Wärmepumpe für ca. 300 qm Wohnfläche, Bj. 1990, Standort in NRW, 32052 ?

[Ms01]

Hallo zusammen,
ich habe schon lange still hier mitgelesen und finde es toll, wie viel fachkundiger Rat hier weitergegeben wird. Jetzt habe ich mich entschlossen, mich anzumelden und selbst eine Frage zu stellen, und hoffe auf guten Rat.

Wärmepumpe für rund 300 qm Wohnfläche, Bj. 1990? Standort in NRW, 32052 ?

Ich stehe vor der Entscheidung eine Gasheizung austauschen zu müssen, denn wir übernehmen demnächst ein größeres Haus. Angedacht ist, eine Wärmepumpe einzubauen.

Das Haus ist wie folgt aufgebaut:
Ebene 0 (Keller, Einliegerwohnung): Heizkörper (getrennte Wärmeerfassung notwendig)
Ebene 1: komplett Fußbodenheizung
Ebene 2 (Dachgeschoss): Heizkörper

Es ist eine Gasheizung (Bj.1990) verbaut.
Das Dach soll mit einer PV-Anlage ausgestattet werden (15 kWp).

Ich hatte zunächst darüber nachgedacht, in Ebene 0 und 2 nachträglich auch eine Fußbodenheizung einzubauen (Rillen in den Zementestrich einfräsen). Allerdings ist er Zementestrich nur 4 cm dick, so dass ich da Bedenken habe, ob das ausreicht.

Den Estrich zu entfernen und komplett eine neue Fußbodenheizung in der Ebene 0 und 1 einzubauen erscheint mir sehr viel Aufwand und wird sicher auch sehr teuer, so dass ich das eigentlich nicht favorisiere.

Schließlich bliebe auch noch die Lösung, in der Ebene 0 und 2 weiter mit Heizkörpern zu heizen. Ein Heizreport hat ergeben, dass bei Systemtemperaturen 50/40 °C vier Heizkörper ausgetauscht werden müssten.

Die Berechnung hat weiter ergeben: 16,31 kW

Norm-Gebäudeheizlast: 16,31 kW
Betriebsweise: bivalent parallel
Bivalenzpunkt: -7 °C
Leistung im gewählten Bivalenzpunkt: 15,11 kW


Welche Lösung würdet Ihr favorisieren?
Gibt es Probleme, dass auf einer Eben nur Fußbodenheizung ist und auf den anderen Ebenen Heizkörper?
Ich habe zudem darüber nachgedacht, dass Brauchwasser durch eine eigene Brauchwasserwärmepumpe zu erwärmen. Dann könnte man die gesamte restliche Heizungsanlage in den Sommermonaten abschalten. Macht das aus Eurer Sicht Sinn?

 

[Dr Schorni]

Ein Heizreport hat ergeben, dass bei Systemtemperaturen 50/40 °C vier Heizkörper ausgetauscht werden müssten.

Spreizung 10K ist viel zu hoch für WP. Da muss mit 5-7 kalkuliert werden.

 

[KarlZei]

Norm-Gebäudeheizlast: 16,31 kW
Betriebsweise: bivalent parallel
Bivalenzpunkt: -7 °C
Leistung im gewählten Bivalenzpunkt: 15,11 kW

Mit bivalent meinst Du die Nutzung des Heizstabs?
Der Bivalenzpunkt ist ziemlich niedrig. Soll es ein Gerät sein oder ggf. eine Kaskade?

Welche Lösung würdet Ihr favorisieren?

Bezogen auf was?

Gibt es Probleme, dass auf einer Eben nur Fußbodenheizung ist und auf den anderen Ebenen Heizkörper?

Nein, keine Probleme, aber eben erhöhter Aufwand bei Hydraulik sowie Regelung und in Summe wegen der höheren Vorlauftemperatur (für Heizkörper) ein weniger effizienter / weniger wirtschaftlicher Betrieb.

Ich habe zudem darüber nachgedacht, dass Brauchwasser durch eine eigene Brauchwasserwärmepumpe zu erwärmen. Dann könnte man die gesamte restliche Heizungsanlage in den Sommermonaten abschalten. Macht das aus Eurer Sicht Sinn?

Ja, könnte man machen. Ob das eine tragbare, wirtschaftliche Lösung wird, hängt halt von den näheren Umständen ab. Wie viele Personen wären denn zu versorgen?

 

[Dr Schorni]

32052

= NAT -10 . Dann sollte an sich der Bivalenzpunkt eher bei -3 bis -5 liegen, da sind 75 bis 80% der Heizlast. Deiner liegt bisher bei ca 93%...

 

[Ms01]

Vielen Dank für die Informationen.
Die Daten kamen von Heizreport.de. Ich habe das lediglich "abgeschrieben"

Nein, keine Probleme, aber eben erhöhter Aufwand bei Hydraulik sowie Regelung und in Summe wegen der höheren Vorlauftemperatur (für Heizkörper) ein weniger effizienter / weniger wirtschaftlicher Betrieb.

Aktuell wird mit Gas geheizt. Könntest Du mir erklären, warum bei es bei einer Wärmepumpe zu erhöhtem Aufwand in der Hydraulik und der Regelung kommt, wenn auf einer Ebene Fußbodenheizung eingesetzt wird und auf einer anderen Ebene Heizkörper?

Was genau bedeutet denn erhöhen Aufwand bei Hydraulik und Regelung?

 

[Ms01]

= NAT -10 . Dann sollte an sich der Bivalenzpunkt eher bei -3 bis -5 liegen, da sind 75 bis 80% der Heizlast. Deiner liegt bisher bei ca 93%...

Was hätte es denn für Nachteile, wenn man den Bivalenzpunkt bei -7 Grad wählt? bzw. für Vorteile, wenn man ihn bei -3 Grad wählt? (benötigt man dann eine "kleinere" Wärmepumpe und der Rest würde dann schon "eher" mit dem Heizstab geheizt, oder habe ich das komplett falsch verstanden?

 

[HH01]

Was genau bedeutet denn erhöhen Aufwand bei Hydraulik und Regelung?

FBH und HK sind verschiedene Kreisläufe.

 

[Dr Schorni]

Was hätte es denn für Nachteile, wenn man den Bivalenzpunkt bei -7 Grad wählt? bzw. für Vorteile, wenn man ihn bei -3 Grad wählt? (benötigt man dann eine "kleinere" Wärmepumpe und der Rest würde dann schon "eher" mit dem Heizstab geheizt, oder habe ich das komplett falsch verstanden?

Das ist immer so bißchen ein Waage-Spiel: Eine WP die so groß ist dass sie weit an NAT heizen kann - mit Kompressor - ist in der Übergangszeit ZU groß und stirbt den vorzeitigen Takt-Tod. Die extrem kalten Tage sind sehr selten, die Übergangszeit über 10 Grad ist sehr oft. Daher gewichtet sich das und daher muss die Heizgrenze 15 auch aktiv "gelebt" werden.

 

[KarlZei]

Könntest Du mir erklären, warum bei es bei einer Wärmepumpe zu erhöhtem Aufwand in der Hydraulik und der Regelung kommt, wenn auf einer Ebene Fußbodenheizung eingesetzt wird und auf einer anderen Ebene Heizkörper?

Es braucht regelungstechnisch / hydraulisch unterschiedliche Heizkreise, einer davon typischerweise mit Mischer (FBH).

Was hätte es denn für Nachteile, wenn man den Bivalenzpunkt bei -7 Grad wählt? bzw. für Vorteile, wenn man ihn bei -3 Grad wählt? (benötigt man dann eine "kleinere" Wärmepumpe und der Rest würde dann schon "eher" mit dem Heizstab geheizt, oder habe ich das komplett falsch verstanden?

Nein, passt schon. Die bei höherem Bivalenzpunkt potenziell kleinere / effizientere LWWP erkaufst Du Dir mit mehr Heizstabbetrieb.

 

[PeterF]

Welche Lösung würdet Ihr favorisieren?

Es ist schwierig, aus den gegebenen Daten eine WP zu dimensionieren.

Die genannte Heizlast ist wahrscheinlich nicht anhand der Verbrauchsdaten ermittelt ?

Wichtig für WP ist die Qualität der Dämmung = Wände, Dach, Fenster.
Weißt Du da schon Details ?
Material Aussenmauern ? Dicke ?
Dachaufbau = Dachspitz ausgebaut oder "Kaltdach" ? Dämmung wie dick ? Steinwolle ?
Fenster: Kunststoffrahmen ? Nur "einfaches" Zweischeibenglas ? Oder schon Wärmeschutzverglasung ?

Grundsätzlich würde ich "nur WP" empfehlen.
"Hybrid" ist eine Krücke, mit erhöhten laufenden Kosten, und erhöhtem Installations-Aufwand.

 

[Dr Schorni]

Neue Fenster wirken sich überall aus, aber halt auch immer im Verhältnis des Fensteranteils der jeweiligen Raumheizlast. Eine Dachdämmung wirkt sich auf das EG/UG gar nicht aus, eine Kellerdeckendämmung dagegen sehr wohl. Somit muss man ohnehin jede Raumheizlast individuell ermitteln um dann zu sehen ob und wie man die neuen Heizkörper möglichst auf das FBHz-Niveau auslegt - und eben NICHT pauschal "so groß wie möglich" einfach installiert. Denn zu große Heizkörper müssen abgedrosselt werden und haben damit eine größere Spreizung, alles so Zeugs das die WP nicht gebrauchen kann.

 

[Dr Schorni]

Heizreport hat ergeben, dass bei Systemtemperaturen 50/40 °C vier Heizkörper ausgetauscht werden müssten.

Das muss man dann alles nochmal mit der passenden Spreizung 5-7K neu rechnen. Nehmen wir mal als mittlere Spreizung 6K an, dann haben die Heizkörper bei 50/44 +13% und bei 46/40 -10% Leistung ggü 50/40, wobei sie bei 48/42 etwa gleich bleibt.

Norm-Gebäudeheizlast: 16,31 kW

Ergibt eine Umlaufwassermenge von ca 2000 l/h bei 7K und ca 2800 l/h bei 5K Spreizung. DAS ist ne Menge Holz nachdem das bisher eher maximal die Hälfte war (doppelte Spreizung) und DAS muss man auch erstmal alles durch die bisherigen Verteilerrohre durchbringen, im Keller so mit bis zu 2m/s, aber im Wohnbereich besser unter 1m/s. Da sind wir dann im ersten Hauptstrang bei DN 28...

 

[Ms01]

Erst einmal ganz herzlichen Dank für die vielen wirklich hilfreichen Kommentare, die mir wirklich sehr helfen, alles besser zu verstehen.

Es braucht regelungstechnisch / hydraulisch unterschiedliche Heizkreise, einer davon typischerweise mit Mischer (FBH).

Jetzt habe ich es verstanden. War mir bisher so noch nicht klar - aber ist ja eigentlich total logisch ;-)

Die genannte Heizlast ist wahrscheinlich nicht anhand der Verbrauchsdaten ermittelt ?

Wichtig für WP ist die Qualität der Dämmung = Wände, Dach, Fenster.
Weißt Du da schon Details ?
Material Aussenmauern ? Dicke ?
Dachaufbau = Dachspitz ausgebaut oder "Kaltdach" ? Dämmung wie dick ? Steinwolle ?
Fenster: Kunststoffrahmen ? Nur "einfaches" Zweischeibenglas ? Oder schon Wärmeschutzverglasung ?

Grundsätzlich würde ich "nur WP" empfehlen.
"Hybrid" ist eine Krücke, mit erhöhten laufenden Kosten, und erhöhtem Installations-Aufwand.

Ich habe die Heizlast nicht über den Verbrauch ermittelt, sondern für jeden Raum einzeln. Aus den Bauakten habe ich die Werte für die Dämmung des Bodens, der Wände und der Fenster und das Programm hat dann "gerechnet" - auf diese Weise kam die oben angesprochene "Empfehlung" des Programms 15 kW heraus.

Das muss man dann alles nochmal mit der passenden Spreizung 5-7K neu rechnen. Nehmen wir mal als mittlere Spreizung 6K an, dann haben die Heizkörper bei 50/44 +13% und bei 46/40 -10% Leistung ggü 50/40, wobei sie bei 48/42 etwa gleich bleibt.

Ergibt eine Umlaufwassermenge von ca 2000 l/h bei 7K und ca 2800 l/h bei 5K Spreizung. DAS ist ne Menge Holz nachdem das bisher eher maximal die Hälfte war (doppelte Spreizung) und DAS muss man auch erstmal alles durch die bisherigen Verteilerrohre durchbringen, im Keller so mit bis zu 2m/s, aber im Wohnbereich besser unter 1m/s. Da sind wir dann im ersten Hauptstrang bei DN 28...

Damit muss ich mich wirklich noch mal genauer beschäftigen - ich bin Dir dankbar für Deinen Hinweis!

Das Programm liefert die Ergebnisse wie folgt:


Es berechnet dann noch Empfehlungen für die Austausch der Heizköper für folgende sog. Systemtemperaturen: 70/65, 70/55, 60/50, 55/45, 55/40, 50/40, 45/30, 40/30

Zudem werden Einstellwerte und Volumenströme für Vorlauf-/Rücklauftemperaturen angegeben: 70/55, 60/50, 55/45, 55/40, 50/40, 45/30, 40/30

Das Programm hat die Räume mit Heizkörper (also Ebene 0 und Ebene 2) zusammengefasst und errechnet bei 50/40 genau 500 l/h.
Für die Ebene 1 (Fußbodenheizung) gibt das Programm die Einstellwerte und Volumenströme für Systeme mit 7 K Spreizung mit 652 l/h an.

Ich habe Dich so verstanden, dass die Spreizung zu groß angegeben ist und geringer ausfallen müsste. Wird die Spreizung über die Steuerung der Durchflussgeschwindigkeit reguliert? Je schneller ist das Wasser durch das System pumpe, desto geringer die Spreizung? Das habe ich noch nicht so wirklich verstanden, was da "gut" und "schlecht" ist.
Wenn das Wasser langsam durch das System fließt, hat es doch mehr Zeit, die Wärme an die Umgebung anzugeben und die Spreizung steigt. Das ist doch eigentlich gut? Deswegen habe ich nicht so ganz verstanden, warum Du sagst, dass ich mit einem Wert von 5 K rechnen solle.

 

[PeterF]

Je schneller ist das Wasser durch das System pumpe, desto geringer die Spreizung?
Das habe ich noch nicht so wirklich verstanden, was da "gut" und "schlecht" ist.

P = c * m * Δ T

(benöigte) Heizleistung = [Konstante] * Wassermenge * Spreizung
( Konstante = spezifische Wärmekapazität von Wasser )

Um eine bestimmte Heizleistung in die Heizflächen zu bekommen,
kannst Du entweder viel Wasser mit geringer Spreizung
oder weniger Wasser mit höherer Spreizung durch die Heizflächen pumpen.

Der begrenzende Faktor 1 ist = die Rohrdurchmesser + andere Druck-Widerstände.
Der begrenzende Faktor 2 ist = die maximal sinnvolle Spreizung, die eine Wärmepume macht

Wenn das Wasser langsam durch das System fließt, hat es doch mehr Zeit, die Wärme an die Umgebung anzugeben und die Spreizung steigt. Das ist doch eigentlich gut?

Bei Gasheizung geht das auch ganz gut.
"Heißes" Wasser mit geringer "Wassergeschwindigkeit".

Hohe Spreizung bedeutet aber hohe Vorlauf-Temperatur.
Aber je höher die Vorlauf-Temperatur ist, desto mehr Strom braucht die Wärmepumpe.
Daher "liebt" die Wärmpumpe niedrigere Vorlauf-Temperaturen = geringe Spreizung = hohe Wassermenge

 

[KarlZei]

Ich habe die Heizlast nicht über den Verbrauch ermittelt, sondern für jeden Raum einzeln.

Das ist m.E. genauer und damit besser. Allerdings sollte man das schon mal mit anderen Methoden (z.B. Verbrauch mit Schweizer Formel) vergleichen. Nicht, dass man da einen systemischen Fehler hat und grob daneben liegt. Und ich würde davon ausgehen, dass die richtige Berechnung tendenziell eine etwas zu hohe Heizlast ergibt. Bei einer WP will man aber eher knapp auslegen.

Wird die Spreizung über die Steuerung der Durchflussgeschwindigkeit reguliert? Je schneller ist das Wasser durch das System pumpe, desto geringer die Spreizung? Das habe ich noch nicht so wirklich verstanden, was da "gut" und "schlecht" ist.

Grundsätzlich 2x ja und gut ist bei WP eine eher geringe Spreizung, damit die Vorlauftemperatur runter kommt. Der Durchfluss (= Volumenstrom) muss im Betrieb aber auf jeden Fall im Bereich um/über dem Mindestvolumenstrom liegen, den der Hersteller für die WP festlegt. Dieser stellt sicher, dass die Wärme in der WP störungsfrei erzeugt und vernünftig abgeführt wird. Bei WP mit einer hohen Leistung wie hier kann der schnell weit über 1.000l/h liegen. Das muss, siehe Dr Schornis Anmerkungen, die Hydraulik der Heizungsanlage erstmal schaffen. Und wenn es da Probleme gibt, müssen ggf. zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden; Puffer, Weiche. Die haben allerdings in der Regel negative Auswirkungen auf die Effizienz der WP.

 

[HH01]

Der begrenzende Faktor 2 ist = die maximal sinnvolle Spreizung, die eine Wärmepume macht

Das ist völliger Quatsch.

Du verstehst denn Sinn hinter hydraulischer Entkopplung (Weiche, Puffer) nicht.

Grundsätzlich 2x ja und gut ist bei WP eine eher geringe Spreizung, damit die Vorlauftemperatur runter kommt.

Die VL-Temp. hängt vom ungünstigsten HK ab. Den könnte man auch austauschen. Mit dieser VL-Temp. ermittelt man die RL-Temp. der anderen bestehenden HK. Und zusammen hat man dann eine Temp.-Differenz für den ganzen Massenstrom. Dazu hat man natürlich auch den Massenstrom der Verbraucher. Und das wird dann aus der Weiche oder dem Puffer gezogen. Ergibt eine Heizleistung. Und damit kann man dann den Massenstrom bzw. die Temp.-Differenz des WP-Kreislaufes in die Weiche berechnen.

 

[Dr Schorni]

@Ms01 Lob! Endlich mal einer der richtig und konstruktiv mitarbeitet! SO macht das auch Spaß.

Die Spreizungsvorgabe kommt von der WP-Technik - nicht von der Anlage im Haus. Ein Verbrenner-Kessel braucht keine starke Durchströmung und kann 15-25K Spreizung machen ohne Problem. Aber der "thermische Hub" einer WP ist bevorzugt gering, deshalb muss da so schnell so viel Wasser durchfließen. Also DIE brauchts und die Anlage muss das abkönnen.

 

[Dr Schorni]

Die VL-Temp. hängt vom ungünstigsten HK ab. Den könnte man auch austauschen.

Der "ungünstigste Heizkörper" ist hier ein "zu kleiner Heizkörper in Bezug auf die Raumheizlast und abgezielte Auslegungstemperatur". Dazu ermittelt man für jeden HK/Raumheizlast die erforderliche Auslegungstemperatur VL/RL mit angestrebter Spreizung. Dann selektiert man alle HKs aus die über einer sinnvollen Auslegungstemperatur liegen - solange diese in relevanten Räumen sind, also nicht grad das Gäste WC. Dann kann man entschieden WELCHE/wieviele HKs getauscht werden, das hat auch oft platz/optische/finanzielle Grenzen.

 

[HH01]

Dazu ermittelt man für jeden HK/Raumheizlast die erforderliche Auslegungstemperatur VL/RL mit angestrebter Spreizung.

Es gibt keine erforderliche RL-Temp.. RL-Temp. ist das Resultat von Heizleistung, HK(-Fläche) und VL-Temp.. Deswegen gibt es auch keine angestrebte Spreizung. Bestenfalls eine minimal Spreizung. Damit der Massenstrom nicht zu hoch wird.

Pauschale Spreizungen sind Holzhammer-Methoden. Auch neu ausgelegt HK haben unterschl. RL-Temperaturen. Die bei Neuauslegung vorgegebene Spreizung dient nur dazu, dass der nächst mögliche genommen wird.

 

[Dr Schorni]

Aber mal absolut und total sowas von NEIN! Denn genau SO wird geplant.