Warum entscheidet der Wärmeabgeber darüber, wie eine Wärmepumpe arbeitet?
Bei einer Wärmepumpe fragen Kunden nach Leistung, Marke und wie laut das Außengerät ist. Sie fragen viel seltener danach, wie die Wärme in die Räume abgegeben wird – und genau das bestimmt die Heizkosten für die nächsten zwanzig Jahre. Ob Fußboden, Wand, Heizkörper oder Gebläsekonvektor (Fan Coil) ist keine Geschmacksfrage, sondern eine Frage der Wassertemperatur, mit der die Wärmepumpe den ganzen Winter über arbeitet. Der größere Zusammenhang eines Niedrigenergiehauses findet sich in der Übersicht Passivhaus von A bis Z.
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe arbeitet umso besser, je kleiner die Temperaturdifferenz ist, die sie zwischen der Außenluft und dem Heizungswasser überbrücken muss. Jedes zusätzliche Grad am Vorlauf bedeutet mehr Strom für dieselbe Kilowattstunde Wärme. Deshalb vergleicht man die Jahresarbeitszahl (SCOP) bei der Temperatur, mit der das Haus tatsächlich betrieben wird. Wie sich die Auslegungstemperatur im Vergleich zu einem Heizkessel verhält, wird im Artikel Wärmepumpe oder Gas im Neubau behandelt. Dieser Beitrag handelt von der anderen Seite der Gleichung: den Wärmeabgebern und Flächenheizungen in den Räumen.
Die Wassertemperatur, die ein Haus benötigt, ergibt sich aus einem einfachen Verhältnis: dem Wärmeverlust eines Raumes geteilt durch die Fläche, die die Wärme abgibt. Eine große Fläche kommt mit lauwarmem Wasser aus, eine kleine braucht es heiß. Die Wärmequelle kann innerhalb von fünfzehn Jahren in wenigen Tagen ausgetauscht werden. Eine im Estrich oder Putz eingebaute Fläche kann das nicht.
Fußboden, Wand, Heizkörper oder Gebläsekonvektor: Wie unterscheiden sie sich?
Vier Arten von Wärmeabgebern sind in einem Haus mit Wärmepumpe realistisch.
Fußbodenheizung
Die Fußbodenheizung hat die größte Fläche und kommt daher mit der niedrigsten Wassertemperatur aus. Sie strahlt gleichmäßig ab, nimmt keine Wandfläche in Anspruch, und der Estrich wirkt als Speichermasse, die das Takten der Wärmepumpe dämpft. Der Preis dafür ist eine langsame Reaktionszeit in der Größenordnung von Stunden sowie die Empfindlichkeit gegenüber dem Bodenbelag: Dickes Holz auf einer Unterlage oder ein Teppich erhöhen den Wärmewiderstand und zwingen das System, die Wassertemperatur anzuheben. Ich vergleiche die Materialien im Artikel über Holz-, Vinyl- und Mikrozementböden. Rohre werden nicht unter Einbauschränken oder Küchenzeilen verlegt, daher muss die Möbelanordnung bekannt sein, bevor die Rohre verlegt werden.
Wandheizung
Die Wandheizung führt Rohre im Putz, meist auf der Innenseite einer Außenwand. Sie reagiert schneller als ein Fußboden, weil die Schicht über den Rohren dünn ist, und ihr Anteil an Strahlungswärme ist sogar noch höher. Sie eignet sich für Sanierungen, bei denen der Fußboden nicht angehoben werden kann, sowie für Badezimmer. Die Grenze ist die Wand selbst: Kein Schrank oder Sofa darf vor dem beheizten Abschnitt stehen, und jedes zu bohrende Loch muss zuerst anhand der Zeichnung oder mit einer Wärmebildkamera lokalisiert werden.
Niedertemperatur-Heizkörper
Ein für niedrige Temperaturen ausgelegter Plattenheizkörper ist einfach größer oder tiefer als ein Standardmodell gleicher Leistung. Er reagiert innerhalb von Minuten, ist kostengünstig, lässt sich leicht mit einem Thermostatkopf regeln und stellt keine Anforderungen an den Boden. Er gibt einen größeren Anteil seiner Wärme durch Konvektion ab, fühlt sich bei niedriger Wassertemperatur jedoch nur lauwarm an, was Kunden manchmal überrascht.
Gebläsekonvektoren (Fan Coils)
Ein Gebläsekonvektor bläst mit einem Ventilator Luft über einen wasserdurchströmten Wärmetauscher. Er ist kompakt, reagiert am schnellsten und ist der einzige der vier, der im Sommer unter den Taupunkt kühlt, was bedeutet, dass er auch entfeuchtet. Er benötigt jedoch einen Kondensatablauf, Strom für jedes Gerät und Filterwechsel, und in einem Schlafzimmer kann das Ventilatorgeräusch störend sein.
| Kriterium | Fußboden | Wand | Niedertemperatur-Heizkörper | Gebläsekonvektor |
|---|---|---|---|---|
| Erforderliche Wassertemperatur | Niedrigste | Sehr niedrig | Niedrig bis mittel, je nach Größe | Niedrig |
| Reaktion auf Änderung | Langsam, Stunden | Mittel | Schnell | Am schnellsten |
| Wie sich die Wärme anfühlt | Gleichmäßige Wärme von den Füßen aufwärts | Strahlungswärme von der Wand | Luftbewegung entlang der Wand | Luftbewegung, hörbarer Ventilator |
| Einschränkungen im Innenraum | Bodenbelag, Möbel nicht über den Kreisen | Freie Wand, Vorsicht beim Bohren | Platz unter dem Fenster oder an der Wand | Platzierung, Kondensatablauf |
| Sommerkühlung | Ja, oberhalb des Taupunkts, geringe Leistung | Ja, oberhalb des Taupunkts | Nein, ein Standardheizkörper ist nicht dafür ausgelegt | Ja, mit Entfeuchtung |
| Kondensationsrisiko beim Kühlen | Durch feuchtegeführte Regelung abgesichert | Durch feuchtegeführte Regelung abgesichert | Kondensat hat keinen Ablauf | Kondensat wird gezielt abgeführt |
| Für Sanierung geeignet | Nur wenn Böden erneuert werden | Gut | Am einfachsten | Gut, wenn Rohre verlegt werden können |
Das Kühlen über Fußboden oder Wand ist durch den Taupunkt begrenzt, daher behandle ich es als Bonus, nicht als Entscheidungsgrund. Die Details finden sich im Artikel über sommerliche Überhitzung.
Was ändert sich in einem Passivhaus oder einem sehr niedrigen Energiehaus?
In einem Haus mit sehr geringem Wärmeverlust kehrt sich das Verhältnis um. Der Passivhausstandard erlaubt eine maximale Heizlast von 10 Watt pro Quadratmeter, und bei einem so geringen Wärmestrom ist die Fußbodenoberfläche nur etwa ein bis zwei Grad wärmer als die Luft. Der warme Fußboden, den Kunden erwarten, ist selbst am kältesten Tag nicht zu spüren. Eine Fußbodenheizung im ganzen Haus bringt hier kein Gefühl, sie bringt Gleichmäßigkeit – und eine gute Gebäudehülle liefert das von selbst.
Deshalb plane ich in solchen Häusern oft etwas Einfacheres: einen beheizten Fußboden in den Badezimmern und im Eingangsbereich, wo die Fliesen kalt sind, und ein paar kleine Niedertemperatur-Heizkörper in den Wohnräumen. Die Investition ist geringer und das Haus reagiert besser auf solare Gewinne, die in einem Passivhaus einen großen Teil eines sonnigen Tages abdecken. Ein Fußboden mit viel Speichermasse heizt stundenlang weiter, nachdem die Sonne ins Wohnzimmer eingestrahlt ist.
Sein selbstegeulender Effekt hilft: Wenn die Sonne die Luft erwärmt, sinkt die Differenz zwischen Boden und Raum, und der Boden selbst gibt weniger Wärme ab. Das ist kein Grund, den Fußboden auszuschließen, sondern nur ein Grund, sich nicht auf einen Raumthermostaten als schnelles Werkzeug zu verlassen.
Wie heizt man ein Badezimmer, und was ist mit dem Handtuchheizkörper?
Das Badezimmer ist der Raum, in dem ein Niedertemperatursystem am häufigsten an seine Grenzen stößt. Es ist für eine höhere Raumtemperatur als die Wohnräume ausgelegt, üblicherweise 24 °C, hat eine kleine Grundfläche, von der Badewanne und Dusche einen Teil einnehmen, und die Menschen stehen darin nass. Der Fußboden allein deckt daher meist nicht den gesamten Wärmeverlust.
Ein Handtuchheizkörper trocknet Handtücher, liefert aber bei niedriger Wassertemperatur nur einen Bruchteil seiner Nennleistung, und Handtücher trocknen darauf langsam. Eine bewährte Kombination ist ein Fußboden oder eine Wand als Basis und ein wassergeführter Handtuchheizkörper mit einem zusätzlichen elektrischen Heizelement. So können Sie Handtücher auch im Sommer trocknen, wenn die Heizung aus ist, ohne die Wassertemperatur für das ganze Haus wegen eines einzigen Raumes anheben zu müssen.
Können vorhandene Heizkörper bei einer Wärmepumpe bleiben?
Bei Sanierungen ist dies die häufigste Frage, und die Antwort lautet öfter „ja“, als ein Verkäufer neuer Heizkörper erwarten würde. Alte Anlagen wurden für eine hohe Wassertemperatur und den Wärmeverlust eines ungedämmten Hauses ausgelegt. Nach Dämmung und neuen Fenstern sinkt der Verlust, aber die Heizkörper bleiben gleich groß. Entscheidend ist das Verhältnis der Leistung eines Heizkörpers bei einer niedrigeren Wassertemperatur zum neuen Wärmeverlust des Raumes.
Die Heizkörperleistung fällt nicht linear mit der Wassertemperatur, sondern steiler. Die Tabelle zeigt den ungefähren Anteil der Nennleistung eines Plattenheizkörpers, angegeben bei 75/65 °C und einer Raumtemperatur von 20 °C.
| Wassertemperatur (Vorlauf/Rücklauf) | Anteil der Nennleistung | Bedeutung |
|---|---|---|
| 75/65 °C | 100 % | Der Nennpunkt aus dem Katalog |
| 70/55 °C | etwa 80 % | Eine klassische ältere Auslegung |
| 55/45 °C | etwa 50 % | Ursprüngliche Heizkörper reichen nach Dämmung oft aus |
| 45/35 °C | etwa 30 % | Heizkörper müssen deutlich überdimensioniert sein |
| 35/30 °C | etwa 15 % | Fußbodenheizungsbereich, ein Heizkörper heizt hier kaum |
Die Werte folgen der üblichen Kennlinie von Plattenheizkörpern; für ein bestimmtes Produkt gelten die Herstellerangaben. Sie zeigen jedoch das Wesentliche: Ein Heizkörper, der im alten Haus Reserven hatte, kann den neuen Wärmeverlust nach der Dämmung bei 45 bis 55 °C decken. Eine raumweise Wärmeverlustberechnung bestätigt dies, ebenso ein einfacher Test: Senken Sie während einer Kälteperiode die Wassertemperatur am bestehenden Heizkessel schrittweise ab und beobachten Sie, welcher Raum zuerst zurückfällt. Dieser Raum braucht einen größeren Wärmeabgeber, nicht eine höhere Temperatur für das ganze Haus. Der Prozess des Austauschs der Wärmequelle mit öffentlicher Förderung wird im Artikel über den Austausch einer Wärmequelle mit Förderung beschrieben.
Heizkörper müssen ersetzt oder vergrößert werden, wo das Haus nicht gedämmt wird, wo sie von Anfang an unterdimensioniert waren oder wo die meisten Räume bei 55 °C nicht ausreichen. Das Ziel ist ein Niedertemperatur-Heizsystem, nicht eine bestimmte Art von Wärmeabgeber. Wärmepumpen mit dem Kältemittel R290 (Propan), die höhere Wassertemperaturen erreichen als ältere Typen, werden immer häufiger. Das hilft bei Warmwasser und alten Heizkörpern, umgeht aber nicht die Physik: Diese Maschinen verbrauchen bei höheren Temperaturen ebenfalls mehr Strom.
Wie sollte man das Haus zonieren und die Regelung einrichten?
Die Grundlage der Wärmepumpenregelung ist die Heizkurve: Die Wassertemperatur folgt der Außentemperatur und sollte immer die niedrigste sein, mit der das Haus die gewünschte Temperatur noch hält. Darauf baut die Zonenregelung auf, mit Raumthermostaten und Stellantrieben am Verteiler oder Thermostatköpfen an den Heizkörpern.
In einem Niedrigenergiehaus sind oft weniger Zonen besser. Wärme bewegt sich zwischen Räumen durch Wände und Decken, sodass ein um zwei Grad kühleres Schlafzimmer ohnehin in Richtung seiner Umgebung driftet. Es ist sinnvoll, die Schlafzimmer vom Wohnbereich und die Badezimmer vom Rest zu trennen, nicht in jedem Raum einen Thermostaten zu installieren. Die zweite Regel ist hydraulisch: Eine Wärmepumpe benötigt einen Mindestdurchfluss, und wenn die meisten Kreise schließen, beginnt sie zu takten. Die Antwort ist, einige Kreise ohne Stellantriebe zu lassen, typischerweise im Badezimmer und Wohnzimmer, und das System hydraulisch so abzugleichen, dass jeder Raum seinen Auslegungsdurchfluss erhält.
Wie bereitet man Warmwasser ohne Legionellenrisiko auf?
Warmwasser ist die schwierigste Aufgabe für eine Wärmepumpe, da es eine höhere Temperatur als die Raumheizung benötigt. Bakterien der Gattung Legionellen vermehren sich in lauwarmem Wasser, etwa im Bereich von 20 bis 45 °C, und sind gefährlich, wenn das Aerosol eingeatmet wird, zum Beispiel beim Duschen. Die Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfehlen daher, Warmwasser bei mindestens 60 °C zu speichern und dass das Wasser am Hahn nicht kälter als 50 °C ist.
Die Legionellenprävention bei einer Wärmepumpe beruht auf drei Dingen. Der Speicher wird regelmäßig über 60 °C erhitzt, entweder durch den Kompressor, wenn die Maschine dies erreichen kann, oder durch ein elektrisches Heizelement in einem geplanten Desinfektionszyklus. Die Warmwasserleitungen sind kurz und frei von Stichleitungen, in denen Wasser steht. Und die Zirkulation, falls das Haus sie benötigt, ist gedämmt und zeitgesteuert. Wenn der Speicher normalerweise unter 60 °C gehalten wird, damit die Wärmepumpe wirtschaftlicher läuft, ist der Desinfektionszyklus keine optionale Funktion, sondern eine Bedingung. Der Kompromiss zwischen Hygiene und Verbrauch sollte vom Planer je nach Haushaltsgröße und Leitungslängen festgelegt werden, nicht durch eine Werkseinstellung.