Fachwissen Heizung und Wärmepumpe: Präzision, die man nachrechnen kann.
Gute Haustechnik ist angewandte Physik. Hier zeigen wir die Grundlagen, nach denen wir planen: mit Formeln, Normwerten und kleinen Rechnern zum Ausprobieren. Für Ihr eigenes Haus rechnen wir es raumweise: unsere Planung.
Spreizung: der Temperaturunterschied, der alles bestimmt
Das Heizwasser verlässt den Wärmeerzeuger mit der Vorlauftemperatur, gibt im Raum Wärme ab und kommt mit der Rücklauftemperatur zurück. Die Differenz heißt Spreizung. Temperaturunterschiede werden in Kelvin (K) angegeben: 35 °C Vorlauf und 30 °C Rücklauf ergeben eine Spreizung von 5 K.
Q̇ = ṁ · c · ΔϑQ̇ Wärmeleistung · ṁ Massenstrom des Heizwassers · c spezifische Wärmekapazität von Wasser ≈ 1,163 Wh/(kg·K) · Δϑ Spreizung in K
Umgestellt nach dem Massenstrom sieht man sofort: Halbiert sich die Spreizung, muss doppelt so viel Wasser fließen. Das bestimmt Rohrdurchmesser, Pumpe und Heizflächen.
kW
°C
°C
Spreizung5 K
Massenstrom1.376 kg/h
entspricht etwa23 l/min
Nötiger Massenstrom bei 8 kW je nach Spreizung (in kg/h)
Typische Werte: Fußbodenheizungen werden meist mit 5 bis 6 K Spreizung ausgelegt. Klassische Heizkörperanlagen wurden oft mit 10 bis 20 K geplant. Für eine Wärmepumpe mit Fußbodenheizung sind 35 °C / 30 °C daher eine übliche Auslegung.
Grundlage: Wärmeleistung aus Massenstrom und Temperaturdifferenz; Auslegungswerte nach Fachliteratur und DIN EN 1264.
Wärmepumpe: Jedes Kelvin weniger Vorlauf spart Strom
Eine Wärmepumpe hebt Umweltwärme auf ein nutzbares Temperaturniveau. Wie effizient sie das tut, beschreibt die Leistungszahl ε (auch COP): abgegebene Heizleistung geteilt durch aufgenommene elektrische Leistung. Über ein ganzes Jahr gemessen heißt dieser Wert Jahresarbeitszahl (JAZ).
ε = Q̇c / PQ̇c Heizleistung der Wärmepumpe · P elektrische Leistungsaufnahme des Verdichters
Je kleiner der Temperaturhub zwischen Wärmequelle und Vorlauf, desto weniger muss der Verdichter arbeiten. Das zeigt schon die physikalische Obergrenze, die Carnot-Leistungszahl. Sie wird mit absoluten Temperaturen in Kelvin gerechnet:
εCarnot = TVorlauf / (TVorlauf − TQuelle)T in Kelvin: T = ϑ + 273,15 · Beispiel 35 °C Vorlauf, 5 °C Quelle: 308,15 K / 30 K ≈ 10,3
Leistungszahl eines Beispielgeräts bei 5 °C Wärmequellentemperatur
Vorlauf
Heizleistung
Leistungsaufnahme
Leistungszahl ε
Carnot-Grenze
35 °C
15,1 kW
2,9 kW
5,2
10,3
50 °C
14,4 kW
4,3 kW
3,3
7,2
60 °C
13,8 kW
5,2 kW
2,7
6,1
Das heißt für Sie: Beim Beispielgerät braucht dieselbe Wärme bei 35 °C Vorlauf rund ein Drittel weniger Strom als bei 50 °C. Deshalb prüfen wir vor jeder Wärmepumpe Heizlast und Heizflächen und planen die Anlage auf eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur.
Grundlage: Leistungszahl und Carnot-Prozess; Gerätewerte als Beispiel aus der Fachliteratur, reale Werte je nach Hersteller und Modell.
Fußbodenheizung: große Fläche, niedrige Temperatur
Eine Fußbodenheizung gibt ihre Wärme über die ganze Bodenfläche ab, überwiegend als Strahlung. Weil die Fläche so groß ist, reicht eine niedrige Vorlauftemperatur. Das macht sie zum idealen Partner der Wärmepumpe.
q = 8,92 · (ϑF,m − ϑi)1,1q Wärmestromdichte in W/m² · ϑF,m mittlere Oberflächentemperatur des Bodens · ϑi Raumtemperatur (Basiskennlinie nach DIN EN 1264)
Übertemperatur6 K
Wärmeabgabe64 W/m²
Bewertungim Grenzbereich
Bereich
Raumtemperatur
max. Bodentemperatur
Übertemperatur
Aufenthaltsräume
20 °C
29 °C
9 K
Bäder
24 °C
33 °C
9 K
Randzonen (ca. 1 m breit)
20 °C
35 °C
15 K
Das heißt für Sie: Die Grenzwerte gibt es aus physiologischen Gründen, damit der Boden angenehm bleibt. Bei 9 K Übertemperatur liefert der Boden rund 100 W/m². Reicht das für einen Raum nicht, planen wir engere Rohrabstände oder zusätzliche Heizflächen statt höherer Temperaturen.
Grundlage: DIN EN 1264 (Flächenheizungen), Grenzwerte der Fußbodenoberflächentemperatur.
Hydraulischer Abgleich: Jeder Raum bekommt genau seine Wassermenge
Wasser nimmt immer den Weg des geringsten Widerstands. Ohne Abgleich werden Heizkörper nahe der Pumpe überversorgt, entfernte Räume bleiben kühl. Die übliche Reaktion ist, Pumpe und Vorlauftemperatur hochzudrehen. Das kostet Energie und macht Wärmepumpen ineffizient.
Raumweise Heizlast berechnen, z. B. nach DIN EN 12831: Wie viel Watt braucht jeder Raum?
Massenstrom je Heizfläche daraus bestimmen: ṁ = Q̇ / (c · Δϑ), mit der geplanten Spreizung.
Druckverluste im Rohrnetz ermitteln und Thermostatventile bzw. Heizkreise exakt voreinstellen.
Pumpe passend einstellen, meist mit variabler Differenzdruckregelung (Δp-v).
Das heißt für Sie: gleichmäßig warme Räume, keine Strömungsgeräusche, weniger Pumpenstrom und eine niedrigere Vorlauftemperatur. Genau das braucht eine Wärmepumpe, um ihre Leistungszahl zu erreichen.
Grundlage: Heizlast nach DIN EN 12831, Massenstromberechnung, Druckverlustberechnung des Rohrnetzes.
Trinkwasserhygiene: Temperatur ist der beste Schutz
Legionellen sind Bakterien, die im Wasser natürlich vorkommen. Gefährlich werden sie, wenn sie sich in warmem, stehendem Wasser vermehren und als feiner Nebel eingeatmet werden, etwa beim Duschen.
20 °C kaum Vermehrung30–45 °C Vermehrung50 °C Wachstum stoppt60 °C langsames Absterbenab 70 °C schnelles Absterben
Anforderung
Wert
Warmwasser am Speicheraustritt (Großanlagen)
mind. 60 °C
Rücklauf der Zirkulation
mind. 55 °C
Abkühlung im Warmwassersystem
max. 5 K
Leitungsinhalt ohne Zirkulation bis zur Zapfstelle
max. 3 Liter
Betriebstemperatur in Ein- und Zweifamilienhäusern
50 °C nicht unterschreiten
Das heißt für Sie: Gerade bei Wärmepumpen ist Warmwasser eine Planungsfrage, denn hohe Temperaturen senken die Leistungszahl. Kurze Leitungswege, richtig dimensionierte Speicher oder Frischwasserstationen verbinden Hygiene und Effizienz.
Grundlage: DVGW-Arbeitsblatt W 551, DIN 1988-100 (Vermeidung von Stagnation).
Badplanung: Komfort entsteht aus den richtigen Abständen
Ein Bad kann schön aussehen und trotzdem unpraktisch sein, wenn Bewegungsflächen fehlen. Für Wohnungen gibt die Richtlinie VDI 6000 Blatt 1 Mindestmaße vor. Unser Badplaner zeigt diese Flächen direkt im Grundriss an.
Objekt
Bewegungsfläche davor
Montagehöhe
WC (wandhängend)
80 × 60 cm
42 cm Oberkante Keramik
Waschtisch
90 × 55 cm
85–90 cm
Doppelwaschtisch
150 × 55 cm
85–90 cm
Dusche
80 × 75 cm
bodengleich oder Wanne
Badewanne
90 × 75 cm
–
Seitlich sind zu Wänden und zwischen WC und Waschtisch meist 20 cm vorgesehen, zu Türöffnungen mindestens 10 cm.
Barrierefrei nach DIN 18040-2: 120 × 120 cm Bewegungsfläche vor WC, Waschtisch und in der Dusche (rollstuhlgerecht 150 × 150 cm), WC-Sitzhöhe 46–48 cm, Dusche niveaugleich mit höchstens 2 cm Absatz, Türen mind. 80 cm lichte Breite (rollstuhlgerecht 90 cm), Tür öffnet nach außen.
Grundlage: VDI 6000 Blatt 1 (Ausstattung von und mit Sanitärräumen, Wohnungen), DIN 18040-2 (Barrierefreies Bauen, Wohnungen).
Wohnungslüftung: Dichte Häuser brauchen ein Lüftungskonzept
Moderne Fenster und gedämmte Hüllen sparen Energie, lassen aber kaum noch Luft durch. Ohne geplanten Luftwechsel steigt die Feuchte, und es droht Schimmel. Die DIN 1946-6 unterscheidet vier Lüftungsstufen, bezogen auf die Nennlüftung (NL):
Feuchteschutz (FL)0,3 × NL (hoher Wärmeschutz) bzw. 0,4 × NL · muss nutzerunabhängig sichergestellt sein
Reduzierte Lüftung (RL)0,7 × NL · Mindestanforderung an die Raumluftqualität, auch bei Abwesenheit
Nennlüftung (NL)1,0 × NL · Normalbetrieb bei planmäßiger Nutzung
Intensivlüftung (IL)1,3 × NL · zeitweise, zum Abbau von Lastspitzen
Das heißt für Sie: Eine Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung erfüllt alle Stufen automatisch und hält einen großen Teil der Wärme im Haus. Wir prüfen mit einem Lüftungskonzept, welches System zu Ihrem Gebäude passt.
