Die wichtige Rolle der Vorlauftemperatur für Wärmepumpen

• Was ist die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe?
• Wie eine Wärmepumpe Heizwasser mit Umweltenergie erwärmt
• Faktoren, nach denen sich die Höhe der Vorlauftemperatur richtet
• Die Vorlauftemperatur einer Wärmepumpe richtig einstellen – So geht‘s
• Alternativen zur Wärmepumpe, wenn Vorlauftemperatur zu hoch
• Fazit: Vorlauftemperatur für Wärmepumpe von entscheidender Bedeutung

Unter der Vorlauftemperatur versteht man das Temperaturniveau, auf welches das Heizwasser mithilfe der Wärmepumpe gebracht wird, bevor es über die Rohrleitungen zu den Heizflächen (Heizkörper oder Fußbodenheizung) fließt. So wird der Abschnitt, den das erhitzte Wasser bis zum Eintritt in die Heizfläche zurücklegt, als Vorlauf bezeichnet. Je nach energetischem Zustand des Gebäudes und Anforderungen des jeweiligen Wärmeverteilsystems kann die Vorlauftemperatur zwischen 25 und 90 Grad Celsius betragen.

Wichtig ist die Vorlauftemperatur für Wärmepumpen dahingehend, dass ihre Höhe darüber entscheidet, wie viel elektrische Energie diese zur Wärmeerzeugung brauchen. Dabei ist zum einen wichtig, dass die Vorlauftemperatur zur Wärmepumpe und deren Wirkungsgrad passt. Zum anderen muss sie auch richtig eingestellt sein. Sonst bekommen Sie entweder Ihre Räume nicht ausreichend warm. Oder aber Sie heizen stärker als nötig und verschwenden unbewusst Energie.

Bevor Sie sich also eine Wärmepumpe zulegen, sollten Sie sich mit deren idealen Vorlauftemperaturen vertraut machen und dann schauen, ob diese den Gegebenheiten in Ihrem Haus entsprechen. So beträgt die maximale Vorlauftemperatur einer Wärmepumpe 55 Grad Celsius. Dabei gilt: Je niedriger, desto besser. Bei 55 Grad Celsius fällt die Effizienz der Wärmepumpe rund 14 Prozent geringer aus bei 35 Grad Celsius. Die für eine Wärmepumpe optimale Vorlauftemperatur liegt daher in einem Bereich von 25–40 Grad Celsius.

Der Grund dafür liegt in der Funktionsweise der Wärmepumpe. Diese nimmt Umweltenergie aus Luft, Erde oder Grundwasser auf und überträgt sie per Verdampfer auf ein flüssiges Kältemittel. Dieses geht schon bei niedrigen Temperaturen in einen gasförmigen Zustand über und wird dann vom Verdichter angesaugt. Dieser erhöht durch Kompression dessen Druck und damit auch dessen Temperatur. Sobald es wärmer ist als die benötigte Vorlauftemperatur, wird die Energie am Verflüssiger auf das Heizwasser übertragen, wobei sich das Kältemittel abkühlt und wieder seinen ursprünglichen Aggregatzustand annimmt. Nachdem das Entspannungsventil die am Verdichter erfolgte Komprimierung wieder aufgehoben hat, strömt das Kältemittel zurück zum Verdampfer, wo der Kreislauf von vorne beginnt.

Nun ist es so, dass in den Zeiten, in denen Heizungswärme benötigt wird, auch in der Umwelt keine sehr hohen Temperaturen herrschen. Eine Luft-Wärmepumpe bekommt es bei sehr kalter Witterung durchaus schon einmal mit Minusgraden zu tun. Ähnlich kann es sich auch bei Sole-Wärmepumpen verhalten, die mittels Flächenkollektoren ihre Energie aus den obersten Erdschichten beziehen.

Besser sieht das Temperaturniveau tiefer in der Erde aus. So herrschen ab rund 10 Metern Tiefe ganzjährig etwa 10 Grad Celsius. Ab 100 Metern steigt die Temperatur dann alle 100 Meter um jeweils 3 Grad Celsius. Sole-Wärmepumpen, die mit Erdsonden arbeiten, welche 50–300 Meter tief gehen, können also mehr Wärmeenergie liefern. Durchgängig ein hohes Temperaturniveau bietet auch Grundwasser. So kommen Sie mit einer Wasser-Wasser-Wärmepumpe das ganze Jahr über auf 12 Grad Celsius. Je tiefer die Wärmequelle gelegen ist, desto höher die dortige Temperatur und desto weniger Schwankungen ist sie ausgesetzt.

Dennoch herrscht in allen Fällen zwischen der Quelltemperatur und der vom Heizsystem benötigten Vorlauftemperatur ein gewisser Temperaturunterschied, den es mithilfe der Wärmepumpe zu überwinden gilt. Dies geschieht, wie beschrieben, über den Verflüssiger, einen sogenannten Wärmetauscher, welcher mit Strom betrieben wird. Je größer die Temperaturdifferenz, desto mehr elektrische Energie ist also für die Erwärmung des Heizwassers erforderlich.

Das Verhältnis, das die elektrische Energie an der entstehenden Heizenergie hat, wird bei der Wärmepumpe über die Jahresarbeitszahl (JAZ) ausgedrückt. Wenn sie beispielsweise 20.000 kWh Heizenergie unter Zuhilfenahme von 5.000 kWh Strom bereitstellt, liegt ihre JAZ bei 4. Das bedeutet, dass die Erwärmung des Heizwassers zu ¾ über die aufgenommene Umweltenergie geschieht. Während die JAZ einer Luft-Wärmepumpe durchschnittlich 2,5 beträgt, kann eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe wegen der höheren und gleichmäßigeren Quelltemperatur eine JAZ von 5 oder mehr erreichen.

Diese Werte lassen sich bis zu einer Vorlauftemperatur von rund 45 Grad Celsius erreichen. Jedes Grad mehr führt dann aber zu einem Anstieg der JAZ um circa 2,5 Prozent. Je niedriger also die Vorlauftemperatur, desto niedriger ist auch der zu überwindende Temperaturhub sowie der dafür von der Wärmepumpe benötigte Stromverbrauch. Wirtschaftlichkeit ist bei ihr also nur bei optimaler Vorlauftemperatur gegeben. Fällt sie höher aus, haben Sie höhere Stromkosten, welche wiederum angesichts des derzeitigen deutschen Strom-Mix auch mit höheren CO₂-Emissionen verbunden sind.

Was entscheidet aber nun darüber, wie hoch die Vorlauftemperatur sein muss? Dabei spielen sowohl das Gebäude als auch das Wärmeverteilsystem sowie die herrschende Witterung eine Rolle.

Wann ein Haus gebaut wurde und wie es heute gedämmt ist, hat einen großen Einfluss darauf, auf welche Temperatur das Heizwasser erwärmt werden muss, um in allen Räumen für eine optimale Raumtemperatur zu sorgen. So kommt es bei unsanierten Altbauten zu Wärmeverlusten. Je niedriger die Außentemperatur, desto höher fallen diese aus. Um sie auszugleichen, ist eine entsprechend starke Heizleistung erforderlich. Die Vorlauftemperatur liegt hier meist bei 65 Grad oder mehr; teils sogar bei bis zu 90 Grad Celsius.

Ist Ihr Gebäude hingegen gut gedämmt – sei es, weil es sich um einen nach aktuellen Effizienzhausstandards errichteten Neubau handelt oder weil bereits Sanierungsmaßnahmen vorgenommen wurden –, geht kaum Wärme verloren. Sie kann also viel effektiver genutzt werden, sodass weniger davon erforderlich ist. Auch wird die Raumtemperatur weniger stark von den Außentemperaturen beeinflusst. Daher reicht hier oft schon eine Vorlauftemperatur von 45 Grad oder weniger aus.

Verfügt Ihr Gebäude derzeit nicht über eine zu den Anforderungen einer Wärmepumpe passenden Vorlauftemperatur, sollten Sie durch entsprechende Dämmmaßnahmen die Wärmeverluste und die damit verbundene Heizlast senken. Am effektivsten sind dabei die Dämmung der Fassade und die Dämmung der obersten Geschossdecke bzw. des Dachs. Auch sollten Sie für Luftdichtheit sorgen. So verhindert das Abdichten von Fenstern und Türen oder deren Austausch, dass Ihr Wärmeempfinden durch Zugluft gestört wird und Sie das Thermostat über Gebühr aufdrehen müssen, um auf eine angenehme Raumtemperatur zu kommen.

Wärmeverluste können Sie ebenfalls durch das Dämmen der Heizungsrohre vermeiden, welche sonst Wärme abstrahlen, bevor das Heizwasser überhaupt die Heizflächen erreicht. Besonders deutlich ist der Effekt, wenn jene weit von der Wärmepumpe entfernt sind, wie es in Mehrfamilienhäusern der Fall ist. Daher fällt die Vorlauftemperatur dort meist höher aus als im Einfamilienhaus.

Es sind aber vor allem die Heizflächen selbst, die einen entscheidenden Faktor für die Höhe der Vorlauftemperatur darstellen. Dabei gilt: Je größer die wärmeübertragene Fläche, desto geringer kann die Vorlauftemperatur sein. So eignen sich besonders Fußbodenheizungen für den Einsatz von Wärmepumpen, da ihre Vorlauftemperatur je nach energetischem Zustand des Hauses bei 30–40 Grad Celsius liegt. In Niedrigenergiehäusern reichen oft schon 25 Grad, um für ausreichend Wärme zu sorgen. Der Grund dafür ist, dass über die im gesamten Raum ausgelegten Schleifen Heizwasser großflächig Wärme ausstrahlen kann. Es dauert dadurch nicht lange, um auf die gewünschte Raumtemperatur zu kommen.

Anders verhält es sich mit Heizkörpern, da deren wärmeübertragende Fläche viel kleiner ist und sie meist nur an einer Seite des Raums positioniert sind. So muss insbesondere bei Röhrenheizkörpern die Vorlauftemperatur sehr hoch ausfallen, da sie vom Volumen her zwar viel Heizwasser aufnehmen, dessen Wärme aber aufgrund einer zu geringen Oberfläche nur schlecht abgeben können. So kommen Sie mit alten Heizkörpern selten auf eine Vorlauftemperatur von unter 65 Grad Celsius.

Wurden diese allerdings in den 70er- oder 80er-Jahren eingebaut, kann es sein, dass sie überdimensioniert sind. Denn damals kam es öfter vor, dass sich bei der Größe der Heizkörper einfach nach der Fensterbreite gerichtet wurde. In diesem Fall oder auch, wenn Sie bereits über modernere Plattenheizkörper verfügen, reicht teils schon eine Vorlauftemperatur von 50 Grad zu Erzeugung und Erhalt einer angenehmen Raumtemperatur aus.

Wenn für den Betrieb einer Wärmepumpe die Vorlauftemperatur Ihrer Heizkörper zu hoch ist, sollten Sie eine Umrüstung auf Niedertemperaturheizkörper oder eine Fußbodenheizung in Erwägung ziehen. Allerdings kann dies sehr aufwändig sein und bei einem anderweitig unsanierten Haus dazu führen, dass aufgrund der auftretenden Wärmeverluste keine ausreichende Beheizung mehr möglich ist. Daher sollte Ihre Priorität in der Senkung des Wärmebedarfs durch Dämmung liegen. Denn nur dann ist es sinnvoll, auch die Vorlauftemperatur zu senken.

Nun handelt es sich bei der Vorlauftemperatur um keinen festen Wert, der während des gesamten Heizbetriebs gleichbleibt. Vielmehr ist er an die Außentemperatur gekoppelt. Denn bei +15 Grad Celsius sind die Wärmeverluste im Haus ja weniger stark als bei -5 Grad Celsius. Daher muss die Vorlauftemperatur mit sinkender Außentemperatur ansteigen.

Der Zusammenhang der beiden Größen ist allerdings kein linearer, da die Heizflächen nicht mit jedem Grad, um das die Außentemperatur sinkt, auch in gleichem Maße die Wärmeabgabe anhebt. Stattdessen geschieht die Zuweisung der Vorlauftemperatur in Form einer gekrümmten Kennlinie, der sogenannten Heizkurve. Diese definiert, wie stark in Abhängigkeit von der, über einen oder mehrere Fühler gemessenen, Außentemperatur geheizt werden muss.

Der Fußpunkt der Heizkurve markiert dabei jene Außentemperatur, ab der das Heizen erforderlich ist. Bestimmt wird er vom energetischen Zustand des Hauses, da ja unsanierte Gebäude schneller auf Witterungsschwankungen reagieren als gut gedämmte. Als Endpunkt fungiert die tiefste zu erwartende Außentemperatur.

Die Neigung der Kennlinie beschreibt die durch eine Änderung der Außentemperatur zu erfolgende Änderung der Vorlauftemperatur – also die Heizintensität. Hierbei spielt wiederum das Wärmeverteilsystem eine Rolle. So bedarf es zur Bereitstellung der gleichen Raumtemperatur bei Heizkörpern eine höhere Vorlauftemperatur als bei Fußbodenheizungen. Demnach ist die Neigung auch bei einer mit Heizkörpern betriebenen Wärmepumpe höher.

Bei gut gedämmten Gebäuden mit Fußbodenheizung verläuft die Heizkurve also flach und tief – sprich: die Vorlauftemperatur ist niedrig und steigt nur langsam an, da auch bei niedrigen Außentemperaturen nicht allzu stark geheizt werden muss.

Unsanierte Altbauten mit Heizkörpern hingegen haben eine steile und hohe Heizkurve. Denn zum Ausgleich der mit sinkenden Außentemperaturen ansteigenden Wärmeverluste brauchen sie eine Vorlauftemperatur, die hoch ist und schnell ansteigt.

Um eine Heizkurve festzulegen, müssen mehrere Faktoren analysiert und einberechnet werden. Zugriff auf diese Parameter und die entsprechenden Fachkenntnisse haben meist nur Experten. Daher sollten Sie es diesen überlassen, die Vorlauftemperatur Ihrer Wärmepumpe richtig einzustellen.

Denn mit einer zu niedrigen Vorlauftemperatur bekommen Sie Ihr Haus nicht ausreichend warm. Ist sie hingegen zu hoch, führt das aufgrund der begrenzenden Funktion der Thermostate zwar nicht automatisch zu einer Überhitzung der Räume. Jedoch sorgt die bereitgestellte Heizleistung dann für übermäßig hohe Heizkosten.

Nachdem ein Installateur die grobe Einstellung der Vorlauftemperatur vorgenommen hat, können Sie aber durch Beobachtung des Heizbetriebs unter realen Nutzungsbedingungen zur späteren Feinjustierung beitragen. Dafür sollten Außentemperaturen von unter 5 Grad Celsius herrschen. Sie prüfen dann mindestens eine Woche lang täglich, ob Ihre Wärmepumpe mit der eingestellten Vorlauftemperatur die gewünschte Raumtemperatur erreicht und notieren gegebenenfalls Abweichungen. Auf diese Weise weiß Ihr Installateur dann, welche Änderungen es braucht, damit Ihre Wärmepumpe die optimale Heizleistung erbringt.

Sie können natürlich auch selbst versuchen, durch schrittweises Verstellen von beispielsweise der Neigung die Vorlauftemperatur Ihrer Wärmepumpe richtig einzustellen. Dafür sollten Sie:

• sich den kühlsten Raum im Haus suchen
• dort die Thermostate voll aufdrehen, damit die zur Verfügung gestellte Wärme nicht gedrosselt wird
• Einstellungen immer nur um 10 Prozent ändern, um deren Auswirkungen besser nachvollziehen zu können
• darauf achten, dass im Überprüfungszeitraum niedrige Außentemperaturen und keine intensive Sonneneinstrahlung herrschen
• nach jeder Neujustierung mehrere Tage abwarten, da Gebäude träge auf Veränderungen reagieren.

Lässt sich die Vorlauftemperatur jedoch aufgrund fehlender Dämmung und/oder kleiner Heizkörper nicht auf ein Niveau senken, mit dem eine herkömmliche Wärmepumpe effizient arbeiten kann, sollten Sie über alternative Heizsysteme nachdenken.

Wie beschrieben, sind Wärmepumpen nur für eine maximale Vorlauftemperatur von 55 Grad Celsius ausgelegt. Um höhere Vorlauftemperaturen bereitzustellen, brauchen Sie daher ein Modell, das extra dafür entwickelt wurde: eine Hochtemperatur-Wärmepumpe. Sie ist aufgrund spezieller Technik in der Lage, Vorlauftemperaturen von bis zu 100 Grad zu erreichen. Dafür kommen sowohl spezielle Kältemittel als auch Bauteile, die dem höheren Druck, der durch die stärkere Komprimierung entsteht, standhalten können, zum Einsatz.

Die am häufigsten verwendete Form ist die Zweikreis-Hochtemperatur-Wärmepumpe. Wie der Name schon vermuten lässt, findet hier der oben beschriebene Kreisprozess zweimal hintereinander statt. Dabei dient der Verflüssiger des ersten als Verdampfer des zweiten. Auf diese Weise wird das erste Kältemittel zunächst wie bei einer herkömmlichen Wärmepumpe auf 40 Grad gebracht. Mithilfe eines anderen Kältemittels, das erst bei höheren Temperaturen verdampft, wird dann im zweiten Kreislauf die Vorlauftemperatur noch einmal erhöht.

Des Weiteren gibt es noch Modelle, die mit Heißgas oder CO₂ als Kältemittel betrieben werden. Insbesondere letztere sind jedoch aufwändig und teuer in der Herstellung. Außerdem lässt auch bei Hochtemperatur-Wärmepumpen mit steigender Vorlauftemperatur die Effizienz nach. So beträgt bei 70 Grad oder mehr ihre JAZ nur 2,5 und darunter.

Wirtschaftlicher könnte da die Kombination zweier Wärmeerzeuger, eine sogenannte Hybrid-Heizung. Neben einer Wärmepumpe können Sie dabei ein ebenfalls regeneratives Heizsystem wie einen Pelletofen, aber auch eine Gas- oder Ölheizung einsetzen. Bei dieser kann es sich um einen bereits vorhandenen Wärmeerzeuger handeln, den Sie im Rahmen einer Heizungssanierung um eine Wärmepumpe erweitern.

Sie können sich aber auch eine moderne Gas-Brennwerttherme gleich in Verbindung mit einer Wärmepumpe zulegen. Dabei profitieren Sie dann bei beiden Systemen von der staatlichen Förderung für Wärmepumpen, welche Ihnen in diesem Fall einen Zuschuss von mindestens 30 Prozent für alle damit verbundenen Kosten einbringt.

Der Vorteil eines bivalenten Systems besteht darin, dass die Wärmepumpe Unterstützung bekommt, wenn ihre maximale Vorlauftemperatur überschritten wird – also hohe Wärmeverluste durch zu niedrige Außentemperaturen ausgeglichen werden müssen. Dann schaltet sich der zweite Wärmeerzeuger zu und übernimmt die Beheizung Ihres Hauses. Die restliche Zeit bekommen Sie Ihre Wärme umweltfreundlich und effizient von der Wärmepumpe geliefert.

Planen Sie hingegen einen Heizungstausch, möchten aber nur in ein neues Heizungssystem investieren, dann bietet sich eine Pelletheizung als Alternative an. Sie erzeugt Wärme, indem sie Pellets – kleine Presslinge aus Holzabfällen – verbrennt. Dadurch ist sie in der Lage, ohne Probleme hohe Vorlauftemperaturen bereitzustellen. Da Holz ein nachwachsender Rohstoff ist, heizen Sie auch mit ihr umweltschonend und unabhängig von fossilen Energieträgern.

Wie Sie also sehen können, handelt es sich bei der Vorlauftemperatur um eine wichtige Größe, was die Leistungsfähigkeit Ihrer Heizung angeht. Besonders für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe ist es daher von essenzieller Bedeutung, dass die Vorlauftemperatur möglichst niedrig ausfällt. Ist dies nicht durch Dämmung oder die Umrüstung auf eine Fußbodenheizung realisierbar, sollten Sie statt einer herkömmlichen Wärmepumpe eine der genannten Heizungsalternativen in Betracht ziehen. Nur so vermiesen Ihnen später nicht horrende Heizkosten und nicht warm werdende Räume den Spaß am umweltfreundlichen Heizsystem.

Sind Sie unsicher, welche Vorlauftemperatur eine Wärmepumpe bei Ihnen erreichen müsste, sollten Sie dies von einem Fachbetrieb überprüfen lassen. Dieser kann Ihnen auch sagen, auf welche Weise Sie eine zu hohe Vorlauftemperatur gesenkt bekommen. Teils genügt es schon, schlecht Wärme übertragende Heizkörper zu entlüften oder einen hydraulischen Abgleich durchzuführen, um auch mit geringerer Heizleistung im ganzen Haus für angenehme Raumtemperaturen zu sorgen. Denn erst, wenn Sie wissen, wie niedrig Sie Ihre Vorlauftemperatur bekommen, können Sie entscheiden, ob eine Wärmepumpe bei Ihnen als Heizsystem wirtschaftlich wäre.