Da die Außentemperaturen in den Übergangszeiten und im Winter in unseren Breiten relativ kalt sind, ist die Wärmequelle „Luft“ für Wärmepumpen nur in begrenztem Rahmen voll einsetzbar. Anders sieht es bei den Wärmequellen „Grundwasser“ und „Erdreich“ aus.
Immer wieder oder noch wird die britische Wärmeeinheit "BTU" (British Thermal Unit) als Maßeinheit für die Energie bei der Strom- und Dampferzeugung und für die Kühlleistung einer Wärmepumpe verwendet, obwohl diese Einheit seit der gesetzlichen Einführung der SI-Einheiten (Internationale Einheitensystem [Système international d’unités]) im Jahre 1978 des letzten Jahrhunderts nicht mehr verwendet werden "darf" und durch die Einheit "Joule" (J) ersetzt wurde. Dabei entspricht die britische Wärmeeinheit "BTU" der Energiemenge, die für die Erwärmung von einem Pfund Wasser um ein Grad Fahrenheit benötigt wird.
Umrechnungsfaktoren

1 BTU = 1,055 kJ
1 BTU/h = 0,293 W
Einen entscheidenden Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit hat die Betriebsweise einer Wärmepumpenanlage. Bei der Auslegung der Wärmepumpe wird die Temperatur ermittelt, ab wann eine zweite Wärmequelle (E-Heizstab, Öl, Gas, Holz, Solar, Geothermie, Mini-KWK) zugeschaltet werden muss, um die Heizlast des Gebäudes bei den entsprechenden Außentemperaturen zu gewährleisten und die Anlage mit einer guten Jahresaufwandszahl zu betreiben. Diese Temperatur wird als Bivalenzpunkt oder Dimensionierungspunkt bezeichnet.
Es gibt folgende Betriebsweisen
  •   Monovalenter Betrieb
  •   Monoenergetischer Betrieb
  •   Bivalenter Betrieb
Monovalenter Betrieb
Quelle:  © Novelan
Monovalenter Betrieb
Ein monovalenter Betrieb einer Wärmepumpenanlage setzt voraus, dass der Wärmeerzeuger die notwendige Heizlast des Gebäudes und die Trinkwassererwärmung ohne einen zusätzlichen Wärmeerzeuger abdecken kann. Dies ist nur dann gewährleistet, wenn eine konstante Wärmequelle mit gleichmäßigen Temperaturen zur Verfügung steht.
Das Erdreich oder das Grundwasser mit entsprechend richtig ausgelegten Wärmetauschern (Erdkollektor, Erdsonde) ist die Grundlage für einen monovalenten Betrieb (Sole/Wasser- und Wasser/ Wasser-Wärmepumpe). Außerdem sollte ein Heizsystem vorhanden sein, das mit Flächenheizungen (Fußboden-, Wandflächen) und/oder Ventilatorkonvektoren, WP-Heizkörper und geringen Vorlauftemperaturen bis ca. 40 Grad arbeiten.
Die Außenluft eignet sich als Wärmequelle für einen monovalenten Betrieb unter wirtschaftlichen Betrachtungen nicht, da die schwankende und auch zeitweise zu niedrige Temperatur nur bis zu dem Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) eine ausreichende Jahresaufwandzahl erreichen lässt. Hier ist nur ein monoenergetischer oder bivalenter Betrieb möglich.
Wärmepumpe und Heizstab
Quelle:  © Novelan
Monoenergetischer Betrieb
Bei dem monoenergetischer Betrieb wird ab dem Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) einer Luft-Wärmepumpenanlage mit der gleichen Energie zugeheizt. Die Beheizung erfolgt also über eine elektrische Widerstandsheizung inform eines Elektroheizstabes im Pufferspeicher oder sie ist in der Wärmepumpe integriert.

Diese Zuheizung ist nur wenigen Tagen in der Heizperiode (ca. 5 %) notwendig. Hier kann die Jahresaufwandszahl noch im hinnehmbaren Rahmen liegen. Die Praxis hat gezeigt, dass der Heizstabbetrieb bei richtiger Anlagenplanung teilweise überhaupt nicht notwendig wird.

 
Bivalenter Betrieb
Quelle:  © Novelan
Bivalenter Betrieb
 Bei dem bivalenten Betrieb einer Wärmepumpenanlage übernimmt ab dem Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) ein zweiter Wärmeerzeuger (Öl, Gas, Holz, Geothermie, Mini-KWK) die Beheizung der Anlage oder sie arbeiten im bivalent-parallelen Betrieb.
Die Übernahme der Beheizung ab dem Bivalenzpunkt durch den zweiten Wärmeerzeugers wird meistens bei der Sanierung von bestehenden Gebäuden in Altanlagen eingesetzt, wenn höherere Systemtemperaturen benötigt werden.

Ein bivalenter Betrieb wird in der Regel nur in Luft-Wärmepumpenanlagen und in Anlagen mit Trinkwassererwärmung in Mehrfamilienhäusern (60° C Wassertemperatur) eingesetzt.
 

Quelle: Elcotherm AG
Bivalenzpunkt / Dimensionierungspunkt
Bei der Auslegung einer Luftwärmepumpe wird der Bivalenzpunkt (Dimensionierungspunkt) festgelegt, da mit dem Absinken der Außentemperaturen die Heizlast des Gebäudes steigt und die Wärmepumpenleistung geringer wird. Je nach der Heizlast des Hauses liegt dieser Punkt im Temperaturbereich zwischen -4 °C und -8 °C. Ab dieser Temperatur ist ein effizienter Betrieb einer Luftwärmepumpe nicht mehr möglich. Deshalb werden solche Anlagen als bivalente Heizung (Hybrid-Heizung) betrieben. Hier gibt es die verschiedensten Kombinationsmöglichkeiten (Öl, Gas, Holz, Solar, Geothermie, Mini-KWK).

Unter bestimmten Bedingungen kann ein Heizstab die fehlende Wärme liefern. Ob der Einsatz einer direkten Stromheizung (Trinkwassererwärmung) sinnvoll ist, muss der Fachplaner vor Ort nach den Gewohnheiten des Betreibers ermitteln.

 
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