Heizarbeit

Definition Heizarbeit und ihre Bedeutung für die Berechnung von Wärmepumpen

Inhalt des Wiki-Artikels

• Heizarbeit und Heizlast
• Heizarbeit bei Wärmepumpen
• Heizarbeit bei konventionellen Heizungen
• Nachträglicher Einbau von Wärmepumpen
• Heizarbeit durch Maßnahmen an der Gebäudehülle senken

Der Begriff Heizarbeit bezeichnet die Energiemenge, die von einer Heizung tatsächlich an den Raum abgegeben wird. Mit der Wärmeenergie wird die sogenannte Heizlast abgedeckt. Bei der Planung einer Wärmepumpe ist die Heizarbeit eine wichtige Größe.

Heizarbeit und Heizlast

Bei Gebäuden treten in der Regel Wärmeverluste auf. Wärme dringt zum Beispiel über die Gebäudehülle oder die Fenster nach außen. Dieser Wärmeverlust muss ausgeglichen werden, um die Raumtemperatur aufrechtzuerhalten. Den Räumen über eine Heizung zugeführte Wärme wird als Heizarbeit bezeichnet.

Die Heizlast ist im physikalischen Sinne Leistung: Energie (Arbeit) pro Zeiteinheit. Als Größe spielt sie in der Bautechnik eine wichtige Rolle. Mit dem Berechnen der Heizlast lässt sich die Menge an Wärmeenergie bestimmen, die zur Aufrechterhaltung der Raumtemperatur zugeführt werden muss. Die Heizlast von Gebäuden wird üblicherweise in Kilowatt (kW) angegeben. Wie hoch die Heizlast eines Gebäudes ausfällt, hängt von diversen Faktoren ab:

• Lage des Gebäudes
• Dämmung von Wänden / Zwischenböden / Dach
• Konstruktionsweise der Gebäudeaußenflächen
• Nutzungsart der einzelnen Räume

Abhängig von diesen Faktoren beläuft sich die Heizlast für ein Einfamilienhaus an kalten Tagen auf nur wenige Kilowatt oder bis zu 20 kW. Bei einem Passivhaus kann die Heizlast sogar an eiskalten Tagen bei null liegen, insofern tagsüber die Sonne scheint.

Heizarbeit bei Wärmepumpen

In Verbindung mit Wärmepumpen wird Heizarbeit häufig auch Nutzwärme genannt. Sie spielt eine bedeutende Rolle bei der Planung und Installation der Wäremeerzeugungsanlagen. Wird eine Heizungsanlage mit fossilem Brennstoff um eine Wärmepumpe ergänzt, wird diese anhand des Deckungsanteils an der Heizarbeit des gesamten Jahres dimensioniert – erstrebenswert ist ein Deckungsanteil von mehr als 80 Prozent. Im Falle einer energetischen Sanierung der Gebäudehülle zur Senkung der Heizlast muss diese bei der Dimensionierung der Wärmepumpe berücksichtigt werden. Bei der Berechnung der Heizlast muss vom wie geplant sanierten Gebäude ausgegangen werden. Häufig ist dann sogar der monovalente Betrieb der Wärmepumpe möglich, das bedeutet: Sie kann allein für ausreichend Raumwärme sorgen, eine Zuschaltung der alten Heizung ist nicht mehr nötig.

Neben der Heizarbeit ist die Jahresarbeitszahl (JAZ) eine wichtige Größe. Mit der JAZ wird die Energieeffizienz einer elektrischen Wärmepumpe beschrieben. Sie ergibt sich aus dem Verhältnis von aufgewendeter Antriebsenergie und Heizarbeit pro Jahr. Bei elektrischen Wärmepumpen ist die Antriebsenergie der Strom, der für den Betrieb des Verdichters und Hilfsantriebe aufgewendet wird. Im Gegensatz zur Leistungszahl und zum Coefficient of Performance (COP), die lediglich die besten Werte unter bestimmten Bedingungen anzeigen, bezieht die JAZ das komplette Betriebsjahr und somit viele unterschiedliche Betriebszustände mit ein. Wie effizient eine Wärmepumpe im Alltag tatsächlich ist, lässt sich also an der Jahresarbeitszahl besser ablesen. Eine Wärmepumpe mit einer JAZ von 3,0 braucht für die Bereitstellung von 3 Kilowattstunden (kWh) Nutzwärme 1 kWh Strom – die übrigen 2 kWh werden über Umgebungswärme gewonnen, die durch die Wärmepumpe nutzbar gemacht wird.

Heizarbeit bei konventionellen Heizungen

Alle Heizungsanlagen sind zur Erzeugung von Nutzwärme gedacht. Neben Wärmepumpen stellen auch konventionelle Heizungen mit Gas- oder Ölkessel Heizarbeit zur Verfügung. In diesem Fall wird Wärme durch die Verbrennung des jeweiligen Energieträgers gewonnen. Auch mit Pellets befeuerte Heizungsanlagen dienen der Gewinnung von Nutzwärme. Grundsätzlich arbeiten mit gasförmigen, flüssigen und festen Brennstoffen betriebene Heizungen ähnlich:

1. Der Energieträger wird in einer Brennkammer verfeuert, dabei wandelt sich im Brennstoff enthaltene Energie in Wärme um.
2. Die freigesetzte Wärme wird über einen Wärmetauscher an ein Transportmedium weitergegeben.
3. Über das Wärmemedium – z. B. Heizwasser oder Dampf – wird die Wärme zum Bestimmungsort transportiert.
4. Die Wärme wird z. B. über Heizkörper oder eine Fußbodenheizung an den Raum abgegeben.

Bei konventionellen Heizungsanlagen muss für die gesamte Heizarbeit Energie eingesetzt werden. Somit haben Wärmepumpen ihnen gegenüber den Vorteil, dass sie einen Teil der Wärmeenergie aus Umgebungswärme gewinnen. Diese unterliegt im Gegensatz zu Brennstoffen und Strom keinen schwankenden Energiepreisen.

Nachträglicher Einbau von Wärmepumpen

Während es bei einem Neubau leicht möglich ist, eine Wärmepumpe einzuplanen, sollte bei Sanierungen von Bestandsbauten im Einzelfall geprüft werden, in welcher Form ein nachträglicher Einbau energetisch sinnvoll ist. Im Altbau reicht die empfehlenswerte maximale Vorlauftemperatur einer Wärmepumpe oft nicht aus, um die Räume an kalten Tagen zu beheizen. In diesem Fall muss die Wärmepumpe mit einem weiteren Wärmeerzeuger kombiniert werden, wie zum Beispiel:

• Ölbrennwertkessel
• Gasbrennwertkessel
• Solarthermieanlage
• Dachheizzentrale

Bestimmte Maßnahmen, die erneuerbare Energien miteinbeziehen und die Energieeffizienz eines Gebäudes steigern, werden sowohl beim Neubau als auch bei der Sanierung von Bestandsbauten staatlich gefördert. Abhängig von der Maßnahme und der Art der Förderung ist diese entweder beim Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) oder der Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) zu beantragen.

Heizarbeit durch Maßnahmen an der Gebäudehülle senken

Wenn weniger Wärme aus einem Gebäude entweicht, muss weniger neue zugeführt werden, um die Raumtemperatur zu erhalten. Maßnahmen an der Gebäudehülle tragen also dazu bei, die erforderliche Menge an Heizarbeit zu verringern. Die Energieeffizienz erhöhende Einzelmaßnahmen an Bestandsgebäuden werden deshalb gefördert, zum Beispiel:

• Bessere Dämmung der Außenwände
• Neue Fenster und Türen
• Dämmung des Daches

Die Förderung erfolgt im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG), die dazu beitragen soll, bis zum Jahr 2050 einen nahezu klimaneutralen Gebäudebestand zu etablieren.