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Wärmepumpe und Heizkörper: Varianten und Optionen

Die Wärmepumpe liegt voll im Trend und hat im Neubau mittlerweile die Gas-Brennwerttechnik als beliebteste Heiztechnologie verdrängt. Wärmepumpen erreichen ihren höchsten Wirkungsgrad bei einer Vorlauftemperatur von rund 35°C – das ist deutlich weniger als bei Gas- oder Ölheizungen. Im Neubau sind diese geringen Vorlauftemperaturen durch große Flächenheizungen kein Problem – doch auch im Bestand arbeitet die Wärmepumpe in der Regel trotz etwas höherer Vorlauftemperaturen zu jeder Jahreszeit effizient und zuverlässig. In diesem Beitrag gehen wir auf das Zusammenspiel zwischen Wärmepumpe und Heizkörper ein, erläutern die verschiedenen Varianten und zeigen, wann sich der Austausch der alten Heizkörper lohnt.

Inhaltsverzeichnis

  1. Die Funktion der Wärmepumpe
  2. Wärmepumpen und Heizkörper im Zusammenspiel
  3. Spezielle Wärmepumpenheizkörper
  4. Mittel- und Hochtemperatur-Wärmepumpen für den Altbau
  5. Kosten für den Austausch der Heizkörper im Bestandsbau
  6. Heizkörper für die Wärmepumpe im Altbau: Es gibt viele Möglichkeiten
Wärmepumpe Heizkörper: Heizkörper aufdrehen

Die Funktion der Wärmepumpe

Die Wärmepumpe nutzt frei verfügbare Wärmeenergie aus der Umgebung und macht diese im Heizkreislauf des Gebäudes nutzbar. Das Gerät „pumpt“ dabei Wärme von einem geringen Temperaturniveau auf ein höheres und ermöglicht dadurch die Nutzung dieser Energie zum Heizen.

Die Wärmepumpe benötigt für ihren Betrieb also keinerlei fossile Brennstoffe, sondern lediglich frei verfügbare Umweltenergie sowie Strom für den Antrieb des Kompressors. Das Besondere an dieser Funktionsweise: Die Wärmepumpe kann das Vielfache des eingesetzten Stroms als Wärme zum Heizen zur Verfügung stellen.

Die Vorteile der Wärmepumpe im Überblick

  • Zuverlässige Heiztechnologie mit hoher Betriebssicherheit

  • Umweltfreundlich, da keine Nutzung fossiler Brennstoffe

  • Unabhängig von der Preisentwicklung für Brennstoffe

  • Nahezu wartungsfrei

Wärmepumpen und Heizkörper im Zusammenspiel

Der Wirkungsgrad einer Wärmepumpe wird unter anderem als „Coefficient of Performance“ (COP) bezeichnet. Diese Leistungszahl gibt das Verhältnis zwischen der erzeugten Nutzwärme und der aufgewandten Antriebsenergie des Kompressors an:

COP= Nutzenergie (Wärme) / Aufgewandte Energie (Strom)

Ein COP-Wert von 4 bedeutet beispielsweise, dass die Wärmepumpe das Vierfache der eingesetzten elektrischen Energie als Wärme bereitstellt. Dabei ist jedoch zu berücksichtigen, dass sich der COP-Wert jeweils auf bestimmte Betriebsbedingungen bezieht. Bei einer Luft/Wasser-Wärmepumpe bezieht sich die Leistungszahl mit dem Kürzel A5W35 beispielsweise auf eine Außentemperatur von 5°C und eine Vorlauftemperatur von 35°C. Ein Temperaturniveau von 35°C im Vorlauf beschreibt, wie bereits erwähnt, üblicherweise den optimalen Betriebspunkt einer Wärmepumpe.

Im Neubau benötigen Wärmepumpen meist geringere Vorlauftemperaturen als im Bestand. Da sie allerdings bis zu einer Vorlauftemperatur von 55°C effizient arbeiten, eignen sie sich auch für Bestandsgebäude. Das bestätigt auch das Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE. Im Rahmen einer Studie untersuchten Wissenschaftler 56 Bestandsgebäude mit Wärmepumpen und attestierten die Effizienz und Zuverlässigkeit der emissionsarmen Technologie.

Wärmepumpe Heizkörper: COP-Verlauf Grafik
Die Leistungszahl (COP) bezieht sich auf bestimmte Außen- und Vorlauftemperaturen. Diese beeinflussen die Leistung der Wärmepumpe.

In diesem Zusammenhang gilt: Je größer der Temperaturunterschied zwischen der Wärmequelle (Erde, Grundwasser, Luft) und der Nutzwärme (Vorlauftemperatur) ist, desto geringer fällt die Leistungszahl aus.

Bei geringen Vorlauftemperaturen arbeiten Wärmepumpen besonders effizient. Eine hohe Vorlauftemperatur von 55°C ist allerdings ohnehin nur an besonders kalten Tagen erreicht. In Neubauten mit einer Wärmepumpe werden vorzugsweise Flächenheizungen wie etwa Fußbodenheizungen genutzt. Diese geben dank ihrer großen Heizfläche trotz des niedrigen Temperaturniveaus viel Wärme ab.

Im Bestandsbau ist die Situation anders: Hier sind in der Regel bereits konventionelle Heizkörper in den Räumen vorhanden. Doch auch diese erlauben in den meisten Fällen ein optimales Zusammenspiel mit der Wärmepumpe. Alternativ können Sie einzelne Heizkörper austauschen. Eine umfangreiche und kostspielige Sanierung ist in den meisten Fällen nicht nötig. Am besten lassen Sie Ihre Heizkörper vorab von einem Fachbetrieb prüfen.

Die Wärmepumpe mit einer höheren Vorlauftemperatur betreiben

  • Auch im Bestandsbau lässt sich das bestehende Heizsystem mit einer effizienten Wärmepumpe kombinieren.

  • Eine Wärmepumpe muss nicht zwangsläufig mit einer Vorlauftemperatur von 35°C betrieben werden – manche Geräte können sogar bis zu 70°C warmes Heizungswasser bereitstellen.

  • Die Effizienz nimmt durch die Anhebung der Vorlauftemperatur zwar etwas ab, in den meisten Bestandsbauten rechnet sich die Investition in eine Wärmepumpe aber dennoch.

  • Dabei kommt es vor allem auf die Art und den Zustand der Heizkörper im Gebäude an.

  • Auch höhere Vorlauftemperaturen sind prinzipiell kein Problem, denn Wärmepumpen arbeiten bis zu einer Vorlauftemperatur von 55°C effizient.

  • Hinzu kommt: Eine maximale Vorlauftemperatur von 55°C wird bei einer modernen, außentemperaturgesteuerten Heizung nur an den kältesten Tagen im Jahr erreicht und stellt daher kein Problem für den effizienten Betrieb der Wärmepumpe dar. Die tatsächliche Vorlauftemperatur ist in der Regel niedriger.

Welche Heizkörper eignen sich für den Betrieb mit Wärmepumpen?

Die Eignung eines Heizkörpers für den Betrieb mit einer Wärmepumpe hängt im Wesentlichen von der Art der Wärmeabgabe ab. Grundsätzlich gilt dabei: Je größer die Fläche des Heizkörpers, desto besser kann die Wärme auch bei geringer Vorlauftemperatur an den Raum abgegeben werden. Die wichtigsten Heizkörper-Arten und ihre Eignung für die Wärmepumpe im Überblick:

  • Gliederheizkörper: Gliederheizkörper sind häufig in Altbauten anzutreffen, es handelt sich um den ältesten Heizkörpertyp. Der Heizkörper gibt die Wärme überwiegend per Konvektion ab. Je nach Dimensionierung des Heizkörpers ist die Kombination mit einer Wärmepumpe ohne Probleme möglich. Bei kleinflächigen Gliederheizkörpern kann es sein, dass einzelne ausgetauscht werden müssen. Hier ist aber immer eine Einzelfallbetrachtung notwendig.

Was bedeuten Konvektion und Wärmestrahlung?

  • Der Begriff Konvektion bezeichnet eine Art der Wärmeübertragung, bei der die Wärme über die Teilchen der Luft übertragen wird.

  • Der Gliederheizkörper heizt also die umgebende Luft auf, die sich dann in den Raum verteilt und diesen erwärmt.

  • Andere Heizkörper nutzen hingegen überwiegend das Prinzip der Strahlungswärme, bei dem die Wärme über die vom Heizkörper emittierte Strahlung übertragen wird.

  • Plattenheizkörper: Der Plattenheizkörper verdankt seinen Namen der plattenförmigen Ausprägung seiner Heizfläche. Plattenheizkörper geben ihre Wärme überwiegend per Strahlung ab und eignen sich daher etwas besser für den Wärmepumpen-Betrieb als beispielsweise Gliederheizkörper.
  • Röhrenheizkörper: Wie der Name vermuten lässt, bestehen Röhrenheizkörper aus Röhren, die von Heizungswasser durchflossen werden. Diese Heizkörperart ist häufig im Badezimmer anzutreffen und ähnelt in ihrer Funktionsweise dem Gliederheizkörper.
  • Fußbodenheizungen und Wandheizungen: Diese Heizkörperarten gehören zu den Flächenheizungen und sind für den Betrieb mit niedrigen Vorlauftemperaturen geradezu prädestiniert. Durch ihre große Heizfläche benötigen Fußbodenheizungen und Wandheizungen kein hohes Temperaturniveau, um den Wärmebedarf zu decken. Die Umrüstung auf eine Flächenheizung ist im Bestandsbau allerdings aufwendig. Daher ist es sinnvoller und günstiger, die bestehenden Heizkörper zu optimieren.
Wärmepumpe Heizkörper: Heizkörpertypen Grafik
Diese Heizkörperarten gibt es: Gliederheizkörper, Plattenheizkörper und Röhrenheizkörper.

Optimierungsmaßnahmen für Heizkörper mit Wärmepumpe

Bevor Sie über Optimierungsmaßnahmen für Heizkörper in Ihrem Bestandsbau nachdenken, sollten Sie eine Heizlastberechnung vornehmen lassen. Hierbei wird geprüft, ob Ihre Heizkörper groß genug dimensioniert sind, um den jeweiligen Raum auch bei höheren Vorlauftemperaturen bis zu 55°C auf die gewünschte Temperatur zu bringen. Falls dies in einzelnen Räumen nicht der Fall sein sollte, reicht es in der Regel, den zu kleinen Heizkörper zu ersetzen. 

Um die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe im Bestand noch weiter zu erhöhen, können bei sehr alten und schlecht gedämmten Gebäuden zusätzlich folgende Maßnahmen sinnvoll sein:

  1. Dämmstandard verbessern

    Der Wärmebedarf eines Gebäudes hängt wesentlich vom jeweiligen Dämmstandard ab. Das bedeutet: Durch die Modernisierung der Gebäudedämmung können Sie den Wärmebedarf senken, sodass es trotz geringerer Vorlauftemperatur ausreichend warm wird. Die Modernisierung der Gebäudedämmung ist eine aufwendige und kostenintensive Maßnahme, die sich gegebenenfalls aber schnell auszahlt.

  2. Hydraulischer Abgleich

    Bei einem hydraulischen Abgleich der Heizung stellt der Heizungsbauer sicher, dass die Wärmeverteilung optimal auf den jeweiligen Wärmebedarf im Raum abgestimmt wird. Dadurch gelingt es, die Wärme der Wärmepumpe gleichmäßig zu verteilen und alle Räumlichkeiten ideal zu erwärmen.

  3. Dimensionierung und Betriebsweise

    In Ausnahmefällen bietet es sich im Bestandsbau an, den vorhandenen konventionellen Wärmeerzeuger mit einer Wärmepumpe zu kombinieren. Der Vorteil: Der Heizkessel deckt an besonders kalten Tagen den Wärmebedarf, während die Wärmepumpe den Rest des Jahres über effizient arbeiten kann. Dadurch gelingt es, eine Überdimensionierung der Wärmepumpe zu vermeiden. Allerdings ist die Kombination nicht nötig, da die Wärmepumpe in der Regel ganzjährig zuverlässig heizt und mit einem Elektroheizstab als Zusatzreserve bestens ausgestattet ist.

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Tipp

  • Lassen Sie die Heizkörper in Ihrem Gebäude in jedem Fall vor einer geplanten Optimierung von einem Fachbetrieb begutachten.
  • Viele Heizkörper wurden in ihrer Leistung früher überdimensioniert, sodass sie sich heute auch ohne weitere Schritte für den Betrieb mit einer Wärmepumpe eignen.

Spezielle Wärmepumpenheizkörper

Eignen sich die im Bestandsbau vorhandenen Heizkörper nicht für den Betrieb mit der Wärmepumpe, können Sie die alten Glieder- oder Röhrenheizkörper durch moderne Niedertemperatur-Radiatoren (auch Wärmepumpenheizkörper genannt) ersetzen.

Diese Niedertemperatur-Radiatoren kommen mit geringeren Vorlauftemperaturen aus, da sie über integrierte Wärmeübertrager aus Materialien wie Kupfer und Aluminium sowie über eine interne Temperatursteuerung verfügen. Wärmepumpenheizkörper sind im Bestandsbau eine gute Alternative, wenn die Nutzung einer Flächenheizung nicht möglich ist.

Darüber hinaus bieten sich auch Spezialheizkörper mit Ventilatoren an. Diese verteilen die Wärme durch Luftströme besonders schnell im Raum und können daher ebenfalls mit geringen Vorlauftemperaturen arbeiten. Dabei ist allerdings zu berücksichtigen, dass die Luftströme den Komfort im Raum beeinträchtigen können.

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Mittel- und Hochtemperatur-Wärmepumpen für den Altbau

Wer die Heizkörper im Bestandsbau nicht austauschen möchte, für den bieten sich sogenannte Mittel- und Hochtemperatur-Wärmepumpen an. Dabei handelt es sich um spezielle Wärmepumpen, die für eine höhere Vorlauftemperatur ausgelegt und dadurch mit den meisten konventionellen Heizkörpern kompatibel sind.

Kosten für den Austausch der Heizkörper im Bestandsbau

Die Kosten für einen Niedertemperatur-Heizkörper zur Kombination mit einer Wärmepumpe hängen maßgeblich von der Größe und Leistung des Heizkörpers, der Marke, dem Design und weiteren Faktoren ab. Schlichte Modelle mit einer geringen Leistung sind bereits ab 100 Euro erhältlich, bei größeren Heizkörpern renommierter Hersteller liegen die Kosten aber deutlich darüber.

Bei der Bewertung der Wirtschaftlichkeit sollten Sie jeweils die komplette Maßnahme in die Überlegungen einbeziehen. Ein Fachbetrieb für Heiztechnik errechnet für Sie, nach welcher Zeit sich die Investition in eine Wärmepumpe und gegebenenfalls der Austausch der Heizkörper amortisiert. In unserem Beitrag zum Thema „Wärmepumpe im Altbau“ erfahren Sie bei Interesse mehr über die Wirtschaftlichkeit der Heiztechnologie.

Informieren Sie sich außerdem zu den Fördermitteln für die Heizung, um sich die Investition in eine moderne Wärmepumpe bezuschussen zu lassen und Kosten zu sparen.

Heizkörper für die Wärmepumpe im Altbau: Es gibt viele Möglichkeiten

Wer auch im Gebäudebestand nicht auf die Vorzüge einer Wärmepumpe verzichten möchte, hat viele Möglichkeiten. Meist zeigt sich im Zuge der ersten Beratung durch einen Fachbetrieb, dass die vorhandenen Heizkörper im Gebäude groß dimensioniert sind und sich somit für den Wärmepumpen-Betrieb eignen.

Ist dies nicht der Fall, können Sie das Heizsystem durch den Austausch einzelner Heizkörper oder mithilfe von Optimierungen wie derVerbesserung des Dämmstandards und einem hydraulischen Abgleich für den Betrieb mit der Wärmepumpe fit machen.

Kontaktieren Sie einen qualifizierten Heizungstechniker, um Ihre Optionen zu besprechen und eine fundierte Einschätzung zur Wirtschaftlichkeit zu erhalten.

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Andreas Wurm,
M.Sc.

Über den Autor

Andreas Wurm absolvierte seinen Bachelor of Science in Maschinenbau an der RWTH Aachen University und schloss einen Master in Energietechnik (Spezialisierung Erneuerbare Energien) an derselben Universität an. Nach seinem Studium war er von 2014 bis 2016 Projektingenieur in der Branche Heizungs- und Klimatechnik.

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