Bei der Auslegung der Wärmepumpe muss die niedrigste Außentemperatur angenommen werden, sodass die Leistung den notwendigen Wärmebedarf decken kann. Auch der zusätzliche Stromverbrauch und mögliche Zusatzheizungen müssen bedacht und eingeplant werden. Der Bivalenzpunkt stellt dabei eine technische Stütze zur fachgerechten Auslegung und zum effizienten Betrieb der Wärmepumpe dar.
Und das ist der Inhalt des Artikels:
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Was versteht man unter dem Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe?
Der Bivalenzpunkt legt die Außentemperatur fest, bei der die Wärmeleistung den Wärmebedarf des Gebäudes decken kann und verhindert so eine Unter- oder Überdimensionierung der Wärmepumpe. Sobald die Außentemperatur unter den Bivalenzpunkt fällt, ist ein zusätzlicher Wärmeerzeuger wie ein Heizstab zur Unterstützung der Wärmepumpe erforderlich. Daher ist der Bivalenzpunkt für die Auslegung von Wärmepumpen von zentraler Bedeutung.
Warum ist der Bivalenzpunkt relevant?
Der Bivalenzpunkt ist besonders für die Auslegung von Luftwärmepumpen wichtig, da diese die Außenluft als Wärmequelle nutzen und ihre Temperatur über das ganze Jahr hinweg stark schwankt. Besonders bei Minustemperaturen verzeichnen Luft-Wasser-Wärmepumpen erhebliche Leistungseinbuße. Gleichzeitig steigt bei Minustemperaturen der Wärmebedarf eines Gebäudes. Deswegen ist es wichtig, den Punkt zu kennen, an dem die Wärmepumpe den Wärmebedarf nicht mehr decken kann und zusätzliche Wärmeenergie erzeugt werden muss.
Luftwärmepumpen operieren während der Übergangszeiten am effizientesten, da sie Außenlufttemperaturen zwischen 5 und 10 ℃ auf bis zu 50 ℃ Vorlauftemperatur erwärmen müssen. Sobald die Außenluft jedoch Minustemperaturen erreicht, muss die Wärmepumpe viel mehr Leistung erbringen, um die gleiche Vorlauftemperatur zu gewährleisten. Somit fällt auch der Stromverbrauch deutlich höher aus. Der Bivalenzpunkt hilft somit nicht nur zu verstehen, ob und wann eine Zusatzheizung notwendig ist, sondern die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe zu optimieren.
Sowohl bei Erdwärmepumpen als auch bei Wasser-Wasser-Wärmepumpe ist der Bivalenzpunkt selten von Relevanz, da sie Wärmequellen nutzen, die ganzjährig eine konstante Temperatur zwischen 5 und 12 °C aufweisen. Somit ergeben sich keine großen Leistungsschwankungen und die Wärmepumpe kann so ausgelegt werden, dass sie den kompletten Wärmebedarf deckt.
Bivalente Wärmepumpen arbeiten mit einem monoenergetischen oder einem bivalenten Betrieb. Ersterer nutzt eine elektrische Zusatzheizung in Form eines Heizstabes, während letzterer einen zusätzlichen Wärmeerzeuger in die Heizungsanlage integriert. Diese kann beispielsweise aus einer Hybridheizung mit Gas bestehen.
Luftwärmepumpen werden in der Regel mit einem Heizstab ausgestattet. Laut einer Studie des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE arbeiten Wärmepumpen jedoch auch problemlos ohne Heizstäbe effizient.
Wo liegt der optimale Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe?
Für bivalente Wärmepumpen empfehlen die meisten Wärmepumpenhersteller eine Auslegung auf den Bivalenzpunkt von -5 °C. Allerdings variieren die Außentemperaturen je nach Standort, weswegen der Bivalenzpunkt anhand der Normaußentemperaturen auszulegen ist. Die Festlegung des Bivalenzpunktes hängt zudem von der Betriebsart einer Wärmepumpe ab:
- Beim monovalenten Betrieb deckt die Wärmepumpe den kompletten Wärmebedarf eines Gebäudes, weswegen sie keinen Bivalenzpunkt erreichen.
- Beim monoenergetischen Betrieb wird die Zusatzleistung elektrisch hinzugefügt, weswegen der Bivalenzpunkt etwas geringer ausfällt, sodass die Wärmepumpe größer dimensioniert wird.
- Beim bivalenten Betrieb unterstützt ein zusätzlicher Wärmeerzeuger wie Gas- oder Pellets-Brennwertkessel die Wärmepumpe. Aus diesem Grund kann der Bivalenzpunkt etwas höher ausgelegt werden, da durch die Zusatzheizung eine höhere Versorgungssicherheit besteht.
| Niedrigste Außentemperatur | Bivalenzpunkt bivalenter Betrieb | Bivalenzpunkt monoenergetischer Betrieb |
|---|---|---|
| -16 °C | -4 °C | -8 °C |
| -12 °C | -3 °C | -6 °C |
| -10 °C | -2 °C | -5 °C |
Der Bivalenzpunkt als Auslegungsgrundlage für die Wärmepumpe
Entscheidend für die Dimensionierung einer Wärmepumpe ist der Gesamtwärmebedarf eines Gebäudes. Dieser wird anhand einer Heizlastberechnung ermittelt und gibt vor, welche Heizleistung eine Wärmepumpe haben muss.
Die Berechnung der Heizlast ist entscheidend für die Ermittlung des Energiebedarfs, der erforderlich ist, um ein Gebäude angenehm warmzuhalten. Dieser Prozess folgt einem standardisierten Verfahren und basiert auf verschiedenen gebäudespezifischen Parametern. Die Heizlast gibt vor, welche Heizleistung ein Heizsystem maximal erbringen muss.
Anhand dieser Information wird eine Wärmepumpe ausgelegt, deren Leistungskurve mit dem definierten Bivalenzpunkt übereinstimmt. Denn während der Wärmebedarf bei Minustemperaturen steigt, nimmt die Leistung der Wärmepumpe ab. Der Bivalenzpunkt bietet somit eine Grundlage, um die wirtschaftlichste und effizienteste Wärmepumpe zu finden:
- Liegt die Leistungskurve einer Wärmepumpe über dem Bivalenzpunkt, ist diese überdimensioniert. Das heißt, dass die Wärmepumpe über den Bivalenzpunkt hinaus nicht effizient arbeitet und somit mehr Energie verbraucht als sie erzeugen kann.
- Liegt die Leistungskurve einer Wärmepumpe unter dem Bivalenzpunkt, ist diese unterdimensioniert. Das heißt, dass die Wärmepumpe nicht genügend Heizleistung besitzt, um den Wärmebedarf zu decken. Dadurch wird die Zusatzheizung zu früh eingeschaltet, was zu erhöhten Heizkosten führt.
Fazit
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