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Grundlagen

Der Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe

Der Bivalenzpunkt beschreibt die Außentemperatur, bei der die Wärmepumpe ihre maximale Heizleistung erbringt. Sinkt die Außentemperatur weiter, muss zur Gebäudebeheizung ein zusätzlicher Wärmeerzeuger betrieben werden. Das ist bei Wärmepumpen in Neubauten jedoch selten der Fall.

Was versteht man unter dem Bivalenzpunkt?

Wärmepumpen werden so dimensioniert, dass sie in einem bestimmten Temperaturbereich optimal arbeiten können. An besonders kalten Wintertagen kann es daher vorkommen, dass die Leistung einer Wärmepumpe nicht ausreicht. Der Punkt, an dem die maximale Heizleistung der Wärmepumpe erreicht wird, ist der sogenannte Bivalenzpunkt. Unterhalb des Bivalenzpunkts muss ein zweites Heizsystem die Deckung der restlichen Heizlast übernehmen. Das kann zum Beispiel ein elektrischer Heizstab oder ein Heizkessel sein.

So ergibt sich der Bivalenzpunkt

Der Bivalenzpunkt ergibt sich aus den zwei Faktoren: Heizlast des Gebäudes und Heizleistung der Wärmepumpe. 

Heizlast des Gebäudes

Ein Gebäude hat je nach Außentemperatur einen unterschiedlichen Heizwärmebedarf zur Aufrechterhaltung der Raumtemperatur. Altbauten sind zum Beispiel zumeist schlecht gedämmt, kühlen schneller aus und benötigen so mehr Heizwärme als Neubauten. Dieser Wärmebedarf des Gebäudes wird auch Heizlast genannt und muss durch die Heizung gedeckt werden.

Heizleistung der Wärmepumpe

Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe kann in Abhängigkeit der Außentemperatur eine bestimmte Heizleistung erbringen. Diese Leistung variiert je nach Größe und Modell der Wärmepumpe. Grundsätzlich gilt: Je höher die Außentemperatur, desto mehr Heizleistung kann eine Wärmepumpe erbringen.

Ist die aktuelle Heizleistung der Wärmepumpe gleich der Heizlast des Gebäudes, befinden wir uns am Bivalenzpunkt. Da die Heizlast des Gebäudes in der Regel vorgegeben ist, muss die Wärmepumpe so ausgelegt werden, dass sich ein wirtschaftlich optimaler Bivalenzpunkt ergibt.

Bivalenzpunkt Wärmepumpe

                                                               Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe

Bivalenzpunkt und Wirtschaftlichkeit

Damit ein Gebäude möglichst wirtschaftlich beheizt werden kann, darf der Bivalenzpunkt  einer Wärmepumpe weder bei einer zu hohen noch bei einer zu niedrigen Außentemperatur liegen.

Wählt  man eine besonders kleine kostengünstige Wärmepumpe und setzt daher den Bivalenzpunkt bei einer hohen Außentemperatur fest, muss für einen Großteil des Jahres Wärme durch einen anderen Wärmeerzeuger bereitgestellt werden. Die Kosten für die Anschaffung dieses zusätzlichen Heizsystems können dann deutlich höher ausfallen, als der Kauf einer größeren Wärmepumpe.

Umgekehrt kann auch ein niedriger Bivalenzpunkt unwirtschaftlich sein. Die Wärmepumpe versorgt das Gebäude dann zwar auch bei niedrigsten Temperaturen mit ausreichend Wärme, diese hohe Leistung wird jedoch nur an wenigen Tagen im Jahr benötigt, sodass die Wärmepumpe überdimensioniert ist.

Betriebsweisen einer Wärmepumpe

Aufgrund dieses Konflikts ergeben sich je nach Heizwärmebedarf des Gebäudes unterschiedliche Betriebsweisen einer Wärmepumpe mit jeweils unterschiedlichen Bivalenzpunkten.

Monovalenter Betrieb

Die Wärmepumpe kann das Gebäude vollständig beheizen und es ist kein weiterer Wärmeerzeuger nötig. Der Bivalenzpunkt liegt bei einer sehr niedrigen Außentemperatur, die selten unterschritten wird. Diese Betriebsweise eignet sich meist für Neubauten, da hier nur wenig Heizenergie benötigt wird und so auch eine kleine, kostengünstige Wärmepumpe die erforderliche Heizleistung ganzjährig erbringen kann.

Monoenergetischer Betrieb

Neben der Wärmepumpe existiert noch ein weiterer Wärmeerzeuger, der auch mit Strom betrieben wird. Zumeist ist dies ein Heizstab mit einer geringen Leistung. Er unterstützt die Wärmepumpe lediglich an besonders kalten Tagen im Jahr. Der Bivalenzpunkt der Wärmepumpe liegt hier daher etwa zwischen -5 und -9 °C. Der monoenergetische Betrieb hat den Vorteil, dass auch bei einem etwas höheren Heizbedarf keine große Wärmepumpe angeschafft werden muss, deren volle Heizleistung nur an wenigen Tagen im Jahr zum Einsatz kommen würde.

Bivalente Betriebsweise

Auch hier versorgen zwei Wärmeerzeuger das Gebäude mit Heizwärme. Der zweite Erzeuger ist allerdings konventionell und nutzt keinen Strom sondern z.B. Öl oder Gas.
Man unterscheidet wiederum zwei Arten des bivalenten Betriebs.

Beim bivalent-parallelen Betrieb wird die Heizwärme bei Temperaturen oberhalb des Bivalenzpunkts ausschließlich von der Wärmepumpe erzeugt. Bei niedrigeren Temperaturen werden weitere Heizungen gleichzeitig mit der Wärmepumpe betrieben. Im bivalent-alternativen Betrieb hingegen wird die Wärmepumpe unterhalb des Bivalenzpunkts komplett abgeschaltet und durch eine Öl-,Gas- oder Holzheizung ersetzt.

Die bivalente Betriebsweise ist eine Alternative zum monoenergetischen Betrieb. Sie eignet sich besonders, wenn bereits eine Öl- oder Gasheizung vorhanden ist. Die Wärmepumpe kann dann kleiner ausfallen und wird lediglich in einem Temperaturbereich als einziges Heizsystem eingesetzt, in dem sie effizient arbeitet. Unter dem Bivalenzpunkt von -2 bis -4 Grad kommt dann auch wieder die konventionelle Heizung zum Einsatz.

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