Der Heizstab

Einige Wärmepumpensysteme enthalten einen elektrischen Heizstab im wassergefüllten Heizkreis, den Zusatzheizstab (Heizstab). Er funktioniert wie das Heizelement eines Wasserkochers: 1 kWh Strom liefert 1 kWh Wärme, also COP 1. Der COP (Leistungszahl) gibt an, wie viel Wärme je Stromeinheit entsteht. Eine Wärmepumpe erreicht deutlich mehr als 1. Ein System mit Wärmepumpe und Heizstab wird oft monoenergetisch genannt, weil beide Wärmequellen Strom nutzen.

Der Heizstab ist bewusst Teil der Auslegung. Er bedeutet nicht, dass die Wärmepumpe defekt ist.

Wozu er da ist

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe liefert weniger Wärme, wenn die Außenluft kälter wird. Gerade dann braucht das Haus am meisten. Die Nennleistung auf dem Etikett entspricht ungefähr der Heizleistung an einem milden Tag. Im Modell erreicht die Leistung (die lieferbare Wärmemenge) jeder Luft-Wasser-Leistungsklasse bei -15 °C etwa zwei Drittel bis drei Viertel ihrer Leistung bei 7 °C. Würde die Wärmepumpe allein für den kältesten Tag dimensioniert, wäre sie für die meisten Stunden des Jahres größer als nötig. Ein kleineres Gerät mit Zusatzheizstab kann die kältesten Stunden mit COP 1 abdecken.

Der Nachteil sind die Kosten. Hat die Wärmepumpe einen COP von 4, benötigt eine Kilowattstunde Wärme vom Heizstab viermal so viel Strom. Dieselbe Wärme kostet also viermal so viel. Wenn das System stark auf den Heizstab angewiesen ist, geht ein großer Teil des Wärmepumpenvorteils verloren.

Einschalten im Modell

Im Modell speisen Wärmepumpe und Zusatzheizstab denselben Wasserkreislauf, wobei die Wärmepumpe Vorrang hat. EnergyPlus, die vom Modell verwendete Gebäudesimulationssoftware, rechnet in Schritten von 15 Minuten, in manchen Häusern von 5 Minuten. In jedem Schritt deckt die Wärmepumpe den Heizbedarf bis zu ihrer aktuellen Leistung. Diese hängt von der Außen- und Vorlauftemperatur ab, also der Temperatur des Wassers, das sie in den Heizkreis schickt. Übersteigt der Bedarf ihre Leistung, übernimmt der Heizstab den Rest bis zu seiner eigenen Leistungsgrenze.

Das ist die gesamte Regel. Der Zusatzheizstab läuft in jedem Zeitintervall, in dem die Wärmepumpe den Bedarf nicht decken kann. Dazu kommt es in drei Situationen:

• Bei einer Kälteperiode, wenn die Wärmepumpenleistung unter den Bedarf des Hauses fällt.
• Bei einer kurzen Leistungsspitze, etwa beim morgendlichen Aufheizen nach einer Nachtabsenkung (das Haus kühlt nachts ab und wird später wieder erwärmt), wenn die Heizflächen mehr Wärme verlangen, als das Gerät liefern kann. Heizflächen wie Fußbodenrohre und Heizkörper geben Wärme an die Räume ab.
• Wenn die Vorlauftemperatur für die Außenbedingungen hoch ist. Dadurch sinkt die Leistung der Wärmepumpe (siehe Artikel zur witterungsgeführten Regelung).

Echte Regler haben zusätzliche Funktionen, die das Modell nicht abbildet. Sie können den Heizstab erst unter einer bestimmten Außentemperatur freigeben (dem Bivalenzpunkt, an dem eine zweite Wärmequelle zugeschaltet wird), vor dem Einschalten warten oder ihn in einem Komfortmodus früher aktivieren. Das Modell hat keine dieser Funktionen. Es gibt weder eine Temperatursperre oberhalb eines Grenzwerts noch eine Hysterese (Abstand zwischen Ein- und Ausschalttemperatur, der häufiges Schalten verhindert) oder einen Timer.

Standardleistung

Der Standardwert beträgt 8 kW für Luft-Wasser- und Sole-Wärmepumpen. Sole-Wärmepumpen beziehen Wärme aus einem im Boden vergrabenen Kreislauf statt aus der Luft. Der Standardwert hängt weder von der Hausgröße noch von der Größe der Wärmepumpe ab.

Der Assistent verwendet diese Leistung und lässt sie nicht ändern. Im Geräteschritt wird sie neben der Leistung der Wärmepumpe angezeigt, zum Beispiel „+ 8 kW Zusatzheizung“, damit Sie beide zusammen mit der Heizlastspitze vergleichen können. Ein System ohne Heizstab heißt monovalent: Die Wärmepumpe allein, als einzige Wärmequelle, muss die gesamte Last abdecken. Diese Variante bietet das Modell nicht an.

Wo der Energieverbrauch erscheint

Der Zusatzheizstab hat eine eigene Stromverbrauchsreihe und wird als Strom, nicht als Brennstoff gezählt.

• Der oben in den Ergebnissen angezeigte Stromverbrauch der Wärmepumpe enthält den Zusatzheizstab.
• Neben dem COP der Wärmepumpe zeigen die Ergebnisse einen Systemwert mit dem Stromverbrauch des Heizstabs. Der COP der Wärmepumpe lässt diesen vollständig außen vor. Der Abstand zwischen beiden Werten zeigt also, wie viel der Heizstab übernimmt.
• Im monatlichen Stromdiagramm steckt der Verbrauch des Heizstabs im Balken für Heizung.
• Das Sankey-Diagramm, das Energiequellen und -flüsse zeigt, hat einen eigenen Knoten für den Zusatzheizstab.

Ein wenig Heizstabbetrieb an den kältesten Tagen ist normal. Liegt der Systemwert deutlich unter dem Wärmepumpen-COP, arbeitet der Heizstab über diese Stunden hinaus. Vergleichen Sie die vorgeschlagene Wärmepumpengröße mit der Heizlastspitze im Auslegungsbereich, der Vorlauftemperatur Ihrer Heizflächen und der Nachtabsenkung in Ihren Zeitplänen. Wärmepumpengröße und Takten zeigt an einem Haus und sechs Größen, wie der Heizstabeinsatz bei kleineren Wärmepumpen zunimmt.

Grenzen des Modells

• Der Standardwert von 8 kW wird nicht anhand des Hauses dimensioniert. Vergleichen Sie ihn mit der Auslegungsheizlast (dem Wärmeverlust an einem sehr kalten Auslegungstag) und der Wärmepumpe, die Sie in Betracht ziehen.
• Die Regelung beruht ausschließlich auf der Last. Es gibt weder Bivalenztemperatur noch Verzögerung oder Komfortbetrieb.
• Der Heizstab ist ein idealer Widerstandsheizer ohne Bereitschaftsverluste.
• Warmwasser ist getrennt. Der Warmwasserspeicher hat einen eigenen elektrischen Heizstab, beschrieben im Artikel zu Warmwasser.