Technische Kennwerte bei Wärmepumpen: Leistungsmerkmale und Vergleichsdatenbanken

Wärmepumpentypen und Gerätkonzepte

Elektrisch angetriebene Wärmepumpengeräte unterscheiden sich grundlegend hinsichtlich ihrer Nutzungs- und Aufstellarten. Maßgeblich sind insbesondere:

• Art der Wärmequelle (Außenluft, Erdreich / Sole, Wasser etc.)
• Art der Wärmeübergabe / Wärmeträgers (Wasser, Luft, Trinkwasser)
• Art der Aufstellung (Monoblock, Splitgerät)
• Zusätzlich eingebundene Wärmeerzeuger (hybride bzw. bivalente Anlagen)

Technische Kennwerte im Überblick

Neben Bauart und Wärmequelle unterscheiden sich Wärmepumpengeräte hinsichtlich Leistung, Effizienz, Einsatzbereich, Geräuschemissionen und Kältemittelart. Diese Unterschiede werden durch den Vergleich von technischen Kennwerten deutlich und sind in Datenbanken für viele Geräte verfügbar. 

Typische Kennwerte sind:

1. Thermische Nennleistung P_th [kW_th]
2. Elektrische Leistung P_el [kW]
3. Effizienzkennzahl (SCOP/COP)  
4. Kältemittelart
5. Maximale Vorlauftemperatur [ Grad Celsius]
6. Betriebs-Temperaturbereich der Wärmequelle
   1. minimale Wärmequellentemperatur [ Grad Celsius]
   2. maximale Wärmequellentemperatur [ Grad Celsius]
7. Schallleistungspegel [dB(A)]
8. Regelung Verdichter (einstufig/ mehrstufig/ invertergeregelt)
9. Aktives Kühlen (reversibler Betrieb)

Der zulässige Betriebs-Temperaturbereich definiert die Außentemperatur- bzw. Quelltemperaturgrenzen, innerhalb derer das Gerät bestimmungsgemäß arbeiten kann. 

Wird die untere Einsatzgrenze unterschritten, stoppt oder drosselt die Wärmepumpe den Betrieb, um den Verdichter zu schützen.

Maximale Vorlauftemperatur [ Grad Celsius]

Dieser Wert gibt an, welches Temperaturniveau die Wärmepumpe maximal bereitstellen kann. Er wird häufig als WTOL (Water Temperature Operating Limit) angegeben.

Die erreichbare Temperatur hängt vom Regelungskonzept und vom eingesetzten Kältemittel ab. Die Angabe ist vor allem dann wichtig, wenn das Heizungssystem auf höhere Vorlauftemperaturen angewiesen ist (typischerweise in der Sanierung von Bestandsanlagen) oder Anforderungen aus der Trinkwasserhygiene Mindest-Sollwerte erfordern. Dabei muss beachtet werden, dass die maximale Vorlauftemperatur in der Regel nicht bei Normaußentemperatur (z.B. -10 Grad Celsius) bereitgestellt werden kann und mit geringen Effizienzwerten verbunden ist.

Der größte Anteil der Wärmepumpen erreicht Temperaturen bis 60 Grad Celsius. Höhere Temperaturniveaus von über 70 Grad Celsius werden von Geräten mit Propan (R290) als Kältemittel erreicht.

In Wärmepumpen eingesetzte Kältemittel unterscheiden sich vor allem in ihren thermodynamischen Eigenschaften, ihrer Umweltwirkung (Global Warming Potential - GWP), Effizienz, Sicherheitsanforderungen (z.B. Brennbarkeit, Toxizität) und damit in ihrer Eignung für bestimmte Anwendungen. Ein wichtiges Kriterium ist das Treibhauspotenzial (GWP): Es gibt an, wie stark das Kältemittel im Vergleich zu CO₂ bei Freisetzung zum Klimawandel beiträgt. Kältemittel mit hohem GWP werden sukzessive vom Markt genommen. Brennbarkeit (A2L oder A3), Toxizität und Druckniveau beeinflussen Aufstellort, Füllmengenbegrenzungen und bauliche Anforderungen.

Gängige Kältemittel sind: 

• R410A: Synthetisches Mischkältemittel, lange Standard, aber sehr hoher GWP (>2000), daher nur noch in Bestandsanlagen eingesetzt; wird schrittweise verdrängt.
• R32: Synthetisches HFKW mit hohem GWP (~675), hohe Effizienz, leicht brennbar (A2L). R32 bleibt als Stoff zulässig, aber das Inverkehrbringen neuer Wärmepumpen/Klimageräte mit R32 wird durch die EU-F‑Gas‑Verordnung stufenweise verboten: für unter 12 kW_th ab 2027, für Geräte über 12 kW_th ab 2035.
• R290 (Propan): Natürliches Kältemittel mit sehr niedrigem GWP (<1), hoher Effizienz und hohen möglichen Vorlauftemperaturen, aber stark brennbar (A3), daher strengere Sicherheits- und Füllmengenregeln.

R407C ist ein HFC-Gemisch mit einem sehr hohen Treibhauspotenzial (GWP ≈ 1774) und unterliegt daher der EU-F-Gase-Verordnung. In Neuanlagen mit hohem GWP (z.B. über 750) ist der Einsatz von R407C in vielen Fällen seit 2015 bzw. ab 2027 stark eingeschränkt; bestehende Anlagen dürfen aber weiter betrieben und gewartet werden. Weitere natürliche Kältemittel wie Ammoniak (R717) oder Isobutan (R600a) spielen eher in Industrie bzw. Kleinstanlagen eine Rolle, weniger bei typischen Wohngebäude-Wärmepumpen. R744 (CO₂) ist als natürliches Kältemittel sehr umweltfreundlich (GWP=1), ungiftig und für hohe Temperaturen / Warmwasser gut geeignet, stellt aber hohe technische Anforderungen und ist deshalb oft teurer und eher für Spezialanwendungen oder größere Anlagen attraktiv.

Verfügbarkeit digitaler Produktdaten

Über die Produktdatenbanken hinaus liegen digitale Produktdaten von Wärmepumpen je nach Zweck in unterschiedlichen Quellen und Formaten vor. Zur Nutzung im Bereich Planung/Simulation sind dies vor allem technische Leistungsdaten in standardisierter Form basierend auf der VDI 3805 bzw. ISO 16757 standardisierte XML-Datensätze für TGA-Produktdaten inklusive Kennfeldern/Regelparametern.

Die VDI-Richtlinienreihe 3805 standardisiert den elektronischen Produktdatenaustausch für die technische Gebäudeausrüstung (TGA: Heizung, Lüftung, Sanitär). Ziel ist, herstellerneutrale, maschinenlesbare Daten für Planung, Auslegung, BIM-Vorstufen und Ausschreibung bereitzustellen.

Herstellerdatenbanken für Wärmepumpen nach VDI 3805 findet man auf der Plattform BIM4HVAC, die vom Bundesverband der Deutschen Heizungsindustrie (BDH) betreut wird, oder dem Open Datapool des Zentralverbands Sanitär Heizung Klima (ZVSHK).

Ziel der Plattformen ist, SHK-Produktstammdaten dem Großhandel und Handwerk als geprüfte, standardisierte Datensätze zur Verfügung zu stellen. Dort sind aktuelle, standardisierte VDI 3805-Datensätze zahlreicher Hersteller als einzelne Produktdaten oder komplette Produktsortimente verfügbar und können als XML-Dateien exportiert werden. Die Daten sind geeignet, um sie direkt in gängige Planungssoftware zu importieren.