlage für die erforderliche Gebäudeheizleistung. Die raumweise Betrachtung erfüllt aber noch eine zweite Aufgabe: Sie zeigt, ob jeder einzelne Raum mit seiner vorhandenen Heizfläche bei einer niedrigen Vorlauftemperatur ausreichend warm werden kann. Eine reine Gesamtzahl für das Haus kann beispielsweise verdecken, dass nur ein kleines Bad oder ein ungünstig gelegener Eckraum höhere Temperaturen verlangt.
Heizflächen und Vorlauftemperatur müssen zusammen gerechnet werden
Eine Wärmepumpe arbeitet meist günstiger, wenn sie das Heizwasser nur auf eine niedrige Temperatur anheben muss. Für die Planung ist deshalb nicht die frühere Einstellung des Heizkessels entscheidend, sondern die niedrigste Systemtemperatur, bei der alle Räume ihre Heizlast decken.
Dazu wird für jeden Raum die berechnete Heizlast der Leistung seiner Heizfläche gegenübergestellt. Die Leistung eines Heizkörpers hängt von seiner Bauart, Größe, Durchströmung sowie der mittleren Heizwassertemperatur im Verhältnis zur Raumluft ab. Ein Katalogwert bei hohen Systemtemperaturen darf nicht unverändert auf den Wärmepumpenbetrieb übertragen werden. Der Fachplaner muss die Leistung auf die vorgesehene Vorlauf-, Rücklauf- und Raumtemperatur umrechnen oder passende Herstellerdaten verwenden.
Aus dieser Prüfung ergeben sich klare Entscheidungen:
- Decken alle Heizflächen die jeweilige Raumheizlast bei der vorgesehenen niedrigen Systemtemperatur, ist kein Austausch allein wegen der Wärmepumpe erforderlich.
- Unterschreiten einzelne Heizkörper die benötigte Leistung, sollten zuerst diese Engpässe betrachtet werden. Ein größerer Heizkörper, ein anderer Heizkörpertyp oder eine zusätzliche Heizfläche kann die nötige Vorlauftemperatur des gesamten Systems senken.
- Fehlen in mehreren Räumen große Leistungsanteile, muss zwischen einer umfassenderen Anpassung der Wärmeverteilung und einer höheren Systemtemperatur abgewogen werden. Letztere kann die Effizienz der Wärmepumpe mindern.
- Ist die Gebäudehülle ohnehin zur Sanierung vorgesehen, sollte die Heizflächenprüfung mit der Heizlast nach der Sanierung wiederholt werden.
Ein zeitlich begrenzter Test mit abgesenkter Kesseltemperatur kann Hinweise auf das Verhalten des Bestands geben. Er ersetzt die Berechnung nicht: Mildes Wetter, interne Wärmegewinne und ein zeitweise durchlaufender Heizbetrieb können das Ergebnis verzerren.
Aus Heizlast und Gerätekennlinie wird die passende Leistung
Die passende Wärmepumpe wird nicht allein nach einer auf dem Typenschild genannten Nennleistung gewählt. Abzugeben ist die benötigte Wärme bei den für das Projekt maßgeblichen Bedingungen. Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe verändern Außentemperatur und benötigte Vorlauftemperatur sowohl die verfügbare Heizleistung als auch die Effizienz. Die Gerätekennlinie muss daher mit der Heizlast des Gebäudes und der geplanten Systemtemperatur abgeglichen werden.
Eine Anlage sollte weder mit pauschaler Sicherheitsreserve vergrößert noch knapp nach einem einzelnen Idealwert ausgewählt werden. Eine deutlich zu große Wärmepumpe kann in der Übergangszeit häufiger ein- und ausschalten, falls Modulationsbereich, Anlagenvolumen und Regelung nicht zum Gebäude passen. Eine zu kleine Anlage kann dagegen an kalten Tagen zusätzliche Wärmeerzeugung benötigen. Entscheidend ist das abgestimmte System aus Heizlast, Leistungsbereich, Betriebsstrategie und Wärmeverteilung.
Bei bivalenten Anlagen wird zusätzlich der Bivalenzpunkt bestimmt. Er bezeichnet die Betriebsgrenze, ab der ein zweiter Wärmeerzeuger einen Teil oder die gesamte Last übernimmt. Ob diese Lösung sinnvoll ist, hängt vom Gebäude, vom vorhandenen Wärmeerzeuger und vom geplanten Betrieb ab. Eine solche Auslegung darf nicht mit einer monovalenten Anlage verglichen werden, ohne die Zusatzenergie des zweiten Wärmeerzeugers einzubeziehen.
Jahreswärmebedarf und Verbrauchsdaten dienen einer anderen Rechnung
Für die Abschätzung des jährlichen Energieeinsatzes wird nicht nur die Spitzenleistung benötigt. Relevant sind der Wärmebedarf über die Heizperiode, die Warmwasserbereitung, die standortabhängigen Außentemperaturen, die Systemtemperaturen und das Teillastverhalten. Daraus lässt sich eine erwartbare Jahresarbeitszahl modellieren. Sie ist das Verhältnis der abgegebenen Wärmemenge zur dafür eingesetzten elektrischen Energie über den betrachteten Zeitraum.
Ein neutrales Rechenbeispiel verdeutlicht den Zusammenhang: Werden für Heizung und Warmwasser zusammen beispielhaft 16.000 kWh Wärme pro Jahr angesetzt und für das Gesamtsystem eine Jahresarbeitszahl von 4,0 erwartet, lautet die Rechnung:
Strombedarf pro Jahr = 16.000 kWh Wärme pro Jahr ÷ 4,0 = 4.000 kWh Strom pro Jahr.
Der Zahlencheck ist eindeutig: 4.000 kWh Strom multipliziert mit 4,0 ergeben wieder 16.000 kWh Wärme. Die eingesetzten Werte sind keine Zusage für ein bestimmtes Haus. Für eine belastbare Prognose müssen Wärmebedarf, Temperaturniveau, Warmwasseranteil, Wärmequelle und Geräteeigenschaften projektspezifisch angesetzt werden.
Frühere Brennstoffverbräuche können zur Gegenkontrolle dienen. Dafür müssen der betrachtete Zeitraum, Witterung, Warmwasseranteil, Nutzungsverhalten und Verluste des alten Wärmeerzeugers berücksichtigt werden. Liter Heizöl oder Kubikmeter Gas dürfen nicht ohne Umrechnung und Verlustannahmen mit dem zukünftigen Stromverbrauch gleichgesetzt werden. Weichen Verbrauchsauswertung und Heizlastberechnung stark voneinander ab, sollten Eingabedaten und Nutzungsbedingungen geprüft werden, statt einfach den höheren Wert als Geräteleistung zu übernehmen.
Warmwasser verändert Leistung, Speicher und Betriebsweise
Der Warmwasserbedarf wird getrennt von der Raumheizung erfasst. Wichtige Eingaben sind die Zahl der Nutzer, typische Zapfprofile, gewünschte Temperaturen, Badewannen oder große Duschen sowie mögliche Zirkulationsverluste. Ein pauschaler Speicher nach Wohnfläche kann den tatsächlichen Bedarf verfehlen.
Die Wärmepumpe bereitet Warmwasser meist auf einem höheren Temperaturniveau als Heizwasser. Das beeinflusst Effizienz, Aufheizdauer und die Auswahl des Speichers. Neben seinem Volumen ist die für Wärmepumpen geeignete Wärmeübertragung entscheidend. Speicher, Wärmetauscherfläche und Geräteleistung müssen so zusammenpassen, dass die gewünschte Nachladung erreichbar ist.
Eine rechnerische Addition aus voller Gebäudeheizlast und maximaler Warmwasserleistung ist nicht automatisch die richtige Auslegung. Fachlich zu bewerten sind die zeitliche Vorrangschaltung, die Speicherkapazität und die zulässige Unterbrechung des Heizbetriebs. Hoher Warmwasserbedarf kann dennoch eine andere Gerätegröße oder Speicherlösung erfordern als ein Haushalt mit geringem Bedarf.
Hydraulik und Volumenstrom entscheiden über die Wärmeabgabe
Nach der Leistungsbestimmung muss berechnet werden, welcher Heizwasserstrom die Wärme durch das Gebäude transportiert. Der erforderliche Volumenstrom hängt von der zu übertragenden Leistung und der geplanten Temperaturspreizung zwischen Vor- und Rücklauf ab. Darauf werden Rohrnetz, Pumpeneinstellung, Heizkreise und hydraulischer Abgleich abgestimmt.
Zu kleine Rohrquerschnitte, stark drosselnde Ventile oder ungünstig verbundene Heizkreise können den benötigten Durchfluss verhindern. Eine Wärmepumpe kann dann trotz ausreichender Geräteleistung ihre Wärme nicht sauber an das Haus abgeben. Vor allem im Bestand sollte geprüft werden, ob Rohrnetz und Heizkörperventile für die geplanten Volumenströme geeignet sind.
Ein Pufferspeicher ist nicht pauschal erforderlich oder entbehrlich. Seine Auslegung hängt unter anderem vom Mindestvolumenstrom der Wärmepumpe, vom Wasserinhalt des Systems, von der Regelung einzelner Heizkreise, von Sperrzeiten und bei Luft-Wasser-Anlagen vom notwendigen Abtaubetrieb ab. Ein zu großer Speicher verursacht zusätzliche Verluste; ein unpassend eingebundener Speicher kann außerdem das Temperaturniveau erhöhen. Die hydraulische Einbindung gehört daher in die Planung und nicht erst auf die Baustelle.
Wärmequelle, Aufstellort und Stromversorgung benötigen eigene Nachweise
Die Wärmequelle wird passend zur berechneten Entzugsleistung und zum Standort ausgelegt. Bei einer Luft-Wasser-Wärmepumpe betrifft das unter anderem Luftführung, Abstände, Schallausbreitung und Kondensatführung. Schall lässt sich nicht zuverlässig nur aus einem einzelnen Gerätewert beurteilen; Aufstellort, Betriebszustand, Reflexionen an Fassaden und die Lage schutzbedürftiger Räume müssen einbezogen werden.
Bei Erdsonden oder Flächenkollektoren kommen geologische, flächenbezogene und wasserrechtliche Anforderungen hinzu. Aus Heizlast oder Wohnfläche allein lässt sich weder eine Bohrtiefe noch eine Kollektorgröße sicher ableiten. Diese Systeme benötigen eine standortbezogene Auslegung und gegebenenfalls behördliche Abstimmungen.
Für die elektrische Planung sind Leistungsaufnahme, Anlauf- beziehungsweise Betriebsverhalten, Zusatzheizung, Absicherung und vorhandene Anschlusskapazität zu klären. Diese Arbeiten darf nur ein dafür qualifizierter Elektrofachbetrieb ausführen. Ebenfalls abzustimmen sind Zähler- und Messkonzept sowie die Bedingungen des zuständigen Netzbetreibers. Eine Photovoltaikanlage kann einen Teil des Wärmepumpenstroms liefern, verringert aber nicht die Heizlast und ist kein Grund, die Wärmepumpe größer auszulegen.
Diese Ergebnisse sollten vor der Beauftragung vorliegen
Ein Angebot wird deutlich besser prüfbar, wenn es nicht nur eine Gerätebezeichnung enthält. Vor der endgültigen Auswahl sollten folgende Planungsergebnisse nachvollziehbar dokumentiert sein:
- Raumweise Heizlast und daraus abgeleitete Gebäudeheizlast mit benannten Randbedingungen.
- Angesetzter Zustand der Gebäudehülle einschließlich bereits geplanter Sanierungsmaßnahmen.
- Erforderliche Vorlauf- und Rücklauftemperatur am Auslegungspunkt.
- Leistungsnachweis der Heizkörper oder Flächenheizungen für jeden kritischen Raum.
- Abgleich der Gebäudeheizlast mit der Leistung und dem Modulationsbereich des angebotenen Geräts.
- Berechnung beziehungsweise Planung der Volumenströme, des hydraulischen Abgleichs und der Pumpeneinstellungen.
- Warmwasserbedarf sowie Auswahl und Auslegung des Speichers.
- Begründung für Hydraulikschema, Pufferspeicher und eine mögliche Zusatzheizung.
- Abschätzung des jährlichen Wärme- und Strombedarfs mit offengelegten Annahmen.
- Prüfung von Wärmequelle, Aufstellort, Schall, Kondensatweg und elektrischen Voraussetzungen.
Fehlen mehrere dieser Punkte, lässt sich kaum beurteilen, ob das Angebot zum Haus passt oder nur auf einer groben Flächenannahme beruht. Besonders aussagekräftig ist die Verbindung aus raumweiser Heizlast, Heizflächenprüfung und Gerätekennlinie. Sie zeigt zugleich, welche Vorarbeiten nötig sind und welche Systemtemperatur voraussichtlich erreichbar ist.
Häufige Fragen zur Planung
Muss für eine Kühlfunktion zusätzlich gerechnet werden?
Ja. Die Heizlastberechnung ersetzt keine Kühllastberechnung. Soll die Wärmepumpe im Sommer kühlen, müssen solare Einträge, Fensterflächen, Verschattung, interne Lasten, Lüftung und gewünschte Raumtemperaturen gesondert betrachtet werden. Bei Flächenkühlung ist außerdem der Taupunkt zu überwachen, damit sich an kalten Oberflächen kein Kondensat bildet.
Was passiert, wenn später weitere Räume beheizt werden?
Ein bisher unbeheizter Keller, Dachraum oder Anbau verändert Heizlast, Heizflächenbedarf und Hydraulik. Ist eine solche Erweiterung absehbar, sollte sie als eigene Planungsvariante berechnet werden. Eine vorsorglich übergroße Wärmepumpe ist dennoch nicht automatisch die richtige Lösung, weil die Erweiterung möglicherweise eine zusätzliche Zone oder eine erneute hydraulische Abstimmung erfordert.
Kann ein Energieausweis die Heizlastberechnung ersetzen?
Nein. Ein Energieausweis bewertet ein Gebäude mit einem anderen Zweck und liefert nicht ohne Weiteres die raumweise Leistung, die zur Auslegung von Wärmepumpe und Heizflächen benötigt wird. Er kann Angaben zur Gebäudehülle liefern, seine Daten müssen jedoch auf Aktualität und Übereinstimmung mit dem tatsächlichen Bauzustand geprüft werden.