Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe (ASHP) ist ein hocheffizientes Heiz- und Kühlsystem. Um jedoch einen gleichbleibenden Innenkomfort zu gewährleisten, ist sie oft mit einer elektrischen Zusatzheizung ausgestattet, die auch als "Hilfsheizung" oder "Notheizung" bezeichnet wird. Die Notwendigkeit dieser Zusatzheizung ergibt sich aus thermodynamischen, betriebstechnischen und wirtschaftlichen Überlegungen.
1. Reduzierte Heizleistung bei Kälte (Der Balancepunkt)
Wärmepumpen arbeiten, indem sie Wärme aus der Außenluft entziehen und nach innen leiten. Wenn die Außentemperatur sinkt, wird es für das System immer schwieriger, Wärme zu entziehen, wodurch die Heizleistung der Wärmepumpe abnimmt. Gleichzeitig steigt der Heizbedarf des Gebäudes, da Wärme vom Haus an die kalte Außenumgebung verloren geht. Die Temperatur, bei der die Heizleistung der Wärmepumpe genau dem Heizbedarf des Hauses entspricht, wird als "Balancepunkt" bezeichnet. Wenn die Außentemperatur unter diesen Punkt fällt, kann die Wärmepumpe den Heizbedarf nicht mehr allein decken; in diesem Stadium ist eine elektrische Zusatzheizung erforderlich, um die Innentemperatur aufrechtzuerhalten.
2. Der Abtauzyklus
Bei kalten, feuchten Bedingungen kann Feuchtigkeit aus der Luft an den Außenspulen der Wärmepumpe kondensieren und sich ansammeln, wodurch sich eine Frostschicht bildet, die ihre Heizleistung beeinträchtigt. Um diesen Frost zu entfernen, kehrt das System vorübergehend seinen Betrieb um (schaltet in den Kühlmodus), um das Eis zu schmelzen. Während dieses Abtauzyklus wird das elektrische Zusatzheizsystem automatisch aktiviert, um zu verhindern, dass kalte Luft durch die Lüftungsöffnungen in das Haus geblasen wird.
3. Systemauslegung und wirtschaftliche Überlegungen
Bei der Auslegung einer HLK-Anlage müssen sowohl der sommerliche Kühlbedarf als auch der winterliche Heizbedarf berücksichtigt werden. In vielen Klimazonen ist die für die Spitzenkühlung im Sommer erforderliche Geräteleistung geringer als die für die Spitzenheizung im Winter erforderliche Leistung. Um eine Überdimensionierung der Wärmepumpe zu vermeiden – was zu einer schlechten Entfeuchtung im Sommer, höheren Anschaffungskosten und häufigem Takten (Ein- und Ausschalten) des Geräts führen könnte – dimensionieren die Installateure das System in der Regel so, dass es besser auf den Kühlbedarf oder den durchschnittlichen Heizbedarf abgestimmt ist. An den kältesten Tagen oder Wochen des Winters greift das System auf die elektrische Zusatzheizung zurück, um etwaige Heizdefizite kostengünstig auszugleichen.
4. Notfallredundanz
Die Zusatzheizung dient auch als wichtige Sicherheitsmaßnahme. Sollte der Hauptkompressor der Wärmepumpe ausfallen oder das System extremer Kälte ausgesetzt sein, die seine Auslegungsgrenzen überschreitet, sorgt das elektrische Zusatzheizsystem dafür, dass die Hausleitungen nicht einfrieren und platzen, während die Bewohner des Hauses geschützt bleiben.
Effizienz-Kompromisse
Es ist wichtig zu beachten, dass die elektrische Widerstands-Zusatzheizung deutlich weniger effizient ist als die Wärmepumpe selbst. Während moderne Luft-Wasser-Wärmepumpen auch bei kaltem Wetter einen Leistungskoeffizienten (COP) von 1,75 oder höher aufrechterhalten können, hat die elektrische Widerstandsheizung einen COP von nur 1,0 – das bedeutet, sie erzeugt genau eine Einheit Wärme für jede verbrauchte Einheit Strom. Da die Zusatzheizung teurer im Betrieb ist, sind moderne Thermostate so konzipiert, dass sie diese nur dann aktivieren, wenn es unbedingt notwendig ist, z. B. wenn eine schnelle Erhöhung der Innentemperatur erforderlich ist oder während Perioden extremer Kälte.
Technologische Fortschritte
Mit der fortschreitenden technologischen Entwicklung ist eine neue Generation von "Kaltklima"-Luft-Wasser-Wärmepumpen (ccASHPs) entstanden, die ihre Nennheizleistung bei viel niedrigeren Temperaturen aufrechterhalten können – zum Beispiel bis zu -25 °C. Obwohl diese fortschrittlichen Modelle die Häufigkeit, mit der eine Zusatzheizung benötigt wird, reduzieren, bleibt die elektrische Zusatzheizung bei den meisten Installationen eine Standard- und praktische Funktion, die eine zuverlässige Heizung und Komfort das ganze Jahr über gewährleistet.
Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe (ASHP) ist ein hocheffizientes Heiz- und Kühlsystem. Um jedoch einen gleichbleibenden Innenkomfort zu gewährleisten, ist sie oft mit einer elektrischen Zusatzheizung ausgestattet, die auch als "Hilfsheizung" oder "Notheizung" bezeichnet wird. Die Notwendigkeit dieser Zusatzheizung ergibt sich aus thermodynamischen, betriebstechnischen und wirtschaftlichen Überlegungen.
1. Reduzierte Heizleistung bei Kälte (Der Balancepunkt)
Wärmepumpen arbeiten, indem sie Wärme aus der Außenluft entziehen und nach innen leiten. Wenn die Außentemperatur sinkt, wird es für das System immer schwieriger, Wärme zu entziehen, wodurch die Heizleistung der Wärmepumpe abnimmt. Gleichzeitig steigt der Heizbedarf des Gebäudes, da Wärme vom Haus an die kalte Außenumgebung verloren geht. Die Temperatur, bei der die Heizleistung der Wärmepumpe genau dem Heizbedarf des Hauses entspricht, wird als "Balancepunkt" bezeichnet. Wenn die Außentemperatur unter diesen Punkt fällt, kann die Wärmepumpe den Heizbedarf nicht mehr allein decken; in diesem Stadium ist eine elektrische Zusatzheizung erforderlich, um die Innentemperatur aufrechtzuerhalten.
2. Der Abtauzyklus
Bei kalten, feuchten Bedingungen kann Feuchtigkeit aus der Luft an den Außenspulen der Wärmepumpe kondensieren und sich ansammeln, wodurch sich eine Frostschicht bildet, die ihre Heizleistung beeinträchtigt. Um diesen Frost zu entfernen, kehrt das System vorübergehend seinen Betrieb um (schaltet in den Kühlmodus), um das Eis zu schmelzen. Während dieses Abtauzyklus wird das elektrische Zusatzheizsystem automatisch aktiviert, um zu verhindern, dass kalte Luft durch die Lüftungsöffnungen in das Haus geblasen wird.
3. Systemauslegung und wirtschaftliche Überlegungen
Bei der Auslegung einer HLK-Anlage müssen sowohl der sommerliche Kühlbedarf als auch der winterliche Heizbedarf berücksichtigt werden. In vielen Klimazonen ist die für die Spitzenkühlung im Sommer erforderliche Geräteleistung geringer als die für die Spitzenheizung im Winter erforderliche Leistung. Um eine Überdimensionierung der Wärmepumpe zu vermeiden – was zu einer schlechten Entfeuchtung im Sommer, höheren Anschaffungskosten und häufigem Takten (Ein- und Ausschalten) des Geräts führen könnte – dimensionieren die Installateure das System in der Regel so, dass es besser auf den Kühlbedarf oder den durchschnittlichen Heizbedarf abgestimmt ist. An den kältesten Tagen oder Wochen des Winters greift das System auf die elektrische Zusatzheizung zurück, um etwaige Heizdefizite kostengünstig auszugleichen.
4. Notfallredundanz
Die Zusatzheizung dient auch als wichtige Sicherheitsmaßnahme. Sollte der Hauptkompressor der Wärmepumpe ausfallen oder das System extremer Kälte ausgesetzt sein, die seine Auslegungsgrenzen überschreitet, sorgt das elektrische Zusatzheizsystem dafür, dass die Hausleitungen nicht einfrieren und platzen, während die Bewohner des Hauses geschützt bleiben.
Effizienz-Kompromisse
Es ist wichtig zu beachten, dass die elektrische Widerstands-Zusatzheizung deutlich weniger effizient ist als die Wärmepumpe selbst. Während moderne Luft-Wasser-Wärmepumpen auch bei kaltem Wetter einen Leistungskoeffizienten (COP) von 1,75 oder höher aufrechterhalten können, hat die elektrische Widerstandsheizung einen COP von nur 1,0 – das bedeutet, sie erzeugt genau eine Einheit Wärme für jede verbrauchte Einheit Strom. Da die Zusatzheizung teurer im Betrieb ist, sind moderne Thermostate so konzipiert, dass sie diese nur dann aktivieren, wenn es unbedingt notwendig ist, z. B. wenn eine schnelle Erhöhung der Innentemperatur erforderlich ist oder während Perioden extremer Kälte.
Technologische Fortschritte
Mit der fortschreitenden technologischen Entwicklung ist eine neue Generation von "Kaltklima"-Luft-Wasser-Wärmepumpen (ccASHPs) entstanden, die ihre Nennheizleistung bei viel niedrigeren Temperaturen aufrechterhalten können – zum Beispiel bis zu -25 °C. Obwohl diese fortschrittlichen Modelle die Häufigkeit, mit der eine Zusatzheizung benötigt wird, reduzieren, bleibt die elektrische Zusatzheizung bei den meisten Installationen eine Standard- und praktische Funktion, die eine zuverlässige Heizung und Komfort das ganze Jahr über gewährleistet.
