Die notwendige Heizleistung einer Wärmepumpe, kurz WP, zu bestimmen, ist für den optimalen Betrieb wichtig und entscheidend. Die Gründe dafür sind schnell erläutert. Mehr Leistung als notwendig zu installieren, kostet schon mal bei dem eigentlichen WP-Aggregat mehr Geld. Handelt es sich um eine WP mit Sole/Wasser-Betrieb, wären dann gleichzeitig auch noch die Bohrkosten höher als notwendig. Eine zu geringe Leistung der Wärmepumpe zu installieren, führt an entsprechend kalten Tagen zu Komforteinbußen oder ruft hohe Leistungen eines zusätzlichen Heizstabes auf den Plan. Ziel der passenden Auslegung ist also eine angemessene Power. Die namhaften WP-Hersteller sind sich über wesentliche Punkte einig und tendieren daher zu einer Auslegung, die in diesem Bericht beispielhaft vorgestellt wird.
Sinn und Unsinn der WP
Schon sehr viel ist darüber berichtet worden, wann denn eine WP überhaupt sinnvoll eingesetzt werden kann. Der Altbau mit den alten Fenstern, die zuletzt 1980 erneuert wurden, ist sicherlich nicht der klassische Einsatzort. Hingegen ist der EnEV-gerechte Neubau für den Einsatz der WP immer geeignet. Denn es gilt grundsätzlich, dass wenn diese Technik eingesetzt werden soll, dann mit niedrigen Vorlauftemperaturen.
Das bedeutet konkret, dass man die Heizkörper mit einer Auslegung für 70 °C Vorlauftemperatur, wie diese in Altbauten noch vorkommen, nicht ganzjährig und nicht kostengünstig mit einer WP erwärmen sollte. Wenn die geforderte Heizleistung jedoch, wie im Neubau üblich, sehr niedrig ist und dann sogar mittels Fußbodenheizung und bei 35 °C Vorlauftemperatur angeboten werden kann, wird die WP beispielsweise gegenüber einer Gas-Brennwert-Anlage punkten. Energetisch sanierte Gebäude liegen zwischen diesen beiden Extremen und sollten für jeden Einzelfall geprüft werden. Sind die Umstände für den Einsatz geklärt, kann man sich in Ruhe an die Dimensionierung begeben.
Bild: IBH
Die Heizlast
Wie bei allen Wärmeerzeugern und Heizflächen sollte zuerst die Last berechnet werden. Ohne festes Ziel vor Augen lässt es sich nur schwer ins Schwarze treffen.
Die Heizlast nach DIN EN 12831 gibt hier den Ton an. Zuletzt ausführlich berichtet wurde darüber im SBZ Monteur 12/2017 in dem Beitrag „Grundlagen der Heizlast“. Das kann man bequem in unserem Internet-Heftarchiv unter https://www.sbz-monteur.de nachlesen.
In der Praxis benötigt man zur Berechnung eine gute Software, die Grundrisse und Schnitte des Gebäudes sowie die Angaben über die U-Werte der Wände, Dächer und anderer Umschließungsflächen. Bei einiger Übung erledigt sich die Heizlast pro Raum in unter zehn Minuten für ein durchschnittlich schwieriges Objekt. Ziel ist es natürlich, die Heizleistung aller Einzelräume zu ermitteln und diese abschließend zusammenzufassen zur Gebäudeheizlast.
Will man nur eine überschlägige Größenordnung der Heizlast zur Abgabe eines Angebots über eine Wärmepumpe, kann auch ein abgekürztes Verfahren in erster Näherung ausreichen. Dazu haben wir im SBZ Monteur 04/2018 in dem Bericht „Jeder mag Abkürzungen“ einen solchen Ansatz erklärt. Kommt es abschließend zu einem Auftrag, sollte die DIN EN 12831 den überschlägigen Wert aber noch rechnerisch überprüfen. Keine Angst, hier steht nicht, dass man das alles ohne Bezahlung erledigen soll. Vielmehr stellt man diese Berechnung dem Kunden abschließend in Rechnung oder preist diese entstehenden Kosten in den Kaufpreis für das gesamte Gewerk Heizung mit ein.
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Der Warmwasserbedarf
In der Regel wird eine Wärmepumpe auch die Warmwasserbereitung übernehmen. Zur Dimensionierung gibt es einiges zu beachten. Wir berichteten im SBZ Monteur 02/2016 über die Grundlagen in dem Bericht „Durchschau die Strategien“. Es kommt letztlich natürlich auf den geforderten Komfort und die Hygieneanforderungen an, in welcher Größenordnung eine Dimensionierung sinnvoll ist. Hier scheiden sich sehr oft die Geister. Fakt ist natürlich, dass der Sparbrauser im Vergleich zum Langzeitwarmduscher andere Warmwassermengen benötigt. Über die uralte Formel „Q“ ist gleich „m“ mal „c“ mal „delta Theta“ oder besser:
Q=m.c.Δϑ
kann in jedem Fall der Energiebedarf für den Tag berechnet werden.
Dabei ist:
Q = Die Energie in Wattstunden [Wh]
m = Die zu erwärmende Masse in Kilogramm [K]
c = Die spezifische Wärmekapazität in Wattstunden pro Kilogramm mal Kelvin [Wh/(kgK)]
∆ϑ = Die Temperaturdifferenz in Kelvin [K]
Mit diesem Ansatz erfährt man sehr leicht, welche Energiemenge am Tage für die Warmwasserbereitung zur Verfügung stehen sollte. Das noch folgende Beispiel in diesem Bericht, konkretisiert diesen Gedanken.
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Sperrzeiten
Die Elektro-Versorgungsunternehmen, kurz EVU, haben von Hause aus die Aufgabe, die Haushalte im Versorgungsgebiet wirtschaftlich mit Strom zu versorgen. Über den Tag verteilt kommt es dabei immer wieder zu Belastungsspitzen. Kunden, die aufgrund der Tatsache, dass sie eine WP betreiben, verbilligten Strom beziehen, können in diesen Spitzenlastzeiten vom Netz getrennt werden. Dies darf in den so genannten Sperrzeiten geschehen. Die Stromzufuhr kann dann maximal dreimal für jeweils zwei Stunden innerhalb von 24 Stunden unterbrochen werden, so sind die allgemeinen Vereinbarungen. Während dieser Zeit steht die WP dann weder für die Raumheizung noch zur Trinkwassererwärmung zur Verfügung. Es gilt also, einen Wärmevorrat anzulegen, der dann auch die Sperrzeit überbrückt. Denn die Bilanz am Ende des Tages muss natürlich stimmen. Auch hierauf wird im nachfolgenden Beispiel eingegangen.
Beispiel: Einfamilienhaus
Ein teilweise unterkellertes Wohnhaus soll zukünftig mittels Wärmepumpe beheizt werden. Die vierköpfige Familie stellt erhöhte Ansprüche an Komfort und selbstverständlich an die Hygiene der Warmwasserbereitung. Eine aufwendige Wellness-Duschanlage kennzeichnet den hohen Standard. Mit der ökologisch erzeugten Wärme der WP soll auch die Wasch- und Spülmaschine betrieben werden. Das EVU bietet einen Tarif für Wärmepumpenstrom an, der die üblichen Sperrzeiten von maximal drei mal zwei Stunden beinhalten kann.
Die Vorgaben werden zusammengetragen:
Heizlast des Gebäudes nach DIN EN 12831
Die Berechnung ergibt eine Norm-Gebäudeheizlast von 8581 Watt.
Würde nur die Heizlast des Gebäudes abzudecken sein und wären keine Sperrzeiten des EVU zu bedenken, wäre also eine Wärmepumpe mit einer Leistung von 8581 Watt ausreichend dimensioniert.

Tagesenergiebedarf nur zur Beheizung
Innerhalb von 24 Stunden sollten natürlich 24 Stunden (h) mal 8581 Watt (W) also 205 944 Wh zur Verfügung stehen, nur zur Beheizung.
Warmwasserbedarf für erhöhten Komfort:
Der Warmwasserbedarf für die sichtbar erhöhten Anforderungen der Familie liegt bei rund 75 Litern pro Kopf und Tag. Daher sollte rechnerisch folgende Energiemenge an jedem Liefertag zur Verfügung stehen:
•Starttemperatur für das kalte Wasser: 10 °C
•Entnahmetemperatur für das erwärmte Wasser: 45 °C
•Entnahmemenge des Tages: 4 Personen x 75 l = 300 l entsprechend 300 kg

Tagesenergiebedarf nur zur Warmwasserbereitung
Die Energiemenge zur Warmwasserbereitung an einem Tag beträgt also 12 212 Wh.
Addition und Rücksicht auf Sperrzeit:
Aus der Heizlast an insgesamt 24 Stunden und dem Tagesbedarf anWarmwasser ergibt sich:Aus der Heizlast an insgesamt 24 Stunden und dem Tagesbedarf an Warmwasser ergibt sich:
Tagesenergiebedarf für Heizen und Warmwasser
Heizenergiebedarf: 205 944 Wh
+ Warmwasserbedarf: 12 212 Wh
= Gesamtenergiebedarf: 218 156 Wh

Umgangssprachlich wird mit dem Gesamtenergiebedarf ausgesagt: Liefere mir bitte innerhalb eines kalten Tages 218 156 Wh an Wärmeenergie, um das Haus zu beheizen und das Trinkwasser zu erwärmen. Da steht nicht, in welcher Zeit die dazu notwendige Leistung zur Verfügung stehen soll. Voraussetzung ist jeweils immer, dass man das erwärmte Wasser in einem wärmeisolierten Pufferspeicher bevorraten kann. Geht man mit großer Leistung ran, ist der Job schneller erledigt, als wenn man es mit geringer Leistung versucht.
Schnell und langsam sind relativ und der Tag hat 24 Stunden.
Ohne Sperrzeiten, genügen 218 156 Wh/24 h, also 9090 Watt. Das entspricht der „kleinsten“ möglichen WP.
Bei zwei Stunden Sperrzeit sollte die Leistung der WP schon höher ausfallen, nämlich 218 156 Wh/22 h, also 9916 Watt.
Bei vier Stunden Sperrzeit muss man mit 10 908 Watt ran und bei sechs Stunden Sperrzeit mit 12 120 Watt.
Kluges Vorgehen der Hersteller
Viele Wärmepumpenhersteller rechnen zur Ermittlung der notwendigen Power einer WP mit der Heizlast des Gebäudes zuzüglich eines personenbezogenen Aufschlags zur Warmwasserbereitung und ermitteln daraus die Leistungsanforderung. Der Leistungsaufschlag auf die Leistung der Wärmepumpe für die Warmwasserbereitung liegt meist zwischen 200 und 250 Watt pro Person.
Die vier Personen des Beispiels hätten also eine Mehrleistung von 4 x 200 Watt gleich 800 Watt ausgemacht. Wiederum müsste dann noch die eventuelle Sperrzeit in die Auslegung einfließen.
Faktor für Sperrzeiten (nach Herstellern)
Damit wären die Leistungen der Wärmepumpe bei einem pauschalen, personenbezogenen Ansatz:
Ohne Sperrzeiten:
8581 W + 800 W = 9381 W
Mit zwei Stunden Sperrzeit:
9381 W x 1,1 = 10 319 W
Mit vier Stunden Sperrzeit:
9381 W x 1,2 = 11 257 W
Mit sechs Stunden Sperrzeit:
9381 W x 1,3 = 12 195 W
Grenzen der Auslegung
Die so ausgelegte Wärmepumpe hat keine großen Leistungsreserven für den Tag der Tage, an denen tatsächlich die tiefsten Außentemperaturen herrschen, für die das System ausgelegt sein sollte. Will man diese maximale Leistung an wenigen Tage nicht zwingend von der Wärmepumpe fordern, so kann ein elektrischer Heizstab die Erwärmung unterstützen. Diese Hilfe mittels Heizstab sollte aber nur eine Option sein für Luft/Wasser-WP. Diese Luft/Wasser-WP quält sich gewissermaßen an den sehr kalten Tagen, also dann, wenn die Leistungsanforderung am höchsten ist. Dann ist natürlich auch die angebotene Umgebungsluft am kühlsten. Entsprechend hoch muss also der Temperaturhub des Wärmepumpenprozesses sein und entsprechend mager fällt die Ausbeute der WP aus.
Eine Sole/Wasser-WP hingegen sollte auch bei kalter Witterung noch ein relativ warmes Bohrloch als Energiequelle nutzen können. Die Einbeziehung eines Heizstabes wird von den WP-Herstellern für diesen Typ eher nur in Ausnahmen empfohlen.
Bild: Viessmann
Tipp von mir
Für eine WP gibt es Einsatzbereiche, bei denen die „erzeugten“ Temperaturen zu den angebotenen Temperaturen in einem „gesunden“ Verhältnis stehen. Es ist also wichtig zu wissen, ob man ganzjährig hohe Temperaturen erzeugen muss, um beispielsweise die Trinkwassererwärmung hygienisch zu gewährleisten. Auf welchen wunden Punkt ich hier hinweise, beschreibe ich in ein paar Sätzen:
Die Heizleistung zur Gebäudeerwärmung ist abhängig von den Außentemperaturen und schwankt stark. Im Herbst bei 10 °C Außentemperatur reicht eine Vorlauftemperatur von vielleicht 30 °C in einem gut wärmegedämmten Haus völlig aus. Eine Fußbodenheizung mit geringen Verlegabständen kriegt die Hütte damit ordentlich warm. Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe erledigt diesen Temperaturhub von 10 °C auf 30 °C mit hoher Leistung und gutem Verhältnis von eingesetztem Strom zu abgegebener Heizleistung. In der Fachsprache redet man dann von einer guten Leistungszahl.
Wird aber von der WP an diesem Tag die Warmwasserbereitung mit 60 °C gefordert, gehen die Leistung an sich und auch die Leistungszahl in die Knie.
Sieht man sich diese Anlage dann bei eintretendem Frost oder bei Minusgraden an, verstärkt sich die Schieflage. Die Leistung der WP sinkt weiter, ebenso die Leistungszahl.
Das ist ein Fakt, mit dem die WP-Hersteller, unser SHK-Handwerk und am Ende der Verbraucher umgehen muss.
Nach meiner Einschätzung wird da auch schon mal nach dem Motto gearbeitet „Augen zu und durch“, denn den im Zweifel zugeschalteten Heizstab spürt ja keiner. Erst auf der Stromrechnung spiegelt sich Effizienz bei korrekter Auslegung wider.
Trägt man die Fakten zusammen, wird deutlich, dass die Auslegung einer WP-Anlage von vielen Seiten beleuchtet werden kann. Die pure Leistungsfähigkeit allein entscheidet nicht über Sinn und Unsinn dieser zukunftsträchtigen Technik.
Bild: Viessmann
Das interessiert mich sehr:
Wie lösen Sie die Aufgabe der Dimensionierung einer WP für sich und Ihre Kunden? Was hat sich in Ihrem Betrieb bei der Dimensionierung einer WP bewährt? Schildern Sie mir Ihre Erfahrungen unter held@sbz-online.de und dem Betreff: „Dimensionierung einer Wärmepumpe“.
