Heizstab der Wärmepumpe: Wie funktioniert die elektrische Heizungsunterstützung?

Funktionsweise von Heizstäben mit Wärmepumpen

Ein Heizstab funktioniert ähnlich wie ein Tauchsieder oder ein Wasserkocher. Es handelt sich dabei um Heizelemente aus Metall, die in einem Wasserbecken montiert werden. Mithilfe von elektrischer Energie werden diese Heizstäbe erhitzt. Sie geben die Wärme dann direkt an das Wasser ab. Bei der Kombination aus Heizstab und Wärmepumpe befindet sich das Heizelement in den meisten Fällen im Pufferspeicher, wo er das Heizwasser erhitzt.

Je nach Ausführung verfügen Heizstäbe über eine eigene Temperaturregelung oder eine Integration in die Heizungssteuerung.

Wann schaltet sich der Heizstab einer Wärmepumpe ein?

Wasser-Wasser-Wärmepumpen oder Sole-Wasser-Wärmepumpen greifen mit dem Grundwasser oder dem Erdreich auf eine ganzjährig stabile Wärmequelle zu. Auch diese beiden Wärmepumpenarten können mit einem Heizstab kombiniert werden. Dabei beläuft sich der Betrieb in der Regel auf eine Notversorgung, sollte das Heizsystem durch einen Störfall ausfallen.

Luft-Wasser-Wärmepumpen, eine Art der Luftwärmepumpen, nutzen die Außenluft als Wärmequelle. Vor allem im Winter bei besonders niedrigen Temperaturen müssen sie einen großen Unterschied zwischen Quelltemperatur und Heizwasser ausgleichen. Damit das Heizsystem auch bei Temperaturen von Minus 15 Grad und niedriger noch effizient betrieben werden kann, unterstützt der Heizstab die Wärmepumpe und bringt das Wasser im Pufferspeicher auf die gewünschte Temperatur.

Wie viel Strom verbraucht der Heizstab einer Wärmepumpe?

Der Heizstab einer Wärmepumpe kommt fast ausschließlich im Winter zum Einsatz. Eine häufige Annahme ist dabei, dass die elektrische Heizungsunterstützung sehr viel Strom verbraucht. In der Regel macht der Heizstab bei einer korrekt dimensionierten Luft-Wasser-Wärmepumpe jedoch weniger als fünf Prozent des jährlichen Heizbetriebs aus. Dieser Mehrverbrauch ist in den Kennzahlen zur Bestimmung der Effizienz wie der Jahresarbeitszahl schon mit einbezogen.

Um den Stromverbrauch der Wärmepumpe auch im Winter möglichst gering zu halten, ist es besonders wichtig, den Bivalenzpunkt der Wärmepumpe so genau wie möglich zu bestimmen. Der Bivalenzpunkt beschreibt die Außentemperatur, bei der die Heizleistung der Wärmepumpe exakt dem Wärmebedarf bzw. der Heizlast des Gebäudes entspricht. Wird dieser überschritten, springt der Heizstab an, um die Wärmepumpe zu unterstützen.

Ist die Wärmepumpenanlage nicht korrekt dimensioniert und für das Gebäude mit einer zu hohen oder zu niedrigen Leistung ausgestattet, ist der Bivalenzpunkt nicht optimal. Dadurch kann sich der Energieverbrauch der Wärmepumpe enorm erhöhen. Springt z. B. bei einer zu kleinen Wärmepumpe der Heizstab zu früh ein und muss eine große Menge der Heizlast abdecken, wird übermäßig viel Strom verbraucht. Dies lässt sich jedoch leicht verhindern, indem vor der Installation die Leistungsgröße der Wärmepumpe von einem Fachmann genau auf die Heizlast des Gebäudes abgestimmt wird.

Übrigens: Eine Studie des Fraunhofer ISE zu Wärmepumpen in Bestandsgebäuden ergab, dass bei einer korrekt dimensionierten Luft-Wasser-Wärmepumpe die Heizstabarbeit pro Jahr im Mittel lediglich 1,9 Prozent betrug. Ein signifikant erhöhter Heizstabbetrieb wurde nur in Folge einer falschen Dimensionierung der Wärmepumpe oder einem Defekt festgestellt.

Welche Ausführungen von Heizstäben gibt es?

Heizstäbe für Pufferspeicher gibt es in unterschiedlichen Varianten. Die einfachsten Modelle verfügen lediglich über eine Aus- und An-Funktion. Sie schalten sich zu, sobald die Temperatur im Pufferspeicher einen bestimmten Wert unterschreitet. Ist die Temperatur wieder erreicht, schaltet sich der Heizstab aus.

Komplexere Heizstäbe verfügen selbst über eine stufenlose Regelung und können ihre Leistung an den jeweiligen Wärmebedarf anpassen.

Vor dem Einbau eines Heizstabs wird der Wärmebedarf ermittelt. Abhängig davon wird die erforderliche Einbaulänge des Heizstabs sowie dessen Leistung bestimmt. Für einfache Heizstäbe mit 3 Kilowatt Leistung reicht in der Regel ein Hausanschluss. Leistungsstärkere Systeme mit 4,5 und mehr Kilowatt müssen üblicherweise mit einem Starkstromanschluss von 400 Volt verbunden werden. Sie sind dann bis zu 745 Millimeter lang.

Was kostet ein Heizstab für Wärmepumpen?

Wird die Wärmepumpe nicht direkt bei der Installation mit einem Heizstab eingebaut, kann er auch einfach nachgerüstet werden. Wie hoch die Kosten für den Heizstab sind, hängt von dessen Leistung und Steuerungsmöglichkeiten ab. Einfache Modelle mit maximal 3 Kilowatt Wärmeleistung kosten rund 100 Euro. Wer eine stärkere Leistung benötigt, muss mit Kosten von bis zu 250 Euro rechnen. Abhängig vom Installationsaufwand müssen Hausbesitzer noch einmal rund 100 Euro für die Montage rechnen. Damit das Gerät sicher und effizient arbeitet, sollte der Einbau nur durch einen Fachbetrieb erfolgen.

Ähnlich wie alle anderen Komponenten der Heizung kann auch der Heizstab im Rahmen der Wartung kontrolliert werden. Das Bauteil ist grundsätzlich wartungsarm. Doch bei sehr kalkhaltigem Wasser können Ablagerungen die Leistung des Heizstabs beeinträchtigen. Das gilt vor allem dann, wenn das Wasser aus hygienischen Gründen zur Vermeidung von Legionellen öfter auf über 60 °C aufgeheizt wird. Sind Heizstäbe zu stark verkalkt, ist ein Austausch notwendig.

Weitere Einsatzmöglichkeiten für Heizstäbe in der Heiztechnik

Elektroheizstäbe lassen sich im Heizungsbereich nicht nur in Kombination mit Wärmepumpen einsetzen. Sie eigenen sich zur Heizungsunterstützung für verschiedene Heizsysteme. Ein Heizstab kann dabei folgende Aufgaben erfüllen:

• Sicherstellen der hygienischen Anforderungen an die Trinkwasserspeicherung
• Frostschutz im Winter
• Aufrechterhaltung der Heizleistung in der Heizperiode
• der Heizstab kommt vor allem zur Temperaturregelung des Brauchwassers im Pufferspeicher zum Einsatz

Entsprechend dieser Aufgaben können Heizstäbe in folgenden Heizsystemen Anwendung finden:

• Holzheizungen: Ein integrierter Heizstab sorgt bei einer Holzheizung dafür, die Temperatur im Pufferspeicher zu halten, wenn nicht genügend Feuerholz nachgelegt wird. Dies kann z. B. nachts der Fall sein.
• Solarthermie: Bei einer Solarthermieanlage kann es an Tagen mit wenig Sonneneinstrahlung dazu kommen, dass zu wenig Wärme entsteht. Ein integrierter Heizstab kann die Wärmezufuhr ausgleichen und die Temperatur im Pufferspeicher halten.
• Photovoltaik: Auch eine PV-Anlage kann über einen Heizstab mit dem Pufferspeicher der Heizanlage verbunden werden. Immer wenn ein Stromüberschuss entsteht, wird das Wasser erwärmt und die Heizanlage entlastet. Das macht die Kombination aus Heizstab und Wärmepumpe mit Photovoltaik besonders effizient.

Fazit: Heizstäbe für Wärmepumpen sind eine sinnvolle Ergänzung zur Heizungsunterstützung

Ein Heizstab kann bei vielen verschiedenen Heizsystemen zur Heizungsunterstützung eingesetzt werden. Die Kombination aus Heizstab und Wärmepumpe ist vor allem bei Luft-Wasser-Wärmepumpen eine besonders sinnvolle Kombination. Durch die Heizungsunterstützung an sehr kalten Tagen kann die tatsächliche Leistung der Wärmepumpe optimal auf die Größe und Heizlast des Gebäudes ausgelegt werden. Ein Mehrbedarf wird dann einfach durch den Heizstab abgedeckt. Ansonsten müsste die Wärmepumpenanlage überdimensioniert werden, wodurch sie nicht mehr effizient betrieben werden kann.

Besonders effizient ist die Kombination aus Wärmepumpe und Photovoltaik. Wird dabei ein Heizstab mit der Wärmepumpe verwendet, kann dieser nicht nur im Winter sparsam mit dem eigenen Ökostrom betrieben werden. Auch an sonnenreichen Tagen wird überschüssiger Strom aus der PV-Anlage verwenden, um über den Heizstab das Wasser im Pufferspeicher zu erwärmen und das Heizsystem zu entlasten.

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