Der Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe drückt die Außentemperatur aus, bei der die Wärmepumpe ihre maximale Heizleistung erreicht. Damit die Beheizung eines Gebäudes wirtschaftlich erfolgen kann, ist es wichtig, dass der Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe weder bei einer zu hohen noch bei einer zu niedrigen Außentemperatur liegt. In unserem Artikel erklären wir Ihnen, wie der Bivalenzpunkt ermittelt wird und welchen Einfluss er auf die Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe nimmt.

Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe: Definition

Der Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe ist der Temperaturpunkt, an dem die Heizleistung der Wärmepumpe genau der Heizlast des Gebäudes entspricht. Dabei liegt die Außentemperatur an dem Punkt, an dem die Wärmepumpe weder zu viel noch zu wenig Heizenergie bereitstellt, um die gewünschte Raumtemperatur aufrechtzuerhalten. Sinkt die Außentemperatur weiter, kann die Wärmepumpe keine zusätzliche Wärmeenergie aus der Umgebung gewinnen und es muss ein weiteres Heizsystem – oftmals ein integrierter Heizstab – hinzugeschaltet werden.

Der Bivalenzpunkt spielt eine wichtige Rolle bei der Dimensionierung und dem effizienten Betrieb einer Wärmepumpe. Damit kann sichergestellt werden, dass die Wärmepumpe unter den gegebenen Außentemperaturbedingungen optimal arbeitet.

Der Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe

Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe: Einflussfaktoren

Der Bivalenzpunkt von Wärmepumpen ergibt sich aus zwei Faktoren:

  • Leistung der Wärmepumpe

Wenn die Leistung der Wärmepumpe (Heizleistung) dem Wärmebedarf des Gebäudes (Heizlast) entspricht, ist der optimale Bivalenzpunkt erreicht. Da die Heizlast des Gebäudes vorab ermittelt und in der Regel festgelegt ist, muss die Wärmepumpe dazu passend dimensioniert werden. Bei richtiger Planung sollte so ein optimaler Bivalenzpunkt erreicht werden.

  • Wärmebedarf des Hauses

Wenn es draußen sehr kalt ist, steigt der Wärmebedarf eines Hauses. Daher müssen bei der Heizlastberechnung die unterschiedlichen Außentemperaturen, die im Laufe eines Jahres erreicht werden, berücksichtigt werden. Hinzu kommt, dass unterschiedliche Gebäudearten verschiedene Anforderungen mit sich bringen. So kühlt ein schlecht gedämmter Altbau im Winter schneller aus als ein Neubau. In jedem Fall sollte die Wärmepumpe den Wärmebedarf des Hauses ganzjährig decken, damit ein wirtschaftlicher Bivalenzpunkt erzielt wird.

Auswirkungen auf den Betrieb und die Effizienz der Wärmepumpe

Der Bivalenzpunkt hat direkte Auswirkungen auf den Betrieb und die Effizienz einer Wärmepumpe. Hier sind die wichtigsten Aspekte:

  • Betriebsmodus: Oberhalb des Bivalenzpunkts kann die Wärmepumpe alleine den Wärmebedarf des Gebäudes decken. In diesem Bereich arbeitet die Wärmepumpe in ihrem optimalen Betriebsmodus und erreicht hohe Effizienzwerte. Unterhalb des Bivalenzpunkts ist jedoch ein zusätzliches Heizsystem wie beispielsweise ein elektrischer Heizstab erforderlich, um den restlichen Wärmebedarf abzudecken. In diesem Fall kann die Effizienz der Wärmepumpe abnehmen, da sie mit einem höheren Energieverbrauch betrieben wird, um die gewünschte Raumtemperatur aufrechtzuerhalten.
  • Energieverbrauch: Der Bivalenzpunkt beeinflusst den Energieverbrauch der Wärmepumpe. Liegt der Bivalenzpunkt bei sehr niedrigen Außentemperaturen, kann dies zu einem erhöhten Energiebedarf führen, da die Wärmepumpe dann möglicherweise größer dimensioniert ist, als sie sein müsste. Liegt er bei einer zu hohen Außentemperatur, muss ein zusätzliches, weniger effizientes Heizsystem die vielleicht zu klein dimensionierte Wärmepumpe unterstützen. Ein optimaler Bivalenzpunkt, der im idealen Temperaturbereich liegt, kann hingegen zu einem effizienten Betrieb der Wärmepumpe und einem geringeren Energieverbrauch führen.
  • Effizienz: Der Bivalenzpunkt hat direkte Auswirkungen auf die Effizienz bzw. den Wirkungsgrad der Wärmepumpe. Wenn die Wärmepumpe in ihrem optimalen Betriebsmodus arbeitet, erreicht sie eine höhere Effizienz und kann mehr Wärmeenergie aus der Umgebung gewinnen. Unterhalb des Bivalenzpunkts kann die Effizienz jedoch abnehmen, da die Wärmepumpe zusätzliche Energiequellen oder Hilfssysteme nutzen muss, um den Wärmebedarf des Gebäudes zu decken.

Bivalenzpunkt: Betriebsweisen der Wärmepumpe

Es gibt verschiedene Betriebsweisen einer Wärmepumpe, die sich je nach Heizwärmebedarf des Gebäudes und den vorhandenen Wärmeerzeugern unterscheiden. Dadurch ergeben sich unterschiedliche Bivalenzpunkte für die Wärmepumpe. Hier sind die gängigen Betriebsweisen im Zusammenhang mit ihren jeweiligen Bivalenzpunkten:

  • Monovalenter Betrieb: In dieser Betriebsweise kann die Wärmepumpe das Gebäude vollständig beheizen, ohne dass ein zusätzlicher Wärmeerzeuger erforderlich ist. Der Bivalenzpunkt liegt bei einer sehr niedrigen Außentemperatur, die selten erreicht wird.
  • Monoenergetischer Betrieb: Hier arbeitet die Wärmepumpe zusammen mit einem weiteren Wärmeerzeuger, der ebenfalls mit Strom betrieben wird, wie beispielsweise einem elektrischen Heizstab. Der zusätzliche Wärmeerzeuger unterstützt die Wärmepumpe, insbesondere an extrem kalten Tagen. Der Bivalenzpunkt der Wärmepumpe liegt dann in einem Temperaturbereich zwischen -5 und -9 Grad Celsius. Der monoenergetische Betrieb ermöglicht es, eine kleinere und kostengünstigere Wärmepumpe zu verwenden, da der zusätzliche Wärmeerzeuger den Spitzenbedarf abdecken kann.
  • Bivalente Betriebsweise: In dieser Betriebsweise kommen zwei Wärmeerzeuger zum Einsatz, wobei einer konventionell mit Öl oder Gas arbeitet. Es gibt zwei Varianten des bivalenten Betriebs:
    • Bivalenter paralleler Betrieb: Hier erzeugt die Wärmepumpe die Heizwärme bei Temperaturen oberhalb des Bivalenzpunkts alleine, während bei niedrigeren Temperaturen zusätzlich andere Heizungen parallel zur Wärmepumpe betrieben werden.
    • Bivalenter alternativer Betrieb: Bei dieser Variante wird die Wärmepumpe unterhalb des Bivalenzpunkts komplett abgeschaltet und durch eine konventionelle Öl-, Gas- oder Holzheizung ersetzt.

Die bivalente Betriebsweise bietet eine Alternative zum monoenergetischen Betrieb und eignet sich insbesondere dann, wenn bereits eine konventionelle Heizung vorhanden ist. Durch die Nutzung der vorhandenen Heizung kann die Wärmepumpe kleiner dimensioniert werden und arbeitet nur in dem Temperaturbereich als alleiniges Heizsystem, wo sie effizient arbeiten kann. Unterhalb des Bivalenzpunkts wird wieder die konventionelle Heizung aktiviert.

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Bivalenzpunkt von Wärmepumpen: Berechnung & Formel

Der Bivalenzpunkt der Wärmepumpe wird berechnet, indem von der Außentemperatur die Differenz zwischen Vorlauftemperatur und Heizungsrücklauftemperatur multipliziert mit dem Wärmeübertragungsfaktor abgezogen wird.

Der Wärmeübertragungsfaktor ist eine Kennzahl, die angibt, wie effizient die Wärmepumpe Wärme aus der Umgebung aufnehmen und auf ein höheres Temperaturniveau für die Raumheizung bringen kann. Der genaue Wert des Wärmeübertragungsfaktors hängt von verschiedenen Faktoren, wie zum Beispiel der Leistung und Effizienz der Wärmepumpe sowie den Eigenschaften der Wärmequelle (Luft, Wasser, Erde) ab.

Die Formel zur Berechnung des Bivalenzpunkts lautet:

Bivalenzpunkt = Außentemperatur - (Heizungsvorlauftemperatur - Heizungsrücklauftemperatur) * (Wärmeübertragungsfaktor)

Es gibt verschiedene Methoden zur Bestimmung des Bivalenzpunkts einer Wärmepumpe. Hier sind einige gängige Ansätze:

  • Berechnungsverfahren: Eine verbreitete Methode besteht darin, den Bivalenzpunkt mithilfe von Berechnungsverfahren zu ermitteln. Hierbei werden Parameter wie die Leistung der Wärmepumpe, die Temperaturdifferenz zwischen Heizungsvorlauf und -rücklauf, die Außentemperatur und der Wärmeübertragungsfaktor berücksichtigt. Diese Parameter werden in eine geeignete mathematische Formel oder Software eingesetzt, um den Bivalenzpunkt zu berechnen.
  • Simulationen: Durch den Einsatz von Simulationen kann der Bivalenzpunkt einer Wärmepumpe ebenfalls analysiert werden. Hierbei werden verschiedene Szenarien und Parameter in einer Simulationssoftware modelliert, um den Betrieb der Wärmepumpe bei unterschiedlichen Außentemperaturen zu simulieren. Auf diese Weise kann der Bivalenzpunkt ermittelt und die Effizienz der Wärmepumpe bewertet werden.
  • Messungen: Eine weitere Methode besteht darin, den Bivalenzpunkt experimentell durch Messungen zu bestimmen. Dabei werden Daten zur Leistungsaufnahme, Temperaturdifferenz und Heizleistung der Wärmepumpe bei verschiedenen Außentemperaturen erfasst. Durch Analyse dieser Messdaten kann der Punkt ermittelt werden, an dem die Heizleistung der Wärmepumpe genau der Heizlast des Gebäudes entspricht.

Die genaue Berechnung des Bivalenzpunkts ist komplex und von spezifischen Parametern und Gegebenheiten abhängig. Eine genaue Ermittlung erfordert in der Regel detaillierte Informationen über die Wärmepumpe, das Heizungssystem und die Umgebungsbedingungen. Er sollte daher nur von einem Fachmann ermittelt werden, der im Optimalfall ebenfalls die Installation und Dimensionierung der Wärmepumpe vornimmt.

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Franziska Reiche Franziska ist Autorin dieses Artikels und unsere Expertin auf den Gebieten Heizsysteme, Heizungsförderung und Wärmewende. Wenn Sie Fragen zum Artikel oder Ihrem Heizungswechsel haben, schreiben Sie ihr: fragen@thermondo.de.