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.

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.

•   Monovalenter Betrieb
•   Monoenergetischer Betrieb
•   Bivalenter Betrieb

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.

1 BTU = 1,055 kJ
1 BTU/h = 0,293 W

Bivalenzpunkt

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.

Bei einer monoenergetisch betriebenen Luft-Wasser-Wärmepumpe wird der Heizbedarf bis zum Bivalenzpunkt gedeckt. Darunter wird eine Zusatzheizung notwendig. Hier kann ein Heizstab oder auch ein noch vorhandener Wärmeerzeuger (Gasgerät, Ölkessel, Festbrennstoffkessel) eingesetzt werden. Bei einem bivalenten Betrieb wird besonders bei höheren Systemtemperaturen der Bivalenzpunkt höher angesetzt.
Der Deckungsanteil der Wärmepumpe sollte  möglichst hoch sein, damit die Betriebskosten möglichst gering sind und die Jahresarbeitszahl möglichst hoch ist. In der Regel sind die Anzahl der Tage mit Außentemperaturen unter -5 °C sehr gering und deshalb wird der Bivalenzpunkt um diese Temperatur festgelegt bzw. ermittelt. So ist dann z. B. der Anteil der Zusatzheizung bei -10 °C AT ca. 1 % und bei -16 °C ca. 4 % der gesamten Wärmemenge.

Vergleich der Arbeitsweisen (Beispiel)

COP Verlauf

Quelle: Ingenieurbüro GESBB - Dipl.-Ing. Axel Creifelds

Der Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe
Nadine Kümpel, wegatech - heimWatt GmbH
Berechnung des Bivalenzpunktes von Wärmepumpen
energie-experten - Greenhouse Media GmbH

Abtauen - Wärmepumpe

Bei Luft-Luft- und Luft-Wasser-Wärmepumpen kommt es besonders im Herbst und Winter durch niedrige Außentemperaturen und hohe Luftfeuchtigkeit ganz natürlich zur Vereisung des Verdampfers, weil sich Wasserdampf an der kalten Fläche absetzt und dort gefriert. Eine leichte Reif- oder Eisbildung ist ein normaler physikalischer Vorgang und tritt besonders bei Temperaturen um den Gefrierpunkt auf.
Dieses Eis muss regelmäßig entfernt werden, um eine effiziente Wärmeübertragung zu gewährleisten. Der Abtauprozess erfolgt in der Regel automatisch durch die Wärmepumpe selbst. Dazu wird der Betrieb der Wärmepumpe kurzzeitig unterbrochen und die Abtauung gestartet. Das Eis auf dem Verdampfer wird durch ein Abtauverfahren (Heizung oder Heißgasabtauung) aufgetaut und das entstandene Wasser abgeführt. Eine regelmäßige Abtauung stellt sicher, dass die Wärmepumpe auch bei niedrigen Außentemperaturen eine hohe Leistung erbringt und somit eine effiziente Beheizung des Gebäudes gewährleistet.
Wichtig ist, dass die Abtauung einer Wärmepumpe automatisch gesteuert wird. Moderne Wärmepumpen verfügen über Sensoren, die die Eisbildung überwachen und bei Bedarf den Abtauvorgang auslösen. Der Abtauvorgang kann je nach Bedarf automatisch gestartet werden, basierend auf Faktoren wie Außentemperatur, Luftfeuchtigkeit und Eisbildung. Dies gewährleistet einen effizienten und zuverlässigen Betrieb der Wärmepumpe auch bei kalten Witterungsbedingungen.
Es ist wichtig, die Herstellerangaben und -empfehlungen zu beachten, da diese spezifische Informationen zur Abtauung für das jeweilige Modell enthalten können. Die Hersteller von Wärmepumpen haben in der Regel Richtlinien für das Abtauen und können Informationen über die optimale Leistung und Effizienz der Wärmepumpe geben.
Darüber hinaus ist es ratsam, die Wärmepumpe regelmäßig zu überprüfen und zu warten, um sicherzustellen, dass sie ordnungsgemäß funktioniert. Ein professioneller Wartungsservice kann helfen, die Wärmepumpe auf mögliche Probleme im Zusammenhang mit Eisbildung oder anderen Betriebsstörungen zu überprüfen und gegebenenfalls Abhilfemaßnahmen zu ergreifen.

Wenn die Wärmepumpe nicht richtig abtaut, kann dies zu verschiedenen Problemen führen, hier einige mögliche Auswirkungen:
Reduzierte Heiz- oder Kühlleistung: Wenn sich Eis auf der Außeneinheit der Wärmepumpe bildet und nicht richtig abgetaut wird, kann dies die Wärmeübertragung beeinträchtigen. Das Eis wirkt wie eine Isolierschicht, die verhindert, dass die Wärmepumpe die Umgebungsluft effizient erwärmt oder abkühlt. Dadurch kann die Heiz- oder Kühlleistung der Wärmepumpe reduziert werden, was zu einem unzureichenden Raumkomfort führen kann.
Höherer Energieverbrauch: Die Eisbildung auf der Außeneinheit führt dazu, dass die Wärmepumpe härter arbeiten muss, um die gewünschte Heiz- oder Kühlleistung zu erbringen. Da das Eis die Wärmeübertragung behindert, muss die Wärmepumpe mehr Energie aufwenden, um das Eis zu überwinden und den gewünschten Effekt zu erzielen.
Schäden am System: Eine unzureichende Abtauung kann langfristig zu Schäden am Wärmepumpensystem führen. Wenn das Eis auf der Außeneinheit nicht regelmäßig entfernt wird, kann es zu Eisansammlungen kommen, die sich verfestigen und die Einheit beschädigen können. Die Eisbildung kann zu Korrosion, Leckagen, Festfrieren von Bauteilen und anderen mechanischen Problemen führen, die die Funktion der Wärmepumpe beeinträchtigen.
Vereisung der Rohrleitungen: Wenn das Eis nicht richtig abgetaut wird, kann es auch zu einer Vereisung in den Leitungen der Wärmepumpe kommen. Dies kann den Durchfluss des Kältemittels behindern und zu erhöhtem Druck und unzureichender Zirkulation führen. Die Vereisung der Leitungen kann das System beschädigen und die Lebensdauer der Wärmepumpe verkürzen.

Es ist wichtig zu beachten, dass moderne Wärmepumpen über Schutzmechanismen verfügen, die eine übermäßige Eisbildung erkennen und den Betrieb der Wärmepumpe unterbrechen können, um Schäden zu vermeiden. Dennoch ist es ratsam sicherzustellen, dass die Wärmepumpe ordnungsgemäß abtaut, um eine effiziente Leistung zu gewährleisten. Wenn Sie den Verdacht haben, dass Ihre Wärmepumpe nicht richtig abtaut, ist es ratsam, sich an einen Fachmann zu wenden, um das Problem überprüfen und beheben zu lassen. Ein professioneller Wartungsdienst kann die Ursache für die unzureichende Abtauung feststellen und geeignete Maßnahmen ergreifen, um die Leistung der Wärmepumpe wiederherzustellen.
Quelle: Boris Stippe, TiRo CheckEnergy GmbH

Obwohl das Thema Vereisung primär Luft-Wasser-Wärmepumpen betrifft, kann in sehr seltenen Fällen auch eine Sole-Wasser-Wärmepumpe vereisen. Dies bezieht sich dann jedoch nicht auf eine Außeneinheit, sondern auf Teile des Solekreislaufs oder den Verdampfer im Inneren der Wärmepumpe.
Eine Vereisung bei einer Erdwärmepumpe ist ein ernsthaftes Warnsignal und deutet fast immer auf ein größeres Problem hin:
• Zu geringer Soledurchfluss: Wenn die Solepumpe defekt ist, der Solefilter verstopft ist oder Luft im Solekreislauf zirkuliert, kann nicht genügend Wärme aus dem Erdreich zum Verdampfer transportiert werden. Die Soletemperatur sinkt stark ab.
• Unterdimensionierte Erdwärmequelle: Wenn die Erdwärmequelle zu klein für den Wärmebedarf des Gebäudes ausgelegt wurde, wird ihr zu viel Wärme entzogen. Die Temperatur der Sole kann dann unter den Gefrierpunkt fallen, was zur Vereisung des Erdreichs um die Kollektoren/Sonden und potenziell auch des Verdampfers führen kann. Dies ist ein schwerwiegender Planungsfehler.
• Kältemittelmangel oder defektes Expansionsventil: Ähnlich wie bei Luft-Wasser-Wärmepumpen können Probleme im Kältekreis dazu führen, dass der Verdampfer extrem kalt wird und die Restwärme aus der Sole nicht mehr ausreicht, um eine Vereisung zu verhindern.
• Vereisungsschutz der Wärmepumpe defekt: Auch Erdwärmepumpen haben Sicherheitseinrichtungen, die eine zu starke Abkühlung der Sole verhindern sollen. Sind diese defekt, kann es zur Vereisung kommen.

Folgen einer Vereisung bei Erdwärmepumpen:
• Drastischer Leistungsabfall und Effizienzverlust.
• Mögliche Schäden am Verdampfer oder anderen Komponenten des Kältekreises.
• Bei Vereisung des Erdreichs kommt es zu langfristiger Schädigung der Erdwärmequelle und reduzierter Regenerationsfähigkeit.

Wenn Sie eine Vereisung an Ihrer Erdwärmepumpe oder im Solekreislauf feststellen – z. B. Eisbildung an Rohren des Solekreislaufs, sehr niedrige Soletemperaturen im Display oder Fehlermeldungen –, sollten Sie die Anlage umgehend ausschalten und einen spezialisierten Fachbetrieb für Erdwärmepumpen kontaktieren. Hier sind Selbsthilfeversuche meist nicht zielführend und können die Situation sogar verschlimmern.
Quelle: Ariane Müller, TapTapHome, by DAA GmbH

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Wie hilft das Abtauen bei einer vereisten Wärmepumpe?
Boris Stippe, TiRo CheckEnergy GmbH
Wärmepumpe vereist:
Mit kühlem Kopf zur richtigen Diagnose
Ariane Müller, TapTapHome, by DAA GmbH
Abtausteuerung bei Wärmepumpen
iDM Energiesysteme GmbH
Wärmepumpen-Vereisung:
Ursachen, Abtau-Techniken & Effizienz-Verluste
energie-experten.org - Greenhouse Media GmbH
Wärmepumpe abtauen:
Häufigkeit, Dauer und Energieverbrauch 2026
Max Nestler, 42watt - Enovato GmbH
Intelligent abtauen
Michael Freiherr, Güntner Group Europe GmbH | bauverlag.de - Bauverlag BV GmbH

Abtauverfahren

Wenn ein Verdampfer einer Kälteanlage bzw. Wärmepumpe vereist, dann wird der Wärmetransport zwischen dem zu kühlenden Medium und dem verdampfenden Kältemittel gemindert bzw. unterbrochen. Dadurch kann die Überhitzung des Kältemittels am Verdampferausgang verringert werden. Ein thermostatisches Expansionsventil schließt durch die kleiner werdende Fühlerkraft, die Verdampfungstemperatur und die Gesamtkälteleistung der Anlage fällt ab.
Die Abtauphase kann in einem festen Zeitrhytmus bei Raumtemperatur durch Abtauschaltuhren erfolgen. Der Abtauvorgang wird durch einen Abtauthermostat beendet, der bei einer festgelegten Temperatur (z. B. + 10 °C) die Anlage wieder auf den Kühlvorgang umstellt. Ein fester Abtaurhytmus hat den Nachteil, dass die Eisdicke am Verdampfer nicht berücksichtigt wird. Bei einer geringen Reifbildung am Verdampfer kann es andererseits zu einem unnötig hohen Energieverbrauch kommen. Energetisch besser sind Verfahren, die erst bei Bedarf abtauen. Der Abtauvorgang beginnt erst dann, wenn eine bestimmte Eisdicke am Verdampfer vorhanden ist. Dies kann durch einen Temperaturfühler, optischen Sensor oder durch eine Differenzdruck-Messung erreicht werden.

Folgende Varianten können eine optimale Abtauung für den jeweiligen Anlagentyp der Kältetechnik und Wärmepumpe ermöglichen.

• Luftabtauung
• Elektrische Widerstandsabtauung
• Heißgasabtauung
• Abtauen von heißem Glykol
• Abtauung mit umgekehrtem Zyklus

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Arten des Abtauens in der Kältetechnik
Keyter Technologies Group
Intelligent abtauen
Michael Freiherr, Güntner Group Europe GmbH | bauverlag.de - Bauverlag BV GmbH
Abtausteuerung bei Wärmepumpen
iDM Energiesysteme GmbH
Abtauung mit Heißgasbypass
Anna Giménez, Area Cooling Solutions
Was sind die Abtau-Methoden einer Paketklimaanlage?
Emily Liu, Sanhe Einfrieren Maschinerie (Guangzhou) Co., Ltd

Frostschutzventil für Wärmepumpen

Wenn bei einer Monoblock-Wärmepumpen- oder Hydrosplit-Wärmepumpenanlage für den Heizkreis keine Frostfreiheit gewährleistet werden kann, entleeren Frostschutzventile die Rohrleitungen. Sofern der Wärmepumpenmanager und Heizungsumwälzpumpe betriebsbereit sind, arbeitet die Frostschutzfunktion des Wärmepumpenmanagers. Bei Außerbetriebnahme oder Stromausfall ist die Anlage zu entleeren und gegebenenfalls auszublasen, denn der Betrieb mit einem Frostschutzmittel (in der gesamten Anlage oder durch einen Trenntauscher mit zusätzlicher Umwälzpumpe) würde die Effizienz verringern.

Frostschutzventil - Serie 108
Caleffi Armaturen GmbH
Frostschutzventil - Montageanleitung
AFRISO-EURO-INDEX GmbH

Geschichte der Wärmepumpe (Kältemaschine)

Livedaten - Wärmepumpenanlagen

Aktuelle Messwerte - Anlagenübersicht - Jan Meyer, Schweiz

Wärmepumpenanlagen

144 Wärmepumpenanlagen

Hydraulik und Steuerung -Solar-WP - Familie Güttinger Honegger

wer kennt andere Anlagendaten-Live?

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Leider musste ich viele Links wieder rausnehmen, weil die Links nicht mehr funktionierten.

Aquarea Club - Effiziente Betriebsweise - Wärmepumpen-Heizung
Manfred Adler

Wärmepumpen Verbrauchsübersicht>
Michael Schumacher, Wärmepumpen-Verbrauchsdatenbank