Wie funktioniert eine Wärmepumpe mit Fußbodenheizung? Wie richtet man das effizienteste System ein?

Die Wärmepumpe passt zur Fußbodenheizung, weil beide auf dem Prinzip niedriger Temperaturen beruhen. Der COP-Wert einer Wärmepumpe, also das Verhältnis der erzeugten Wärmeenergie zur aufgenommenen elektrischen Energie, steigt, je weiter die Austrittstemperatur des Verflüssigers sinkt. Diese Beziehung ergibt sich aus der Thermodynamik des Carnot-Prozesses: Sie wird durch die Formel COP_theoretisch gleich T_Verflüssiger geteilt durch T_Verflüssiger minus T_Verdampfer ausgedrückt; dabei werden die Temperaturen in Kelvin eingesetzt.

Das praktische Ergebnis bei realen Anlagen ist folgendes. Bei einer Außentemperatur von 7 °C und einer auf 75 °C eingestellten Verflüssigeraustrittstemperatur liegt der COP einer Wärmepumpe in der Regel im Bereich 2,0-2,5. Wird dieselbe Wärmepumpe auf eine Verflüssigeraustrittstemperatur von 35 °C eingestellt, steigt der COP auf den Bereich 4,0-5,0. Dieser Unterschied geht allein auf die Absenkung der Vorlauftemperatur um 40 °C zurück. Die Fußbodenheizung zwingt das System, dauerhaft in diesem niedrigen Temperaturbereich zu arbeiten, und hält die Wärmepumpe damit im effizientesten Betriebspunkt.

Zahlenbeispiel: Eine Luftwärmepumpe mit 12 kW thermischer Leistung nimmt bei 40 °C Vorlauftemperatur und einem COP von 4,0 3,0 kW Strom auf. Arbeitet dasselbe System im Heizkörperkreis bei 75 °C Vorlauftemperatur mit einem COP von 2,2, nimmt es 5,5 kW Strom auf. Bei 2.000 Stunden Heizdauer pro Jahr ergibt sich ein jährlicher Stromverbrauch von 6.000 kWh bzw. 11.000 kWh. Diese Differenz von 5.000 kWh/Jahr entspricht über die Lebensdauer des Systems einer erheblichen Kostenposition. (Details: Wie viel Strom verbraucht eine Wärmepumpe? Wie berechnet man den monatlichen Verbrauch?)

Der COP ist ein Momentanwert; die tatsächliche Leistung über die Heizperiode misst die SCOP (saisonale Leistungszahl). Der Zusammenhang zwischen COP/SCOP und Wassertemperatur sieht in der Praxis so aus: Ein Gerät, das unter den Normbedingungen A7/W35 (Außenluft 7 °C, Wasser 35 °C) einen COP von 4,5-5,0 ausweist, fällt bei gleicher Außenluft und einer Wassertemperatur von 45 °C (A7/W45) auf einen COP von 3,7-4,2 und bei 55 °C (A7/W55) auf 2,8-3,3. Als Faustregel senkt jede Erhöhung der Vorlauftemperatur um 5 °C den COP um ca. 0,3-0,5 Punkte. Die SCOP gewichtet dagegen die unterschiedlichen Außentemperaturen der gesamten Heizperiode; bei einem System mit Fußbodenheizung und niedriger Wassertemperatur liegt die SCOP typischerweise im Bereich 3,8-4,8, bei einem Hochtemperatursystem mit Heizkörpern bleibt sie im Bereich 2,5-3,2.

Aus diesem Zusammenhang folgt für die Planung ein einziges Ziel: Die Wassertemperatur niedrig zu halten ist wertvoller, als die Leistung zu erhöhen. Eine doppelt so große Wärmepumpe im selben Gebäude verbessert den COP nicht; der eigentliche Hebel besteht darin, die Heizfläche zu vergrößern (Fußbodenheizung) und die Vorlauftemperatur zu senken. Deshalb ist die Fußbodenheizung für die Wärmepumpe nicht bloß eine Verteilmethode, sondern die physikalische Voraussetzung für Effizienz. Sämtliche Effizienzgewinne behandelt unser Ratgeber, den Sie sich ansehen können. (Details: Vorteile der Fußbodenheizung)

Die Fußbodenheizung beruht darauf, dass warmes Wasser, das durch im Boden eingebettete Rohrleitungen strömt, die Bodenoberfläche gleichmäßig erwärmt. Das System besteht aus vier Hauptkomponenten: der Wärmepumpe als Wärmequelle, dem Verteiler als Verteilzentrale, den Rohrkreisen als Heizfläche und dem Mischventil oder der Umwälzgruppe, die die Kreistemperatur regelt.

Die Wärmepumpe erzeugt am Verflüssigeraustritt Wasser mit 35-55 °C, das zum Verteiler geführt wird. Der Verteiler teilt das ankommende warme Wasser auf mehrere voneinander unabhängige Kreise auf; jeder Kreis entspricht einem Raum oder einer Zone. Der Volumenstrom jedes Kreises wird mit einem Rotameter eingestellt. Das Wasser strömt durch die Rohrleitung unter dem Boden, gibt Wärme an den Boden ab und kehrt abgekühlt über den Rücklaufverteiler zum Verteiler zurück. Das vom Verteiler zum Verdampfer der Wärmepumpe zurückkehrende, abgekühlte Wasser wird erneut erwärmt.

Damit das System richtig arbeitet, kann eine Trennung zwischen der Austrittstemperatur der Wärmepumpe und der Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung erforderlich sein. Erzeugt die Wärmepumpe konstant Wasser mit 45 °C, die Fußbodenheizkreise fordern aber 35 °C, wird dazwischen ein Mischventil oder eine hydraulische Weiche eingesetzt, die eine unabhängige Zirkulation der beiden Kreise ermöglicht. So arbeitet die Wärmepumpe nach ihrer eigenen internen Regelung, während die Fußbodenheizkreise mit der niedrigeren Temperatur versorgt werden. (Details: Wie funktioniert eine Fußbodenheizung? Auswahl von Verteiler, Pumpe und Thermostat)

Die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung variiert je nach Auslegungsheizlast und Bodenaufbau zwischen 30 und 50 °C. Die Standardanwendung liegt im Bereich 35-45 °C. Unterhalb dieses Wertes fällt die Oberflächentemperatur des Bodens unter die Komfortgrenze; oberhalb wird sowohl der COP der Wärmepumpe beeinträchtigt als auch die Grenze der Oberflächentemperatur nach TS EN 1264-2 überschritten. In Aufenthaltsbereichen wird die Obergrenze der Bodenoberflächentemperatur mit 29 °C angesetzt, in Nassbereichen wie dem Bad mit 33 °C.

Die kurze Antwort auf die Frage, mit welcher Temperatur eine Fußbodenheizung arbeitet, lautet: Das System arbeitet im Bereich 30-50 °C Vorlauf- und 25-42 °C Rücklauftemperatur, also im Niedertemperaturbetrieb. Während ein Heizkörperkreis die Wärme mit 70-80 °C Vorlauf transportiert, verteilt sich die Fußbodenheizung auf eine weitaus größere Fläche und überträgt dieselbe thermische Leistung bei sehr viel niedrigerer Temperatur. Die Bodenfläche von 100 m² Wohnfläche ist um ein Vielfaches größer als die Fläche einer Heizkörpergruppe; diese große Fläche liefert dem Raum selbst mit dem Niedertemperaturbetrieb 35/45 °C ausreichend thermische Leistung. Der Niedertemperaturbetrieb 35/45 °C ist der eigentliche Mechanismus, der den Verflüssiger der Wärmepumpe im effizientesten Betriebsbereich hält.

Die beiden Werte im Ausdruck Niedertemperaturbetrieb 35/45 °C bezeichnen die Vorlauftemperatur bzw. die maximale Auslegungsgrenze. In gut gedämmten Neubauten liegt der Auslegungspunkt in der Regel bei 35 °C Vorlauf und 28-30 °C Rücklauf; in Gebäuden mit mittlerer Dämmung können 45 °C Vorlauf erforderlich sein. Der Unterschied zwischen diesen beiden Extremen schlägt sich über den Zusammenhang zwischen COP/SCOP und Wassertemperatur unmittelbar in den Betriebskosten nieder. Steigt die Wassertemperatur von 35 °C auf 45 °C, geht die SCOP typischerweise um 0,6-0,9 Punkte zurück; deshalb besteht das Ziel der Planung darin, die niedrigstmögliche Vorlauftemperatur zu erreichen, ohne die Komfortgrenzen zu verletzen.

Die Auslegung der Vorlauftemperatur erfolgt in folgenden Schritten. Der erste Schritt ist die Berechnung der Auslegungsheizlast. Nach TS 825 wird der Wärmeverlust des Gebäudes in W/m² bestimmt; in gut gedämmten Neubauten liegt dieser Wert bei 30-50 W/m², in Altbauten bei 60-80 W/m². Der zweite Schritt ist die Berechnung der Wärmeleistung der Fußbodenheizung in Abhängigkeit von Rohrabstand und Verlegetiefe. Der dritte Schritt ist die Ermittlung der minimalen Vorlauftemperatur, die die festgelegte Wärmeleistung erbringt.

Beispielrechnung: Wohnzimmer mit 60 m², 45 W/m² Heizlast, insgesamt 2.700 W. Rohrabstand 15 cm, Verlegetiefe 5 cm, Bodenbelag Keramik, Wärmedurchlasswiderstand 0,05 m²K/W. Unter diesen Bedingungen erreicht die Wärmeleistung bei 35 °C Vorlauf und 29 °C Rücklauf etwa 50-55 W/m²; die Anforderungen sind erfüllt. Wäre der Bodenbelag in demselben Raum Teppich, stiege der Wärmedurchlasswiderstand auf 0,15 m²K/W, und um dieselbe Wärmeleistung zu erzielen, müsste die Vorlauftemperatur auf 40-42 °C angehoben werden. Steigt die Vorlauftemperatur um 5-7 °C, sinkt der COP der Wärmepumpe um ca. 0,3-0,5 Punkte.

Die Berechnung des Rohrabstands der Fußbodenheizung bedeutet, den kritischsten Auslegungsparameter zu ermitteln, der die Wärmeleistung des Systems unmittelbar bestimmt. Als Standard-Rohrabstände werden 10 cm, 15 cm, 20 cm und 25 cm ausgeführt. Mit kleiner werdendem Abstand steigt bei gleicher Vorlauftemperatur die an den Boden übertragene Wärme, doch auch Rohrkosten und Druckverlust nehmen zu. PE-RT-Rohr mit EVOH-Sauerstoffsperre ist in Fußbodenheizungsanwendungen der Standardwerkstoff; es verhindert die Sauerstoffdiffusion und schützt die Wärmeübertrager vor Korrosion.

Die Berechnung der Heizkreislänge der Fußbodenheizung erfolgt mit folgender Formel. Gesamte Rohrlänge gleich Raumfläche geteilt durch Rohrabstand plus Länge der Vor- und Rücklaufanbindung. Für einen Raum von 60 m² bei 15 cm Abstand: 60 m² geteilt durch 0,15 m gleich 400 m; hinzu kommen 10-15 m für die Vor- und Rücklaufanbindung an den Verteiler; die Gesamtlänge des Kreises beträgt damit etwa 410-415 m. Diese Länge liegt über der praktischen Grenze. Die maximale Länge je Fußbodenheizkreis wird bei 16-mm-PE-RT- oder -PEX-Rohr auf 100-120 m, bei 20-mm-Rohr auf 120-150 m begrenzt; andernfalls steigt der Druckverlust zu stark an und der Abgleich der Kreise gerät aus dem Gleichgewicht.

Berechnung der Kreisanzahl: Wählt man für einen Raum von 60 m² einen Rohrabstand von 15 cm und eine Grenze von 120 m je Kreis, beträgt die benötigte Rohrlänge etwa 400 m; geteilt durch 120 m ergibt das 3,3 Kreise, es werden also 4 Kreise ausgelegt. Jeder Kreis wird mit einem eigenen Vor- und Rücklaufrohr an den Verteiler angeschlossen. Der Volumenstrom je Kreis wird aus der Heizlast des Raumes berechnet: Q gleich P geteilt durch 1,163 mal Delta T. Für 2.700 W Heizlast und 10 °C Temperaturdifferenz zwischen Vor- und Rücklauf ergibt sich Q gleich 2,7 geteilt durch 1,163 mal 10 gleich 0,232 m³/h. Verteilt auf vier Kreise sind je Kreis 0,058 m³/h, also etwa 1 l/min Volumenstrom erforderlich. (Details: Welche Umwälzpumpe wird für eine Fußbodenheizung verwendet?)

Der Verteiler ist der Verteilerbalken einer Fußbodenheizung, an dem alle Kreise an einem Punkt zusammenlaufen. Die richtige Verteilerauswahl und der Abgleich der Kreise sind für einen leisen, gleichmäßigen und effizienten Betrieb des Systems unerlässlich. Am Verteiler befinden sich Rotameter, die den Volumenstrom jedes Kreises anzeigen, sowie Kugelhähne, die den Durchfluss absperren.

Die Antwort auf die Frage, wie der Verteiler der Fußbodenheizung abgeglichen wird, lautet: Jeder Raum muss entsprechend seiner Auslegungsheizlast den richtigen Volumenstrom erhalten. In einem nicht abgeglichenen Verteiler ziehen kurze Kreise wegen ihres geringen Widerstands zu viel Volumenstrom, während lange Kreise zu wenig erhalten und kalt bleiben. Der Abgleich mit dem Rotameter erfolgt in folgenden Schritten: Öffnen Sie zunächst alle Rotameter vollständig, nehmen Sie das System in Betrieb und messen Sie die Rücklauftemperatur jedes Kreises. Ein Kreis mit hoher Rücklauftemperatur erhält zu viel Volumenstrom; drosseln Sie das Rotameter dieses Kreises. Lassen Sie den am weitesten entfernten Kreis mit dem höchsten Widerstand vollständig geöffnet und drosseln Sie die übrigen entsprechend, um den Abgleich herzustellen.

Das zahlenmäßige Ziel des Verteilerabgleichs besteht darin, die Differenz zwischen Vor- und Rücklauftemperatur jedes Kreises auf den Auslegungswert einzustellen, typischerweise auf den Bereich 5-10 °C. Beispiel: An einem Verteiler mit vier Kreisen ist die Vorlauftemperatur konstant 40 °C. Liefert der kurze Wohnzimmerkreis 37 °C Rücklauf (Differenz 3 °C, zu hoher Volumenstrom), während der lange Flurkreis 30 °C Rücklauf liefert (Differenz 10 °C, zu geringer Volumenstrom), ist der Abgleich gestört. Das Rotameter des Wohnzimmers wird schrittweise gedrosselt, bis die Differenz zum Rücklauf 7-8 °C beträgt. Da das System nach jeder Einstellung 15-30 Minuten braucht, um sich einzupendeln, werden die Messungen in diesem Abstand wiederholt. Der Volumenstrom lässt sich auch direkt einstellen: Der Auslegungsvolumenstrom je Kreis wird in l/min an der Skala des Rotameters abgelesen, und das Ventil wird auf diesen Wert gebracht.

Ein beim Abgleich häufig übersehener Punkt ist, dass sich der Eingangsdruck am Verteiler je nach Kreis ändert. Bei modernen Verteilern mit druckunabhängigen thermostatischen Köpfen bleibt der Volumenstrom jedes Kreises auch bei schwankendem Eingangsdruck konstant; bei klassischen Verteilern mit Rotametern steigt dagegen der Volumenstrom der übrigen Kreise etwas an, wenn das Ventil eines Kreises gedrosselt wird. Deshalb ist der Abgleich nicht in einem einzigen Durchgang erledigt; im zweiten und dritten Durchgang erfolgt die Feineinstellung. Ein digitaler Durchflussmesser oder ein Infrarotthermometer im Verteilerschrank beschleunigt diese Durchgänge.

Die Verteilergröße richtet sich nach der Kreisanzahl. Gängige Kreisanzahlen sind 4, 6, 8 und 12; modulare Verteiler wie die Rehau Izy-C und die Caleffi-Baureihe 677 lassen sich innerhalb dieser Spanne erweitern. Der Kvs-Wert des Verteilers muss beim Gesamtvolumenstrom des Systems einen akzeptablen Druckverlust sicherstellen; der auf Basis des Gesamtvolumenstroms berechnete Druckverlust sollte vorzugsweise 20 kPa nicht überschreiten. Dank der im Verteilerschrank untergebrachten Mischgruppe (Mischventil, kleine Umwälzpumpe und Thermostat) lassen sich die Austrittstemperatur der Wärmepumpe und die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung unabhängig voneinander einstellen. (Details: Fußbodenheizung)

Die hydraulische Weiche ist ein Pufferbehälter, der dafür sorgt, dass Wärmepumpenkreis und Fußbodenheizkreis hydraulisch voneinander unabhängig arbeiten. Die Umwälzpumpen in beiden Kreisen können arbeiten, ohne den Volumenstrom des jeweils anderen zu beeinflussen, und die minimale Zykluszeit der Wärmepumpe bleibt gewahrt. Bei Systemen mit kleiner Leistung und ausreichendem Rücklaufvolumen der Wärmepumpe ist sie möglicherweise nicht erforderlich; bei großen Systemen und bei einer minimalen Zykluszeit der Wärmepumpe von mehr als 10 Minuten ist sie zwingend.

Eine hydraulische Weiche übernimmt zwischen Wärmepumpe und Fußbodenheizung gleichzeitig zwei Funktionen. Die erste ist die hydraulische Entkopplung: Während die eigene Umwälzpumpe der Wärmepumpe mit konstantem Volumenstrom arbeitet, ändert sich auf der Fußbodenheizungsseite der Volumenstrom ständig, weil die Raumthermostate die Kreise öffnen und schließen. Ohne Weiche stören sich diese beiden unterschiedlichen Volumenstromprofile gegenseitig; die Wärmepumpe kann wegen schließender Kreise unter ihren eigenen Mindestvolumenstrom fallen und in Störung gehen. Die zweite ist der thermische Puffer: Das Wasservolumen im Behälter speichert die von der Wärmepumpe in einem Zyklus erzeugte Wärme vorübergehend und verhindert, dass der Verdichter häufiger als nötig ein- und ausschaltet. In typischen Wohnanwendungen werden stehende Pufferspeicher mit 40-100 Litern Volumen eingesetzt.

Die Notwendigkeit einer hydraulischen Weiche beruht auf folgendem Kriterium: Die Anforderung der Wärmepumpe an das minimale Wasservolumen ist im Herstellerkatalog in Litern angegeben. Für die Baureihe Viessmann Vitocal 200-S variiert dieser Wert je nach Leistung zwischen 8 und 30 Litern; liegt das natürliche Wasservolumen des Systems (Rohre, Verteiler, Fußbodenheizungsrohre) unter diesem Wert, wird eine hydraulische Weiche ergänzt. Berechnung des Wasservolumens des Fußbodenheizkreises: Bei 16-mm-Rohr beträgt das Innenvolumen pro Meter etwa 0,113 Liter; bei 500 m Gesamtrohr sind das etwa 56,5 Liter. Dieses Volumen erfüllt in den meisten Fällen die Mindestanforderung; bei kurzen Verlegeflächen oder bei modularen Wärmepumpengruppen kann eine hydraulische Weiche jedoch erforderlich sein.

Was passiert ohne hydraulische Weiche: Das schnelle Ein- und Ausschalten der Wärmepumpe mindert den thermischen Komfort, verkürzt die Lebensdauer des Verdichters und drückt die tatsächlich erreichten EER/COP-Werte unter die Messwerte. Genau dieses Problem sieht das Team von Pomeka Mekanik bei Luftwärmepumpen-Anwendungen in Istanbul und Umgebung vor Ort häufig. Ausführliche Informationen zur hydraulischen Weiche und zu den Auswahlkriterien finden Sie in unserem Ratgeber. (Details: Was ist eine hydraulische Weiche? Warum wird sie in Heizkessel- und Wärmepumpensystemen eingesetzt?)

Die Auswahl der Umwälzpumpe für die Fußbodenheizung ist in der Regel die Dimensionierung einer kleinen, in die Verteilergruppe integrierten Nassläuferpumpe (Wet-Rotor) nach zwei Werten. Für die Auswahl sind zwei Werte erforderlich: der Gesamtvolumenstrom (m³/h) und der gesamte Druckverlust (mWS). Der Volumenstrom ist die Summe der Volumenströme aller Kreise; der Druckverlust ergibt sich aus der Berechnung des längsten und widerstandsreichsten Kreises. Die Auswahl der Umwälzpumpe für die Fußbodenheizung unterscheidet sich von der bei Heizkörpersystemen: In der Fußbodenheizung ist der Volumenstrom hoch, die Förderhöhe aber niedrig, weil viele parallele Kreise einander einen geringen Widerstand entgegensetzen.

Beispielrechnung: In einem System mit 8 Kreisen beträgt der Volumenstrom jedes Kreises 0,06 m³/h, der Gesamtvolumenstrom 0,48 m³/h. Der längste Kreis hat 120 m, 16-mm-PEX-Rohr; bei 16-mm-PEX-Rohr liegt der Druckverlust pro Meter bei 0,06 m³/h Volumenstrom bei etwa 50-70 Pa/m. Für einen Kreis von 120 m beträgt der Rohrdruckverlust 120 mal 60 Pa gleich 7.200 Pa, also 0,72 mWS. Addiert man 20-30 Prozent Sicherheitszuschlag für Verteiler, Mischventil und Anschlussverluste, ergibt sich ein Zielpunkt von etwa 0,9-1,0 mWS Gesamtwiderstand. Dieser kleine Wert wird von einer kleinen energieeffizienten Nassläufer-Umwälzpumpe wie der Grundfos UP 15-14 oder der Grundfos ALPHA2 L 15-60 abgedeckt.

Auswahl der Regelungsart: In Fußbodenheizkreisen ändert sich der Strömungswiderstand nur sehr wenig mit dem Volumenstrom; deshalb eignet sich der Modus konstanter Differenzdruck Δp-c. Da sich der Gesamtvolumenstrom ändert, wenn die Raumthermostate die Kreisventile öffnen und schließen, hält die Pumpe im Modus Δp-c die Förderhöhe konstant und stellt den verbleibenden offenen Kreisen ausreichend Volumenstrom bereit. Moderne drehzahlvariable Pumpen steuern diesen Modus automatisch und sparen Energie, indem sie ihre Drehzahl senken, je weniger Kreise geöffnet sind. Einen ausführlichen Vergleichsratgeber zur Auswahl der Umwälzpumpe finden Sie hier. (Details: Wie wählt man eine Umwälzpumpe aus? Was bedeuten 25/4, 25/6, 25/8?)

Auch der Zusammenhang zwischen Pumpenleistung und gewähltem Betriebspunkt ist für die Energieberechnung wichtig. Die elektrische Leistungsaufnahme einer effizienten Nassläuferpumpe, die bei etwa 0,5 m³/h Volumenstrom und 1,0 mWS Förderhöhe arbeitet, liegt typischerweise im Bereich 5-25 W. In einem System mit 5.000 Betriebsstunden pro Jahr verbraucht eine Pumpe mit 25 W etwa 125 kWh/Jahr; eine nicht richtig dimensionierte, ältere drehzahlkonstante Pumpe, die dauerhaft mit maximaler Drehzahl läuft, nimmt dagegen 60-80 W auf und kann auf 300-400 kWh/Jahr kommen. Die Wahl einer Umwälzpumpe mit einem EEI-Wert unter 0,20 macht sich in der gesamten Stromrechnung der Fußbodenheizung sichtbar bemerkbar. Für den Jahresverbrauch der Umwälzpumpe und die Auswahlkriterien lesen Sie auch unseren separaten Ratgeber. (Details: Stromverbrauch der Umwälzpumpe: Wie viel Einsparung bringt der Austausch einer alten Pumpe?)

Zahlenbeispiel zur Auswahl: Angenommen, eine Wohnung mit 120 m² hat einen Verteiler mit acht Kreisen, einen Gesamtauslegungsvolumenstrom von 0,55 m³/h, einen längsten Kreis von 110 m und einen berechneten Gesamtwiderstand von 1,1 mWS. Dieser Betriebspunkt wird von einer kleinen Nassläuferpumpe, deren Kennlinie den Bereich 0-3 mWS und 0-2,5 m³/h abdeckt, problemlos erreicht. Der Betriebspunkt der Pumpe liegt dort, wo sich Pumpenkennlinie und Anlagenkennlinie schneiden; bei der Auswahl wird darauf geachtet, dass dieser Schnittpunkt in den effizientesten Bereich der Pumpe fällt. Liegt der Schnittpunkt nahe am rechten Ende der Kennlinie, ist die Pumpe zu klein gewählt und wird überfordert; liegt er nahe am linken Ende, ist die Pumpe zu groß gewählt und nimmt unnötig Strom auf.

Der Vergleich Monoblock- und Split-Wärmepumpe bei der Fußbodenheizung ist eine Auswahl zwischen zwei unterschiedlichen Bauarten. Die Monoblock-Wärmepumpe beherbergt alle Komponenten einschließlich Verdichter und Wärmeübertrager im Außengerät; in das Gebäude führt nur die Wasserleitung. Bei der Split-Wärmepumpe befinden sich im Außengerät der Verdichter und der äußere Wärmeübertrager, im Innengerät dagegen der Verflüssiger und die Regelkomponenten; zwischen den beiden Einheiten verläuft eine Kältemittelleitung. Beide Typen arbeiten mit der Fußbodenheizung zusammen, doch einige Unterschiede beeinflussen die Entscheidung.

• Installationsaufwand — Monoblock: nur Wasserleitung, Installation einfacher; Split: erfordert Kältemittelleitung und eine Montage mit F-Gas-Zertifikat
• Frostgefahr — Monoblock: Da die Wasserleitung im Freien verläuft, kann eine Frostschutzlösung erforderlich sein; Split: Das Wasser läuft ins Innengerät, die Frostgefahr ist gering
• COP-Vorteil — Monoblock: kürzere Kältemittelleitung = geringerer Druckverlust = in der Regel etwas höherer COP; Split: lange Kältemittelleitung senkt die Effizienz
• Temperaturverträglichkeit mit der Fußbodenheizung — Beide Typen eignen sich für 35-55 °C Austrittstemperatur
• Geräusch — Monoblock: das gesamte mechanische Geräusch entsteht im Freien; Split: geringe Lüftergeräusche vom Innengerät möglich
• Wartungsfreundlichkeit — Monoblock: Risiko eines Kältemittelaustritts auf der Wasserseite null; Split: Kältemittelleitung erfordert regelmäßige Kontrolle

Das klare Urteil für die Praxis: Für die Kombination mit Fußbodenheizung bedeutet eine Monoblock-Wärmepumpe in der Regel eine weniger komplexe und günstigere Installation. In kalten Klimazonen oder bei Gebäuden, die eine lange Kältemittelleitung erfordern, kann die Split-Bauart vorzuziehen sein. Die Viessmann Vitocal 150-A ist ein verbreitetes Monoblock-Beispiel für Fußbodenheizungsanwendungen; die Mitsubishi Electric Ecodan ist der bekannte Vertreter der Split-Bauart bei der Fußbodenheizung, und beide bieten 35-55 °C Austrittstemperatur. Für einen ausführlichen Vergleich lesen Sie unseren entsprechenden Ratgeber. (Details: Monoblock- oder Split-Wärmepumpe? Vorteile, Nachteile und Unterschiede)

Der Umstieg auf eine Wärmepumpe ist möglich, ohne die vorhandenen Fußbodenheizungsrohre auszutauschen; sein Erfolg hängt jedoch von zwei Bedingungen ab. Erstens darf die vorhandene Rohrleitung keine Austrittstemperatur der Wärmepumpe von mehr als 55 °C erfordern, und zweitens muss das Rohrmaterial PE-RT oder PEX mit EVOH-Sauerstoffsperre sein.

Sind in einem alten, ungedämmten Gebäude Fußbodenheizungsrohre vorhanden und liegt der Wärmeverlust des Gebäudes bei etwa 60-70 W/m², kann es erforderlich sein, die Wärmepumpe mit 50-55 °C Austrittstemperatur zu betreiben. Bei dieser Temperatur fällt der COP auf den Bereich von etwa 2,5-3,0; er liegt damit dennoch über dem durchschnittlichen Wirkungsgrad einer Erdgas-Kombitherme. Das Verbesserungspotenzial ist jedoch begrenzt. Die Investitionsentscheidung sollte zusammen mit der Energieeinsparberechnung bewertet werden.

Bei Retrofit-Anwendungen in alten Häusern entsteht der größte Gewinn nicht durch den Rohraustausch, sondern durch die Verbesserung der Gebäudehülle. Eine Fassadendämmung und ein Fensteraustausch, die den Wärmeverlust eines Gebäudes von 70 W/m² auf 45 W/m² senken, können die erforderliche Vorlauftemperatur von 55 °C auf 42 °C herabsetzen; allein dieser Rückgang hebt den COP von etwa 2,8 auf 3,8 an und verringert damit den für dieselbe Wärme aufgewendeten Strom um grob ein Viertel. Deshalb sollte die Entscheidung für eine Wärmepumpe bei Retrofit-Projekten in alten Häusern nicht unabhängig von der Dämmentscheidung getroffen werden. Lässt sich keine Dämmung ausführen, kann ein Hochtemperaturmodell gewählt oder ein Hybridbetrieb (Wärmepumpe plus vorhandene Kombitherme) in Betracht gezogen werden.

Im Retrofit-Szenario werden Heizlast und Leistung der vorhandenen Fläche unbedingt miteinander verglichen. Kann der vorhandene Fußbodenheizungsboden den Raum zur Zeit der Kombitherme mit 45 °C Vorlauf beheizen, liefert er auch mit der Wärmepumpe bei 45 °C dieselbe thermische Leistung; eine Neuverlegung des Systems ist nicht nötig. Wurde im alten Boden der Rohrabstand jedoch weit mit 25-30 cm belassen, ist die thermische Leistung der Fläche gering und die Wärmepumpe wird zu hoher Temperatur gezwungen. In diesem Fall besteht die einzige Lösung darin, die Fläche in kritischen Räumen dichter zu verlegen oder diese Räume um Niedertemperatur-Fan-Coils zu ergänzen. Für den Wirtschaftlichkeitsvergleich zwischen Wärmepumpe und Kombitherme lesen Sie unseren entsprechenden Ratgeber. (Details: Was ist eine Wärmepumpe? Lohnt sich der Kauf einer Wärmepumpe 2026? Stromverbrauch und tatsächliche Kosten)

Checkliste vor dem Umstieg: Die vorhandenen Fußbodenheizungsrohre werden einer Druckprüfung unterzogen; erwartet wird, dass sie bei 6 bar Druck 30 Minuten dicht bleiben. Ist das Rohrmaterial unbekannt, wird ein kleiner Abschnitt entnommen und geprüft; wird ein Polyethylenrohr ohne Sauerstoffsperre festgestellt, ist der Einsatz mit der Wärmepumpe riskant, da eindringender Sauerstoff den Wärmeübertrager korrodieren lässt. Für die Wärmepumpe, die die vorhandene Kombitherme ersetzen soll, finden Sie den Umstiegsratgeber hier. (Details: Wärmepumpe oder Kombitherme? Vergleich der Erdgas- und Stromkosten)

Der Wärmedurchlasswiderstand des Bodenbelags wirkt sich unmittelbar auf die erforderliche Vorlauftemperatur aus und bestimmt damit den COP der Wärmepumpe. Die Werte des Wärmedurchlasswiderstands unterscheiden sich zwischen den Belagmaterialien erheblich.

• Keramik und Porzellan — Wärmedurchlasswiderstand etwa 0,02-0,04 m²K/W; höchste Wärmeübertragung an den Boden, geringster Bedarf an Vorlauftemperatur; ideal für die Fußbodenheizung
• Estrich aus Beton (geglättet) — Wärmedurchlasswiderstand etwa 0,04-0,06 m²K/W; geeignete Leistung
• Laminatparkett — Wärmedurchlasswiderstand etwa 0,06-0,10 m²K/W; abhängig von der Freigabe des Herstellers, es gibt geeignete Laminate
• Massivholzparkett — Wärmedurchlasswiderstand etwa 0,10-0,15 m²K/W; erhöht die Vorlauftemperatur um 3-5 °C, Rückgang des COP um 0,2-0,3 Punkte
• Teppich (dünn, 7 mm) — Wärmedurchlasswiderstand etwa 0,10-0,15 m²K/W; erhöht den Bedarf an Vorlauftemperatur deutlich
• Dicker Veloursteppich (15+ mm) — Wärmedurchlasswiderstand über 0,20 m²K/W; die Verwendung zusammen mit einer Fußbodenheizung wird nicht empfohlen

Das klare Urteil für die Praxis: Keramik- oder Porzellanbelag entfaltet das volle Potenzial der Kombination aus Wärmepumpe und Fußbodenheizung. Ist das Laminatparkett als geeignet gekennzeichnet und liegt die Freigabe des Herstellers vor, verursacht es keine Probleme. Massivholzparkett ist akzeptabel, auch wenn es die Vorlauftemperatur erhöht. Dicker Teppich dagegen bringt das System an seine Leistungsgrenze und sollte nicht gewählt werden. Zur Wahl des Bodenbelags unter dem Gesichtspunkt der Energieeffizienz lesen Sie unseren Ratgeber. (Details: Energieeffizienz in mechanischen Anlagen)

Die Zonenregelung ermöglicht es der Fußbodenheizung, jeden Raum unabhängig auf unterschiedlichen Temperaturen zu halten. Die Grundmethode besteht darin, das Ventil jedes Kreises am Verteiler mit einem unabhängigen Raumthermostat über einen elektrischen Stellantrieb zu öffnen und zu schließen. Erreicht das Thermostat die Solltemperatur, schließt es den Stellantrieb und unterbricht den Durchfluss des Kreises; sinkt die Temperatur, öffnet es ihn wieder.

Zur Integration mit der Wärmepumpe werden diese Auf-/Zu-Signale an den zentralen Schaltschrank oder direkt an die Regelplatine der Wärmepumpe weitergegeben. Werden alle Zonen gleichzeitig geschlossen, bleibt der Wärmepumpe keine Last mehr; in diesem Fall muss die Wärmepumpe kurzzeitig abschalten. Moderne Wärmepumpenregler (wie Viessmann ViCare, Mitsubishi Electric MELCloud) nehmen diese Signale auf, versetzen die Wärmepumpe bei Bedarf in den Standby-Modus und vermeiden unnötiges kurzes Takten.

Eine häufige Falle bei der Zonenregelung ist eine aggressive Thermostateinstellung, die viele Zonen gleichzeitig schließt. Die Fußbodenheizung ist ein träge reagierendes System; wenn das Thermostat statt mit einem engen Band von 0,5 °C mit einer Hysterese von 1,0-1,5 °C arbeitet, werden unnötig häufiges Öffnen und Schließen der Kreise vermieden, und der Wärmepumpe bleibt stets eine gewisse Last. In Wohnungen mit wenigen Räumen ist es sowohl günstiger als auch im Hinblick auf das Taktverhalten der Wärmepumpe gesünder, alle Zonen mit einem einzigen Thermostat zu führen und nur in kritischen Räumen (Bad, Schlafzimmer) ein unabhängiges Thermostat einzusetzen.

Auch die witterungsgeführte Regelung wirkt sich unmittelbar auf die Effizienz aus. Diese Funktion, die die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe automatisch an die Außentemperatur anpasst, bewahrt das System an milden Tagen davor, mit höherer Temperatur als nötig zu arbeiten. Beispielsweise können für 0 °C Außentemperatur 45 °C, für 10 °C Außentemperatur 38 °C und für 15 °C Außentemperatur 33 °C Vorlauftemperatur programmiert werden. Ist diese Kurve richtig eingestellt, arbeitet die Wärmepumpe das ganze Jahr über mit der niedrigstmöglichen Temperatur, und der COP bleibt auf dem höchsten Niveau. Zu den besten Raumthermostat-Optionen lesen Sie unseren Vergleichsratgeber. (Details: Welcher ist der beste Raumthermostat? Danfoss, Siemens, Resideo und ECA im Vergleich)

Die witterungsgeführte Regelung der Wärmepumpe ist die Einstellung der Heizkurve, die die Vorlauftemperatur automatisch an die Außentemperatur anpasst. Ziel ist es, den Vorlauf anzuheben, wenn die Außenluft kälter wird, weil der Wärmeverlust des Gebäudes steigt, und ihn abzusenken, wenn es wärmer wird. Eine falsch eingestellte Kurve lässt das System an einem milden Wintertag mit 45 °C laufen und erzeugt über den Zusammenhang zwischen COP/SCOP und Wassertemperatur jährlich Hunderte kWh unnötigen Verbrauch.

Die praktische Methode zur Antwort auf die Frage, wie die witterungsgeführte Regelung der Wärmepumpe eingestellt wird, besteht darin, eine Kurve mit zwei Punkten aufzubauen. Der erste Punkt ist die maximale Vorlauftemperatur, die bei der Norm-Außentemperatur (für Istanbul etwa -3 °C) erforderlich ist; in einem gut gedämmten Gebäude werden hierfür 40-45 °C, in einem mäßig gedämmten Gebäude 45-50 °C angesetzt. Der zweite Punkt ist die Außentemperatur, bei der die Heizung abschaltet (in der Regel 15-18 °C); hier sinkt der Vorlauf auf etwa 28-30 °C. Die Steigung zwischen diesen beiden Punkten ist die Steilheit der Kurve; bei den meisten Reglern wird sie mit einer Zahl zwischen 0,3 und 0,8 eingestellt. Bei einem Fußbodenheizkreis mit dem Ziel Niedertemperaturbetrieb 35/45 °C liegt die Steilheit typischerweise bei etwa 0,3-0,4.

Die Methode vor Ort, um zu erkennen, ob die Kurve richtig eingestellt ist, lautet: Erreicht das Gebäude nach einigen kalten Tagen in jedem Raum die Komforttemperatur, die Wärmepumpe läuft aber fast ohne Unterbrechung mit niedriger Vorlauftemperatur, ist die Kurve richtig. Bleiben die Räume kalt, wird die Kurve parallel um 2-3 °C nach oben verschoben; werden die Räume zu warm und die Wärmepumpe schaltet häufig ab, wird die Kurve nach unten gezogen. Diese Parallelverschiebung ist eine von der Steilheit unabhängige Niveaueinstellung und lässt sich mit einem Fingertipp über Anwendungen wie Viessmann ViCare oder Mitsubishi Electric MELCloud vornehmen.

Da der Fußbodenheizkreis ein erhebliches Wasservolumen enthält, muss das Ausdehnungsgefäß richtig dimensioniert werden. Die Volumenzunahme bei der Erwärmung des Wassers von 10 °C auf 50 °C beträgt etwa 1,2 Prozent; bei großen Systemen ergibt dieser Wert, multipliziert mit einem Gesamtvolumen von mehreren Hundert Litern, eine beträchtliche Ausdehnungsmenge.

Berechnungsschritte: Bestimmen Sie zunächst das gesamte Wasservolumen. Bei einer Fußbodenheizung mit 500 m 16-mm-Rohr beträgt das Volumen im Rohr etwa 56,5 Liter; kommen für den inneren Wärmeübertrager der Wärmepumpe und die Anschlussleitungen 10-15 Liter hinzu, ergeben sich insgesamt etwa 70 Liter. Die Ausdehnungsmenge beträgt bei 1,2 Prozent 70 mal 0,012 gleich 0,84 Liter; gewählt wird jedoch mit Sicherheitszuschlag ein Gefäß mit der in der Praxis üblichen Kapazität von 30-40 Prozent. Diese Berechnung zeigt, dass ein Ausdehnungsgefäß mit 12-18 Litern Fassungsvermögen ausreicht. Beim geschlossenen System wird der Vordruck auf den statischen Druck des höchsten Punktes plus 0,3 bar Sicherheit eingestellt. Einen ausführlichen Ratgeber zu Auswahl und Berechnung des Ausdehnungsgefäßes finden Sie hier. (Details: Berechnung des Ausdehnungsgefäßes)

Unter den Marken, die Pomeka Mekanik führt, gibt es Wärmepumpen-Optionen, die mit der Fußbodenheizung kompatibel sind. Viessmann und Mitsubishi Electric sind die beiden herausragenden Hauptmarken in diesem Bereich; beide bieten Modelle an, die im Austrittstemperaturbereich von 35-55 °C voll mit der Fußbodenheizung kompatibel sind.

• Viessmann Vitocal 150-A — Monoblock-Bauart; Leistungsbereich 5-16 kW; COP 4,8-5,2 bei A7/W35; inklusive intelligenter Regelung Viessmann ViCare; kompatibel mit Fußbodenheizung und Heizkörpern
• Viessmann Vitocal 200-S — Split-Bauart; Leistungsbereich 6-18,5 kW; geeignet für kältere Klimazonen; kann bis zu einer Außentemperatur von -25 °C arbeiten; der COP-Wert der Viessmann Vitocal 200-S liegt bei A7/W35 im Bereich von etwa 4,6-5,0
• Mitsubishi Electric Ecodan Baureihe PUD-SHW — Split-Bauart; Bereich 6-16 kW; Fernsteuerung über MELCloud; COP etwa 4,5-5,0 bei A7/W35; inklusive Zonenregelung und witterungsgeführter Regelung
• Mitsubishi Electric Ecodan Baureihe CAHV/PUHZ-SW — Hochtemperaturmodell; bis zu 60 °C Austrittstemperatur; für Umstiegsanwendungen in Altbauten mit Heizkörpern oder vorhandenen Fußbodenheizungssystemen

Die Regel für die Leistungsauswahl lautet: Die Nennleistung der Wärmepumpe sollte 80-100 Prozent der Auslegungsheizlast des Gebäudes abdecken. An 1-2 Prozent der kältesten Tage schaltet sich der elektrische Heizstab als Reserve zu; das ist akzeptabel. Die Leistung auf 150 Prozent zu erhöhen, steigert das kurze Takten und senkt den COP im realen Betrieb. Für die passende Leistungsauswahl dient die Heizlastberechnung als Grundlage. Zum Ratgeber für die Leistungsberechnung lesen Sie den entsprechenden Beitrag. (Details: Wie viele kW Wärmepumpe braucht ein Haus mit 100 m², 150 m² oder 200 m²?)

Bei der Markenwahl ist der COP-Wert allein nicht entscheidend; SCOP, Schallpegel dB(A), Modulationsbereich und Leistungserhalt bei niedriger Temperatur werden gemeinsam bewertet. Der Modulationsbereich gibt an, wie weit die Wärmepumpe ihre Leistung im Teillastbetrieb absenken kann; ein Inverter-Gerät mit großem Modulationsbereich fährt seine Leistung an milden Tagen bis auf 20-30 Prozent herunter und läuft lang und ununterbrochen, was sowohl den Komfort als auch die SCOP verbessert. Der Schallpegel des Außengeräts liegt je nach Modell im Bereich 35-55 dB(A); bei Mehrfamilienhäusern in Istanbul mit geringem Abstand zu Nachbarn sollte dieser Wert im Hinblick auf die Vorschriften zur Aufstellung vor der Modellwahl geprüft werden. Um die herausragenden Wärmepumpen-Alternativen unter den von Pomeka Mekanik geführten Marken vergleichend zu betrachten, lesen Sie unseren Ratgeber. (Details: Daikin, Viessmann oder Gree? Die besten Wärmepumpenmarken im Vergleich)