Planung einer Wärmepumpe in sieben Schritten

Stefano Fonseca
Zuletzt aktualisiert: 09/12/2023
Kategorie: Wärmepumpe

Fehler bei der Planung einer Wärmepumpe können zu ernsthaften Problemen führen. Wenn die Wärmepumpe oder die Wärmequelle zu klein dimensioniert sind, werden Sie im Winter trotz moderner Heizungsanlage frieren. Zu groß und damit unwirtschaftlich sollten sie aber auch nicht sein. Was Sie bei der Planung einer Wärmepumpe beachten müssen, damit sie sowohl wirtschaftlich wie ökologisch vorteilhaft ist, erfahren Sie in diesem Ratgeber.

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1. Schritt: Wärmebedarf ermitteln

Bei der Auswahl einer passenden Wärmepumpe ist der Wärmebedarf des Hauses entscheidend. Dieser wird in Kilowattstunden (kWh) pro Quadratmeter und Jahr (kWh/m² × Jahr) angegeben und gibt an, wie viel Wärme ein Gebäude pro Jahr benötigt, um auf eine bestimmte Raumtemperatur beheizt zu werden. Der Gesamtwärmebedarf entsteht aus dem Heizwärme- und Warmwasserbedarf.

Zur Ermittlung des Wärmebedarfs wird als Erstes die Heizlast nach DIN/TS 12381-1: Verfahren zur Berechnung der Raumheizlast berechnet. Die Heizlast gibt an, wie viel Leistung die Wärmepumpe zur Deckung des gesamten Wärmebedarfs erbringen muss. Zur Berechnung sind unter anderem folgende Unterlagen notwendig:

  • Ausführungspläne
  • Energieausweis, in dem alle Bauteile mit entsprechenden U-Werten angegeben werden
  • Lüftungskonzept (natürliche oder kontrollierte Wohnraumlüftung)
  • festgelegte Raumtemperaturen
  • Anteil zur Warmwasserbereitung, in der Regel 10 bis 20% des Gesamtwärmebedarfs

Diese Berechnung ist aufwändig und viele der Unterlagen werden erst im Laufe des Projektes erstellt, sodass die Heizlast zunächst überschlägig anhand von Erfahrungswerten ermittelt wird. Je nach Art von Gebäuden werden folgende spezifische Heizlasten in Watt pro Quadratmeter (W/m2) beheizte Wohnfläche angewendet:

GebäudeartSpezifische Heizlast
Passivhaus15 W/qm
KfW-Effizienzhaus 4020 W/qm
KfW-Effizienzhaus 5525 W/qm
KfW-Effizienzhaus 7030 W/qm
EnEV-2016-Haus35 W/qm
nach Wärmeschutzverordnung 199550 W/qm
bei normaler Wärmedämmung des Hauses (ab ca. 1980)80 W/qm
bei älterem Mauerwerk ohne besondere Wärmedämmung120 W/qm
 

Allerdings führt die grobe Auslegung meist zu einer Überdimensionierung der Wärmepumpe, weswegen eine Heizlastberechnung nach DIN/TS 12381-1 unerlässlich ist. Es ist wichtig, diese ausführliche Berechnung vor der Auslegung der Heizflächen oder vor Beginn der Installation der Wärmepumpe auszuführen. Ein qualifizierter Installateur unterstützt Sie dabei. 

2. Schritt: Abstimmung der Heizungsanlage

Ein effizienter Betrieb setzt eine sorgfältige Abstimmung mit der Haustechnik voraus. Bevor Sie in die Dimensionierung einer Wärmepumpe einsteigen, sollten Sie die Vorplanung möglichst abschließen. Wählen Sie die Art der Heizflächen und legen Sie deren Auslegung fest. Bestimmen Sie die Betriebsweise der Wärmepumpe und zusätzliche Systemteile wie den Warmwasserspeicher. Wenn Sie eine Kombination der Wärmepumpe mit Solarthermie oder Photovoltaik planen, berücksichtigen Sie dies in Ihrer Entscheidung, da es die Auswahl und Leistung der Wärmepumpe beeinflusst.

Wärmepumpe-Außengerät von Daikin

Heizflächen

Für eine optimale Nutzung der Wärmepumpe halten Sie die Vorlauftemperatur im Heizbetrieb so niedrig wie möglich. Flächenheizungen wie die Fußbodenheizungen verteilen die Wärme effektiv im ganzen Raum, daher eignen sie sich besonders für den Betrieb mit Wärmepumpen. Zudem können Flächenheizsysteme den Raum bis zur Taupunkttemperatur kühlen. Dazu müssen die Wärmepumpe sowie die Raumregler sowohl für Heizen als auch für Kühlen umschaltbar sein.

Niedertemperatur-Heizkörper und Gebläsekonvektoren sind zwei weitere Optionen, die mit einer Wärmepumpe kombiniert werden können. Diese Systeme können ebenfalls mit niedrigen Vorlauftemperaturen betrieben werden und eignen sich zum Heizen und Kühlen.

Wärmepumpen können auch mit Heizkörpern arbeiten. Der Einsatz von Heizkörpern mit einer Wärmepumpe setzt allerdings voraus, dass diese überdimensioniert sind und Ihr Einfamilienhaus einen niedrigen Wärmebedarf hat, sodass die Wärmepumpe mit niedrigen Vorlauftemperaturen arbeiten kann. 

Betriebsweise

Es gibt verschiedene Betriebsarten für eine Wärmepumpe. Sie kann im monovalenten, monoenergetischen oder bivalenten Betrieb angeschlossen werden. Die Dimensionierung der Wärmepumpe variiert je nach Betriebsart.

Bei monovalenten Betrieb deckt die Wärmepumpe den Wärmebedarf des Gebäudes vollständig ab. Eine zusätzliche Wärmequelle ist nicht erforderlich. Im monoenergetischen Betrieb werden zwei Wärmeerzeuger für die Wärmeversorgung eingesetzt. Der zweite Erzeuger nutzt elektrische Energie, wie ein integrierter Heizstab. Das Heizsystem ist nur an einer begrenzten Anzahl von kalten Tagen im Jahr in Betrieb, wenn die Leistung der Wärmepumpe nicht ausreicht. Auf diese Weise können Sie die Wärmepumpe kleiner dimensionieren.

Beim bivalenten Betrieb wird die Wärmepumpe durch ein nicht elektrisches Heizsystem wie ein Gas-Brennwertkessel unterstützt. Diese Unterstützung setzt ein, wenn die Wärmepumpe allein nicht mehr genügend Wärme liefern kann, was als Bivalenzpunkt bezeichnet wird. Beim bivalenten Betrieb kann die Wärmepumpe kleiner sein und effizienter innerhalb ihres optimalen Leistungsbereichs arbeiten.

Monovalente und monoenergetische Wärmepumpensysteme werden meist in Ein- und Zweifamilienhäusern eingesetzt. Das liegt daran, dass bei bivalenten Anlagen zusätzliche Betriebskosten wie Gaszähler, Wartung und Schornsteinfeger anfallen. Diese Kosten trägt der Betreiber allein. Außerdem sind die Energiepreise für den zweiten Wärmeerzeuger aufgrund der geringen Abnahme deutlich höher.

Pufferspeicher

Die Einbindung eines Pufferspeichers in ein Wärmepumpensystem hängt von verschiedenen Faktoren ab. Wichtig ist, ob der Mindestwärmebedarf der Wärmepumpe auch ohne ihn sichergestellt werden kann. Beim Betrieb mit einem Wärmepumpentarif ist entscheidend, dass genügend Wärme zur Überbrückung von Sperrzeiten vorhanden ist. Ein Pufferspeicher kann überschüssige Wärmeenergie speichern und bei Bedarf bereitstellen.

Andere Faktoren, die die Entscheidung für den Einsatz eines Pufferspeichers beeinflussen, sind:

  • die Notwendigkeit der hydraulischen Entkopplung von Heizkreisen,
  • der Bedarf an einem Puffer bei Photovoltaik oder Solarthermie,
  • die Einbindung anderer Wärmeerzeuger sowie
  • die Schalthäufigkeit bei ein- und ausschaltenden Wärmepumpen zu reduzieren.

3. Schritt: Die richtige Wärmepumpe wählen

Bei der Wahl der Wärmepumpe müssen verschiedene Parameter geprüft werden. Vor der Auswahl und Dimensionierung der Anlage sollten Voruntersuchungen zur Nutzung durchgeführt werden. Klären Sie vorab die genehmigungsrechtlichen Bedingungen, die Netztauglichkeit mit dem Energieversorger und die wasserrechtlichen Bedingungen. Nur so arbeitet die Anlage zuverlässig und effizient.

Funktionsweise einer Wärmepumpe

Beachten Sie bei Wahl der richtigen Wärmepumpe folgende Aspekte:

  • Gebäudeart: Die Art des Gebäudes beeinflusst den Wärmebedarf. Es bestimmt auch, wo die Wärmepumpe installiert wird und ob ein Erdwärmetauscher oder eine Brunnenanlage verwendet werden kann. Frei stehende Gebäude haben vier Außenwände, Doppelhaushälften drei und Reihenhäuser zwei, was sich auf den Wärmeverlust auswirkt. Auch die Ausrichtung und der Aufstellort sind wichtige Faktoren, die berücksichtigt werden sollen. 
  • Betriebsweise: Besonders im Altbau ist die Betriebsart entscheidend. Unterschiedliche Systemtemperaturen oder hohe Vorlauftemperaturen müssen berücksichtigt werden.
  • Kühlung: Die Betriebskosten sind dabei ein entscheidender Faktor. Passive Kühlung ist eine kostengünstige Option und trägt zur Regeneration der Erdwärmetauscher bei. Aktive Kühlung kann jedoch teuer werden, es sei denn, es wird eine PV-Anlage verwendet.
  • Heizflächen: Die Effizienz einer Wärmepumpe wird stark von der Temperatur der Heizflächen beeinflusst, da diese direkt die Vorlauftemperatur beeinflussen. Dies wirkt sich außerdem auch auf die Art der Kühlung aus, die die Wärmepumpe liefern kann. 
  • Warmwasserbereitung: Bei der Effizienz sind der Warmwasserbedarf und die Art der Trinkwasseraufbereitung entscheidende Faktoren. 
  • Energiestandard des Hauses: Nicht alle Wärmepumpen können ohne Weiteres den gewünschten Energiestandard erreichen.
  • Kosten: Die Kosten einer Wärmepumpe sind ein wichtiger Punkt. Luftwärmepumpen sind im Vergleich zu Erdwärmepumpen oder Grundwasserwärmepumpen günstiger, erreichen dafür aber nicht die gleiche Effizienz.
  • Wartung und Instandhaltung: Während Erdwärmeheizungen nur eine minimale Wartung benötigen, müssen Luftwärmepumpen je nach Art von Aufstellung intensiver gewartet und überprüft werden. Bei Grundwasserwärmepumpen ist die Wasserqualität wichtig, welche auch regelmäßig geprüft werden sollte.

4. Schritt: Wärmepumpe dimensionieren

Für einen reibungslosen und kostengünstigen Betrieb muss die Wärmepumpenanlage richtig ausgelegt werden. Bedenken Sie mögliche Bedarfsänderungen und beachten Sie, dass die Heizleistung der gewählten Wärmepumpe die berechnete Heizlast decken kann, wobei Warmwasserbereitung und Sperrzeiten einkalkuliert werden müssen.

Bivalenzpunkt definieren

Der Bivalenzpunkt definiert die Temperatur der Wärmequelle, bei der die Wärmepumpe ihre maximale Heizleistung abgibt. Sollte dieser Punkt überschritten werden, muss ein weiterer Wärmeerzeuger zugeschaltet werden. Aufgrund dessen ist der Bivalenzpunkt zur Festlegung der Betriebsweise entscheidend. Ist ein monovalenter Betrieb gewünscht, muss die Wärmepumpe entsprechende Leistung haben, sodass kein zweiter Wärmeerzeuger notwendig ist.

Bivalenzheizpunkt einer Wärmepumpe

Vorlauftemperatur definieren

Ein wichtiger Faktor bei der Auswahl einer Wärmepumpe ist die Bestimmung der erforderlichen Vorlauftemperatur. Wärmepumpen erreichen in der Regel nur eine maximale Vorlauftemperatur von 60 °C. Hochtemperatur-Wärmepumpen können zwar höhere Vorlauftemperaturen erreichen, allerdings sind sie aus diesem Grund deutlich weniger effizient.

In Neubauten werden häufig Flächenheizungen mit einer maximalen Vorlauftemperatur von 35 °C geplant und installiert, wodurch die Wärmepumpe hocheffizient arbeitet. In bestehenden Gebäuden ist die erforderliche Vorlauftemperatur jedoch oft unbekannt. In den vergangenen Jahren wurden Heizkörperanlagen mit Vorlauf-/Rücklauftemperaturen von 70/55 °C ausgelegt. Ideal ist ein Betrieb der Wärmepumpen mit einer Vorlauftemperatur bis 50 °C.

Selbsttest zur Bestimmung der Vorlauftemperaturen im Altbau

Versuchen Sie an einem kalten Wintertag, die Vorlauftemperatur Ihrer Heizung auf 50 °C einzustellen. Drehen Sie dann die Thermostate hoch und warten Sie, bis es im Wohnzimmer gemütlich wird. Wenn die Raumtemperatur ausreichend ist, könnte eine Wärmepumpe mit den vorhandenen Heizkörpern betrieben werden. Bleibt es jedoch kühl, sollten Sie zuerst die Heizkörper austauschen. Am besten lassen Sie sich von einem Heizungsfachmann beraten, bevor Sie eine Entscheidung treffen.

5. Schritt: Erschließung der Wärmequellen planen

Berücksichtigen Sie Planung und Erschließung von Wärmequellen. Für Erdreich, Grundwasser und Luft gibt es unterschiedliche Kriterien, die Sie beachten sollten. 

Erdwärmesonden

Fehler bei der Planung und dem Bau von geothermischen Anlagen sind kostspielig und führen zu Betriebsproblemen. Es ist wichtig, dass diese Aufgaben von einem professionellen Unternehmen mit Sorgfalt ausgeführt werden.

Bei der Auslegung von Erdwärmesonden stehen verschiedene Berechnungs- und Simulationsmethoden zur Auswahl. Die Konstruktion ist typischerweise eine Doppel-U-Rohrsonde mit einem Außendurchmesser von 32 Milimeter. Der typische Durchmesser eines Bohrlochs beträgt 154 Millimeter. In Deutschland können Erdwärmesonden bis 99 Meter ohne bergrechtliche Genehmigung installiert werden.

Bohrunternehmen ziehen es vor, Bohrungen in Hartgestein vorzunehmen, da in hartem Gestein das Bohrloch an Ort und Stelle bleibt und nicht zusammenbricht. Das erleichtert das Einbringen des Bohrlochs und macht zusätzliche Hilfsrohre überflüssig. Allerdings nimmt die Bodenbeschaffenheit einen großen Einfluss bei der Auslegung der Erdwärmesonden ein, weswegen diese im Vorhinein genau ermittelt werden sollten.

Erdwärmekollektoren

Die Richtlinien für die Dimensionierung von Erdwärmekollektoren sind ähnlich wie die für Erdwärmesonden. Es gibt jedoch einige Besonderheiten, die zu beachten sind. 

Einige Hersteller stellen Planungsunterlagen mit Tabellen für die Auslegung von Erdwärmekollektoren zur Verfügung. Diese Tabellen basieren auf der Kühlleistung, der Bodenart und dem Kollektorrohrdurchmesser. Sie berücksichtigen auch die Anzahl und Länge der Kollektorkreise. Zwar hat sich diese Methode über viele Jahre bewährt, jedoch empfiehlt es sich, den Kollektor von einem Fachplaner mit einer geeigneten Software auslegen zu lassen.

Zudem sind zwei Faktoren wichtig: die Entfernung des Soleverteilers vom Heizungsraum und die Kühlleistung der Wärmepumpe. Zur Ermittlung des geeigneten Durchmessers der Anschlussleitung stehen Tabellen zur Verfügung, die sich nach der Entfernung der Solepumpe richten. Damit ist sichergestellt, dass die Anlage den Anforderungen entsprechend ausgelegt ist.

-> Erfahren Sie mehr:  Planung und Auslegung von Flächenkollektoren

Überdimensionierte Erdwärmekollektoren sind besser als zu kleine Kollektoren. Je größer die Erdwärmekollektoren, desto höher der Wirkungsgrad und Betriebssicherheit Ihrer Wärmepumpe.

Brunnenanlage

Der Einsatz von Wasser-Wasser-Wärmepumpen mit Grundwassernutzung ist ein hocheffizientes System, erfordert allerdings eine Genehmigung. Zudem kann eine Brunnenanlage nur in Regionen eingesetzt werden, in denen die notwendigen Voraussetzungen vorhanden sind. Bei der Umsetzung dieses Systems sind die länderspezifischen Vorschriften zu beachten.

Die Anforderungen an die Dimensionierung und Ausführung von Brunnenanlagen sind in der VDI 4640-2 Thermische Nutzung des Untergrunds detailliert beschrieben. Für jedes Kilowatt Heizleistung werden 0,22 bis 0,29 Kubikmeter Brunnenwasser pro Stunde bei einer Temperaturspreizung von drei bis vier Kelvin benötigt. Für jedes Kilowatt Heizleistung werden laut Fachliteratur 250 Liter Wasser pro Stunde benötigt, bei einer Mindesttemperatur von sieben Grad Celsius. Eine Wärmepumpe mit zehn Kilowatt Heizleistung benötigt also rund 2,5 Kubikmeter Wasser pro Stunde.

Die Systementscheidung sieht vor, dass der Entnahmebrunnen und der Schluckbrunnen einen Abstand von mindestens 15 Metern zum Grundwasserstrom haben müssen. Zusätzlich muss ein Abstand von mindestens zwei Metern zu Gebäuden eingehalten werden. Auch die Tiefe des Brunnens und die Verfügbarkeit von ausreichend Wasser müssen geklärt werden. Entscheidend ist, dass der Brunnen und die Sickerschächte groß genug sind, um das gesamte geförderte Grundwasservolumen sicher aufnehmen zu können, was durch geeignete Füllversuche nachgewiesen werden muss.

Luft

Bei der Planung eines Aufstellungsortes ist es wichtig, die unterschiedlichen Anforderungen für die Innen- und Außenaufstellung zu berücksichtigen. Auch die Bauweise der Luftwärmepumpen spielt eine wichtige Rolle, wobei zwischen Monoblock- und Split-Ausführung unterschieden wird. Es ist zu beachten, dass Luft-Wärmepumpen mit brennbaren Kältemitteln bei Transport, Lagerung, Installation und Entsorgung besondere Aufmerksamkeit erfordern. Bei der Installation sollten stets die Sicherheitsvorschriften beachtet werden. Ansonsten ist es wichtig, die Anweisungen des Herstellers sowohl für die Installation als auch für den Betrieb sorgfältig zu lesen.

Luftwärmepumpen sind weder anmelde- noch genehmigungspflichtig. Dennoch ist es wichtig, sich bei der örtlichen Baubehörde über eventuelle regionale Sondervorschriften zu informieren, insbesondere über die Anforderungen an die Schalldämmung. Vorsicht ist besser als Nachsicht.

6. Schritt: Inbetriebnahme und Wartung

Damit eine Wärmepumpe effizient und reibungslos funktioniert, braucht sie eine fachkundige Einweisung, Dokumentation und regelmäßige Wartung. Diese Voraussetzungen dürfen nicht außer Acht gelassen werden. Wärmepumpen sollten regelmäßig gewartet werden, um ihre Lebensdauer zu verlängern. 

Inbetriebnahme

Vor dem Verschließen von Schlitzen und Öffnungen und dem Einbringen der Dämmung muss das Heizungssystem in Betrieb genommen und überprüft werden. Außerdem muss das System vor dem Aufbringen des Estrichs einer Dichtheits- und Druckprüfung unterzogen werden, um Feuchtigkeitsschäden zu vermeiden. Derartige Schäden können kostspielig sein und Stress für alle Beteiligten bedeuten. Die ordnungsgemäße Inbetriebnahme des Systems verhindert auch das Eindringen von Sauerstoff und gewährleistet die Funktionssicherheit.

Zur Inbetriebnahme gehört ebenfalls das Spülen der Anlage. Damit wird verhindert, dass Verarbeitungsrückstände und Verunreinigungen in empfindliche Anlagenteile wie Pumpen und Ventile gelangen und Funktionsstörungen verursachen. In Gebäuden, die schon länger in Betrieb sind, kann es zu starken Schmutz- und Schlammablagerungen kommen, sodass geeignete Reinigungsmittel zugesetzt werden müssen. Um einen sicheren und effizienten Betrieb der Wärmepumpen zu gewährleisten und die empfindlichen Wärmetauscher zu schützen, ist es unerlässlich, einen hochwertigen Staub- und Schlammreiniger zu installieren, vorzugsweise vor der Wärmepumpe im Rücklauf. Dies dient auch der Absicherung möglicher Garantieansprüche.

Hydraulischer Abgleich

Bei der Inbetriebnahme einer Wärmepumpe wird normalerweise ein hydraulischer Abgleich durchgeführt. Dies ist entscheidend für die Gewährleistung einer optimalen Effizienz des Wärmepumpensystems. Zu den Vorteilen des hydraulischen Abgleichs gehören die gleichmäßige und schnelle Beheizung aller Räume, Energieeinsparungen durch die richtige Pumpeneinstellung und die Vermeidung von hohen Rücklauftemperaturen und lauten Heizkörpern oder Heizkreisverteilern.

Wartung

Mit Inbetriebnahme sind die komplette Dokumentation sowie die vollständigen Prüfunterlagen der Anlage an den Bauherrn zu übergeben. Herstellerunterlagen wie Betriebsanleitung, Installationsanleitung des Reglers, Hydraulikschema und Ersatzteilliste sind als Zweitschrift bei der Wärmepumpe aufzubewahren. Achten Sie darauf, dass Sie die Servicenummern, den Hersteller und die Identifikationsnummer für den Fall einer Störung aufbewahren. Es wird empfohlen, einen Wartungsvertrag abzuschließen und die Wärmepumpenanlage jährlich überprüfen zu lassen.

7. Schritt: Angebote vergleichen und Fachbetrieb wählen

Es ist durchaus sinnvoll, sich Wissen rund um die Wärmepumpe anzueignen, wobei letztlich ein Fachunternehmen für die Planung und Ausführung beauftragt werden sollte. Gerne helfen wir Ihnen dabei, das passende Fachunternehmen für Wärmepumpen zu finden. Füllen Sie das untere Formular aus und wir verbinden Sie mit bis zu fünf qualifizierten Fachbetrieben aus Ihrer Region. Vergleichen Sie die Angebote und sparen dabei bis zu 30%!