Volumenstrom Wärmepumpe: Berechnung und Dimensionierung
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Der Volumenstrom einer Wärmepumpe ist die Menge an Heizwasser die pro Zeiteinheit durch das System fließt gemessen in Liter pro Sekunde oder Kubikmeter pro Stunde. Der optimale Volumenstrom beträgt 1,5 bis 2,5 Liter pro Sekunde je Kilowatt Heizleistung bei 5 bis 7 Kelvin Spreizung. Die Berechnung erfolgt über die Formel Volumenstrom gleich Heizleistung geteilt durch spezifische Wärmekapazität mal Spreizung. Ein zu geringer Volumenstrom reduziert die Jahresarbeitszahl um 10 bis 30 Prozent messbar.
Der Volumenstrom wird primär über die Umwälzpumpe gesteuert und über Rohrdurchmesser begrenzt. Eine 8 Kilowatt Wärmepumpe benötigt minimal 12 bis 20 Liter pro Sekunde gleich 43 bis 72 Kubikmeter pro Stunde Volumenstrom. Das erfordert Rohrleitungen mit DN32 oder DN40 Durchmesser bei Strömungsgeschwindigkeit zwischen 0,5 und 1,5 Meter pro Sekunde. Zu kleine Rohre DN20 oder DN25 verursachen Druckverluste und reduzieren den Volumenstrom um 30 bis 50 Prozent.
Der hydraulische Abgleich stellt sicher dass jeder Heizkreis den erforderlichen Volumenstrom erhält. Ohne Abgleich bekommen nahe Heizkörper 60 bis 80 Prozent des Volumenstroms während entfernte nur 20 bis 40 Prozent erhalten. Der Abgleich kostet 800 bis 1.500 Euro und verbessert die Jahresarbeitszahl um 3 bis 5 Prozent messbar. Die KfW-Förderung erfordert hydraulischen Abgleich als Pflicht-Maßnahme seit 2024.
Das Wichtigste in Kürze
- Volumenstrom 1,5 bis 2,5 Liter pro Sekunde je Kilowatt Heizleistung: Wärmepumpen benötigen dreimal höheren Volumenstrom als Gas-Heizungen wegen niedriger Spreizung 5 bis 7 Kelvin statt 20 Kelvin.
- Berechnung Volumenstrom gleich Leistung geteilt durch 4,18 mal Spreizung: Eine 8 Kilowatt Wärmepumpe bei 5 Kelvin Spreizung benötigt 16 Liter pro Sekunde gleich 57,6 Kubikmeter pro Stunde Volumenstrom.
- Rohrdurchmesser DN32 erforderlich für 6 bis 10 Kilowatt Wärmepumpen: Zu kleine Rohre DN20 oder DN25 begrenzen Volumenstrom auf 20 bis 40 Prozent und verursachen Druckverluste über 50 Kilopascal.
- Hydraulischer Abgleich verteilt Volumenstrom homogen über alle Heizkreise: Ohne Abgleich entstehen Unterschiede zwischen 20 und 80 Prozent des Gesamt-Volumenstroms zwischen Heizkörpern. Abgleich verbessert JAZ um 3 bis 5 Prozent.
- Zu geringer Volumenstrom senkt JAZ um 10 bis 30 Prozent: Niedrige Rücklauftemperatur durch unzureichenden Volumenstrom verschlechtert COP-Wert um 15 bis 25 Prozent bei minus 5 Grad Außentemperatur.
Was ist der Volumenstrom bei einer Wärmepumpe?
Der Volumenstrom bei einer Wärmepumpe bezeichnet die Menge an Heizwasser die pro Zeiteinheit durch den Heizkreis fließt. Die physikalische Größe wird in Kubikmeter pro Stunde oder Liter pro Sekunde gemessen. Der Volumenstrom transportiert die Wärmeenergie von der Wärmepumpe zu den Heizkörpern oder der Fußbodenheizung. Die Formel lautet Volumenstrom Q gleich Volumen V geteilt durch Zeit t.
Die praktischen Einheiten sind Kubikmeter pro Stunde für große Anlagen und Liter pro Sekunde für Einfamilienhäuser. Ein Volumenstrom von 1 Liter pro Sekunde entspricht 3,6 Kubikmeter pro Stunde oder 60 Liter pro Minute. Die Umrechnung zwischen Einheiten ist kritisch für korrekte Dimensionierung von Pumpen und Rohrleitungen.
Der Volumenstrom ist fundamental verschieden vom Massenstrom. Der Massenstrom misst die Masse in Kilogramm pro Sekunde während der Volumenstrom das Volumen in Kubikmeter pro Sekunde misst. Die Umrechnung erfolgt über die Dichte des Mediums. Bei Wasser beträgt die Dichte 1.000 Kilogramm pro Kubikmeter. Ein Volumenstrom von 1 Liter pro Sekunde entspricht einem Massenstrom von 1 Kilogramm pro Sekunde bei Wasser.
Die physikalische Formel für Volumenstrom
Die grundlegende Formel für Volumenstrom lautet Q gleich A mal v. Dabei ist A die Querschnittsfläche der Rohrleitung in Quadratmeter und v die Strömungsgeschwindigkeit in Meter pro Sekunde. Diese Formel gilt universal für alle Fluide von Wasser über Öl bis Luft. Die Querschnittsfläche eines runden Rohrs berechnet sich als A gleich Pi mal Radius zum Quadrat.
Ein Rohr mit DN25 Durchmesser hat 25 Millimeter Innendurchmesser gleich 0,0125 Meter Radius. Die Querschnittsfläche beträgt 3,14 mal 0,0125 zum Quadrat gleich 0,000491 Quadratmeter. Bei einer Strömungsgeschwindigkeit von 1 Meter pro Sekunde ergibt sich ein Volumenstrom von 0,000491 Kubikmeter pro Sekunde gleich 1,77 Kubikmeter pro Stunde gleich 29,4 Liter pro Minute.
Die Strömungsgeschwindigkeit in Heizungsrohren liegt typisch zwischen 0,5 und 1,5 Meter pro Sekunde. Niedrigere Geschwindigkeiten unter 0,3 Meter pro Sekunde führen zu Ablagerungen und Verschlammung. Höhere Geschwindigkeiten über 2 Meter pro Sekunde verursachen Strömungsgeräusche und erhöhte Druckverluste. Der optimale Bereich zwischen 0,8 und 1,2 Meter pro Sekunde balanciert Effizienz und Geräuschentwicklung.
Wie berechnet man den Volumenstrom für Wärmepumpen?
Der Volumenstrom für Wärmepumpen wird über die Wärmeleistung und die Temperaturspreizung berechnet. Die Formel lautet Volumenstrom Q gleich Heizleistung P geteilt durch spezifische Wärmekapazität c mal Dichte rho mal Temperaturspreizung Delta T. Die spezifische Wärmekapazität von Wasser beträgt 4,18 Kilojoule pro Kilogramm Kelvin. Die Dichte von Wasser beträgt 1.000 Kilogramm pro Kubikmeter.
Die vereinfachte Formel für Wasser lautet Volumenstrom Q gleich Heizleistung P in Kilowatt geteilt durch 4,18 mal Spreizung in Kelvin. Eine 8 Kilowatt Wärmepumpe bei 5 Kelvin Spreizung benötigt einen Volumenstrom von 8 geteilt durch 4,18 mal 5 gleich 0,38 Liter pro Sekunde. Das entspricht 1,38 Kubikmeter pro Stunde oder 23 Liter pro Minute.
Die Temperaturspreizung ist die Differenz zwischen Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur. Wärmepumpen arbeiten optimal bei 5 bis 7 Kelvin Spreizung. Eine höhere Spreizung über 10 Kelvin reduziert den erforderlichen Volumenstrom aber verschlechtert die Jahresarbeitszahl. Eine niedrigere Spreizung unter 3 Kelvin erfordert sehr hohen Volumenstrom und kann zu Takten führen.
Richtwerte für Volumenstrom nach Wärmepumpen-Leistung
Die folgende Tabelle zeigt die erforderlichen Volumenströme nach Wärmepumpen-Leistung bei verschiedenen Spreizungen.
WP-Leistung | Spreizung 5K Volumenstrom | Spreizung 7K Volumenstrom | Spreizung 10K Volumenstrom | Umrechnung m³/h | Umrechnung L/min | Erforderlicher DN |
4 kW | 0,19 L/s | 0,14 L/s | 0,10 L/s | 0,7 m³/h | 11,6 L/min | DN20-DN25 |
6 kW | 0,29 L/s | 0,21 L/s | 0,14 L/s | 1,0 m³/h | 17,2 L/min | DN25 |
8 kW | 0,38 L/s | 0,27 L/s | 0,19 L/s | 1,4 m³/h | 23,0 L/min | DN25-DN32 |
10 kW | 0,48 L/s | 0,34 L/s | 0,24 L/s | 1,7 m³/h | 28,8 L/min | DN32 |
12 kW | 0,57 L/s | 0,41 L/s | 0,29 L/s | 2,1 m³/h | 34,5 L/min | DN32-DN40 |
15 kW | 0,72 L/s | 0,51 L/s | 0,36 L/s | 2,6 m³/h | 43,1 L/min | DN40 |
Die Tabelle zeigt eine Wärmepumpe mit 8 Kilowatt Leistung benötigt 0,38 Liter pro Sekunde bei 5 Kelvin Spreizung. Das ist dreimal höher als bei Gas-Heizungen mit typisch 0,12 Liter pro Sekunde je Kilowatt bei 20 Kelvin Spreizung. Der Unterschied erklärt sich durch die niedrige Spreizung die Wärmepumpen für optimale Effizienz benötigen.
Der erforderliche Rohrdurchmesser steigt mit der Leistung. Eine 4 Kilowatt Wärmepumpe kommt mit DN20 Rohren aus bei sehr niedriger Strömungsgeschwindigkeit. Eine 8 Kilowatt Anlage benötigt minimal DN25 besser DN32 Rohre. Eine 12 Kilowatt Wärmepumpe erfordert zwingend DN32 oder DN40 Rohrleitungen um Druckverluste unter 50 Kilopascal zu halten.
Die Praxis zeigt viele Installationen nutzen zu kleine Rohre DN20 oder DN25 für 8 bis 10 Kilowatt Wärmepumpen. Das begrenzt den Volumenstrom auf 40 bis 60 Prozent des erforderlichen Werts. Die Folge ist erhöhte Spreizung zwischen 10 und 15 Kelvin statt optimaler 5 bis 7 Kelvin. Die Jahresarbeitszahl sinkt um 10 bis 15 Prozent messbar dokumentiert.
Warum benötigen Wärmepumpen höheren Volumenstrom als Gas-Heizungen?
Wärmepumpen benötigen dreimal höheren Volumenstrom als Gas-Heizungen wegen der niedrigen Temperaturspreizung. Eine Gas-Heizung arbeitet typisch mit 70 Grad Vorlauf und 50 Grad Rücklauf gleich 20 Kelvin Spreizung. Eine Wärmepumpe arbeitet optimal mit 35 Grad Vorlauf und 30 Grad Rücklauf gleich 5 Kelvin Spreizung. Die vierfach niedrigere Spreizung erfordert vierfach höheren Volumenstrom bei gleicher Wärmeleistung.
Die physikalische Begründung liegt in der Energiebilanz-Gleichung. Die transportierte Wärmeleistung P ergibt sich aus Volumenstrom Q mal spezifische Wärmekapazität c mal Dichte rho mal Temperaturdifferenz Delta T. Bei konstanter Leistung P und niedriger Spreizung Delta T muss der Volumenstrom Q proportional steigen. Eine Reduktion der Spreizung von 20 auf 5 Kelvin vervierfacht den erforderlichen Volumenstrom von 0,6 auf 2,4 Liter pro Sekunde bei 10 Kilowatt Leistung.
Die niedrige Spreizung ist essentiell für hohe Effizienz der Wärmepumpe. Eine niedrige Spreizung bedeutet hohe Rücklauftemperatur bei gegebener Vorlauftemperatur. Die hohe Rücklauftemperatur reduziert die Temperaturdifferenz die der Kompressor überwinden muss. Das senkt den Stromverbrauch und erhöht den COP-Wert um 15 bis 25 Prozent gegenüber hoher Spreizung.
Vergleich Volumenstrom Gas-Heizung versus Wärmepumpe
Die folgende Tabelle vergleicht die Volumenströme systematisch zwischen Gas-Heizung und Wärmepumpe bei identischer Heizleistung.
System | Vorlauf | Rücklauf | Spreizung | Volumenstrom 10 kW | Umrechnung m³/h | Rohrgröße | JAZ/Wirkungsgrad |
Gas-Heizung alt | 70°C | 50°C | 20K | 0,12 L/s | 0,43 m³/h | DN20 | 85-90% |
Gas-Brennwert | 55°C | 35°C | 20K | 0,12 L/s | 0,43 m³/h | DN20 | 95-98% |
WP Heizkörper | 50°C | 40°C | 10K | 0,24 L/s | 0,86 m³/h | DN25 | 3,0-3,4 |
WP Niedertemp | 40°C | 33°C | 7K | 0,34 L/s | 1,23 m³/h | DN25-DN32 | 3,5-3,8 |
WP Fußbodenheizung | 35°C | 30°C | 5K | 0,48 L/s | 1,73 m³/h | DN32 | 3,8-4,2 |
Die Tabelle zeigt dramatische Unterschiede im erforderlichen Volumenstrom. Eine Gas-Heizung mit 10 Kilowatt benötigt nur 0,12 Liter pro Sekunde bei 20 Kelvin Spreizung. Eine Wärmepumpe mit Fußbodenheizung benötigt 0,48 Liter pro Sekunde bei 5 Kelvin Spreizung. Das ist ein Faktor 4 höherer Volumenstrom bei identischer Heizleistung.
Der höhere Volumenstrom erfordert größere Rohrdurchmesser und leistungsfähigere Umwälzpumpen. Eine Gas-Heizung kommt mit DN20 Rohren und einer kleinen Pumpe mit 30 Watt Leistung aus. Eine Wärmepumpe mit Fußbodenheizung benötigt DN32 Rohre und eine Hocheffizienzpumpe mit 50 bis 80 Watt Leistung. Die Mehrkosten für Rohrleitungen betragen 500 bis 1.000 Euro bei Neuinstallation.
Der Vorteil der Wärmepumpe liegt in der dreifach höheren Jahresarbeitszahl zwischen 3,8 und 4,2 gegenüber Gas-Brennwert mit 0,95 bis 0,98 Wirkungsgrad. Die niedrige Vorlauftemperatur ermöglicht diese Effizienz. Der hohe Volumenstrom ist der Preis für niedrige Vorlauftemperatur und damit hohe Jahresarbeitszahl. Die Investition in größere Rohre amortisiert sich durch niedrigere Betriebskosten in 8 bis 12 Jahren.
Welche Rohrgröße ist erforderlich für welchen Volumenstrom?
Die Rohrgröße bestimmt den maximal möglichen Volumenstrom bei akzeptabler Strömungsgeschwindigkeit. Die Standard-Rohrnennweiten DN10 bis DN50 ermöglichen unterschiedliche Volumenströme. Die optimale Strömungsgeschwindigkeit liegt zwischen 0,5 und 1,5 Meter pro Sekunde. Niedrigere Geschwindigkeiten führen zu Ablagerungen. Höhere Geschwindigkeiten verursachen Strömungsgeräusche und Druckverluste.
Die Berechnung des Volumenstrom nach Rohrquerschnitt erfolgt über Q gleich A mal v. Ein DN25 Rohr hat 25 Millimeter Innendurchmesser. Die Querschnittsfläche beträgt 0,000491 Quadratmeter. Bei 1 Meter pro Sekunde Strömungsgeschwindigkeit ergibt sich ein Volumenstrom von 0,491 Liter pro Sekunde gleich 1,77 Kubikmeter pro Stunde. Das reicht für 2 bis 3 Kilowatt Wärmepumpen-Leistung bei 5 Kelvin Spreizung.
Die Realität zeigt häufig Unterdimensionierung der Rohrleitungen. Viele Altbauten haben nur DN20 Rohre installiert. Diese sind dimensioniert für alte Gas-Heizungen mit niedrigem Volumenstrom. Bei Umrüstung auf Wärmepumpe mit dreifach höherem Volumenstrom entstehen Engpässe. Der Volumenstrom wird auf 30 bis 50 Prozent des erforderlichen Werts begrenzt. Die Spreizung steigt auf 12 bis 18 Kelvin. Die Jahresarbeitszahl sinkt um 15 bis 25 Prozent.
DN-Rohrgrössen Tabelle mit Volumenstrom-Kapazität
Die folgende Tabelle zeigt die maximalen Volumenströme nach Rohrdurchmesser bei verschiedenen Strömungsgeschwindigkeiten.
DN | Innendurchmesser | Querschnitt | Volumenstrom 0,5 m/s | Volumenstrom 1,0 m/s | Volumenstrom 1,5 m/s | WP-Leistung max | Anwendung |
DN15 | 15 mm | 177 mm² | 0,09 L/s | 0,18 L/s | 0,27 L/s | 1-2 kW | Einzelner Heizkörper |
DN20 | 20 mm | 314 mm² | 0,16 L/s | 0,31 L/s | 0,47 L/s | 2-4 kW | Kleine WP oder Strang |
DN25 | 25 mm | 491 mm² | 0,25 L/s | 0,49 L/s | 0,74 L/s | 3-6 kW | Mittlere WP Hauptleitung |
DN32 | 32 mm | 804 mm² | 0,40 L/s | 0,80 L/s | 1,21 L/s | 6-10 kW | Standard WP Einfamilienhaus |
DN40 | 40 mm | 1.257 mm² | 0,63 L/s | 1,26 L/s | 1,88 L/s | 10-16 kW | Große WP oder Mehrfamilienhaus |
DN50 | 50 mm | 1.963 mm² | 0,98 L/s | 1,96 L/s | 2,95 L/s | 16-25 kW | Gewerbliche Anlagen |
Die Tabelle zeigt ein DN25 Rohr ermöglicht maximal 0,74 Liter pro Sekunde bei 1,5 Meter pro Sekunde Strömungsgeschwindigkeit. Das reicht für 3 bis 6 Kilowatt Wärmepumpen bei 5 Kelvin Spreizung. Eine 8 Kilowatt Wärmepumpe benötigt 0,38 Liter pro Sekunde theoretisch möglich mit DN25. Praktisch wird DN32 empfohlen für Reserven und niedrigere Strömungsgeschwindigkeit unter 1 Meter pro Sekunde.
Die Druckverluste steigen quadratisch mit der Strömungsgeschwindigkeit. Eine Verdopplung der Geschwindigkeit von 1 auf 2 Meter pro Sekunde vervierfacht den Druckverlust. Eine 10 Meter DN25 Rohrleitung bei 1 Meter pro Sekunde verursacht etwa 10 Kilopascal Druckverlust. Bei 2 Meter pro Sekunde steigt der Verlust auf 40 Kilopascal. Das erfordert leistungsfähigere und energiehungrigere Umwälzpumpen.
Die Dimensionierungsregel für Neuinstallationen lautet eine Stufe größer als minimal erforderlich. Eine 8 Kilowatt Wärmepumpe kommt theoretisch mit DN25 aus benötigt aber praktisch DN32 für optimale Effizienz. Die Mehrkosten von 200 bis 400 Euro für größere Rohre amortisieren sich durch niedrigeren Pumpen-Stromverbrauch von 10 bis 20 Watt weniger in 5 bis 8 Jahren.
Wie stellt man den Volumenstrom richtig ein und misst ihn?
Der Volumenstrom wird primär über die Drehzahl der Umwälzpumpe eingestellt. Moderne Hocheffizienzpumpen haben drei bis fünf Drehzahlstufen oder stufenlose Regelung. Die Zielvorgabe ist 1,5 bis 2,5 Liter pro Sekunde je Kilowatt Heizleistung bei 5 bis 7 Kelvin Spreizung. Die Pumpe wird so eingestellt dass die gemessene Spreizung im Zielbereich liegt. Eine zu hohe Spreizung über 8 Kelvin signalisiert zu niedrigen Volumenstrom. Eine zu niedrige Spreizung unter 3 Kelvin signalisiert zu hohen Volumenstrom.
Die Messung des Volumenstroms erfolgt mit Ultraschall-Durchflussmessgeräten. Diese werden außen an die Rohrleitung geklemmt ohne Eingriff in das System. Die Messgeräte kosten 300 bis 800 Euro für portable Versionen. Fest installierte Durchflusssensoren kosten 150 bis 300 Euro je Messort. Die Messung erfolgt im Vorlauf nach der Wärmepumpe oder im Rücklauf vor der Wärmepumpe. Der Volumenstrom ist an beiden Punkten identisch bei geschlossenen Systemen.
Die indirekte Methode nutzt die Temperaturspreizung zur Bewertung. Die Vorlauf- und Rücklauftemperatur werden mit Thermometern gemessen. Die Spreizung ergibt sich aus der Differenz. Bei bekannter Heizleistung und gemessener Spreizung wird der Volumenstrom rückgerechnet über Q gleich P geteilt durch 4,18 mal Delta T. Eine 8 Kilowatt Wärmepumpe mit 8 Kelvin Spreizung hat einen Volumenstrom von 0,24 Liter pro Sekunde. Das ist 37 Prozent unter dem Optimum von 0,38 Liter pro Sekunde bei 5 Kelvin.
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Schritt-für-Schritt Anleitung zur Volumenstrom-Einstellung
Die systematische Einstellung des optimalen Volumenstroms erfolgt in fünf Schritten über einen Zeitraum von 2 bis 3 Stunden.
Schritt 1 - Ist-Zustand messen: Die Wärmepumpe läuft 30 Minuten im normalen Heizbetrieb. Die Vorlauftemperatur und Rücklauftemperatur werden an der Wärmepumpe gemessen mit Anlegethermometern oder am Display. Die Spreizung ergibt sich aus der Differenz. Typische Werte sind 8 bis 12 Kelvin bei nicht optimierten Anlagen. Die aktuelle Pumpen-Drehzahl wird am Display abgelesen und notiert.
Schritt 2 - Soll-Volumenstrom berechnen: Die erforderliche Heizleistung wird aus der Wärmepumpen-Spezifikation entnommen. Eine 8 Kilowatt Anlage benötigt 0,38 Liter pro Sekunde bei 5 Kelvin Ziel-Spreizung. Der Soll-Volumenstrom in Kubikmeter pro Stunde beträgt 0,38 mal 3,6 gleich 1,37 Kubikmeter pro Stunde. Das ist der Zielwert für die Pumpen-Einstellung.
Schritt 3 - Pumpen-Drehzahl erhöhen: Die Umwälzpumpe wird um eine Stufe höher eingestellt von Stufe 2 auf Stufe 3 bei fünfstufigen Pumpen. Nach 15 Minuten Wartezeit stabilisiert sich die neue Spreizung. Die Spreizung wird erneut gemessen. Eine Erhöhung der Drehzahl um eine Stufe senkt die Spreizung typisch um 1 bis 2 Kelvin. Der Vorgang wird wiederholt bis die Ziel-Spreizung von 5 bis 7 Kelvin erreicht ist.
Schritt 4 - Grenzwerte prüfen: Die minimale Spreizung darf 3 Kelvin nicht unterschreiten wegen Takten-Gefahr. Die maximale Pumpen-Drehzahl darf die Förderhöhe von 60 bis 80 Kilopascal nicht überschreiten wegen Energieverschwendung und Geräuschentwicklung. Die Strömungsgeschwindigkeit in den Rohren darf 1,5 Meter pro Sekunde nicht überschreiten. Bei Erreichen dieser Grenzwerte ist die Dimensionierung der Rohrleitungen unzureichend.
Schritt 5 - Langzeit-Monitoring: Die Spreizung wird täglich über eine Woche beobachtet bei verschiedenen Außentemperaturen. Schwankungen über 2 Kelvin zeigen hydraulische Probleme oder fehlerhafte Thermostatventile. Die Spreizung sollte zwischen 5 und 7 Kelvin stabil bleiben unabhängig von der Außentemperatur. Abweichungen erfordern Nachbesserung am hydraulischen Abgleich oder der Rohrdimensionierung.
Welche Rolle spielt der hydraulische Abgleich für den Volumenstrom?
Der hydraulische Abgleich stellt sicher dass jeder Heizkreis und jeder Heizkörper den exakt erforderlichen Volumenstrom erhält. Ohne Abgleich nimmt der hydraulisch günstigste Pfad den höchsten Volumenstrom. Nahe Heizkörper bekommen 60 bis 80 Prozent des Gesamt-Volumenstroms. Entfernte Heizkörper erhalten nur 20 bis 40 Prozent. Das führt zu unterschiedlicher Raumtemperatur und verschlechtert die Gesamt-Effizienz.
Der Abgleich erfolgt durch Einstellung von Thermostatventilen mit Voreinstellung oder Installation von Strangregulierventilen. Jeder Heizkreis bekommt ein Drosselventil das den Durchfluss begrenzt. Die Berechnung erfolgt nach DIN EN 12831 Norm mit Heizlast je Raum und erforderlicher Vorlauftemperatur. Der Installateur berechnet den Volumenstrom je Heizkörper und stellt die Ventile entsprechend ein. Der Abgleich kostet 800 bis 1.500 Euro durch Fachbetrieb inklusive Berechnung und Einstellung.
Die Wirkung des hydraulischen Abgleichs ist messbar. Die Spreizung über alle Heizkreise homogenisiert sich von unterschiedlich 5 bis 15 Kelvin auf einheitlich 9 bis 11 Kelvin. Die Raumtemperaturen erreichen gleichmäßig den Sollwert. Die Jahresarbeitszahl verbessert sich um 3 bis 5 Prozent durch höhere durchschnittliche Rücklauftemperatur. Die KfW-Förderung erfordert hydraulischen Abgleich als Pflicht-Maßnahme für Wärmepumpen-Installation seit 2024.
Volumenstrom-Verteilung vor und nach hydraulischem Abgleich
Die folgende Tabelle zeigt die Verteilung des Volumenstroms über fünf Heizkörper vor und nach hydraulischem Abgleich bei 8 Kilowatt Wärmepumpe mit Gesamt-Volumenstrom 0,38 Liter pro Sekunde.
Heizkörper | Entfernung WP | Vor Abgleich Volumenstrom | Vor Abgleich Anteil | Nach Abgleich Volumenstrom | Nach Abgleich Anteil | Vor Abgleich Spreizung | Nach Abgleich Spreizung |
HK1 nah | 5 m | 0,15 L/s | 39% | 0,08 L/s | 21% | 3-4K | 9-11K |
HK2 | 8 m | 0,10 L/s | 26% | 0,08 L/s | 21% | 5-6K | 9-11K |
HK3 | 12 m | 0,07 L/s | 18% | 0,08 L/s | 21% | 8-10K | 9-11K |
HK4 | 15 m | 0,04 L/s | 11% | 0,07 L/s | 18% | 12-15K | 10-12K |
HK5 fern | 20 m | 0,02 L/s | 5% | 0,07 L/s | 18% | 18-22K | 10-12K |
Gesamt | — | 0,38 L/s | 100% | 0,38 L/s | 100% | Variable | Homogen |
Die Tabelle zeigt ohne Abgleich erhält der nahe Heizkörper HK1 39 Prozent des Gesamt-Volumenstroms gleich 0,15 Liter pro Sekunde. Der entfernte Heizkörper HK5 erhält nur 5 Prozent gleich 0,02 Liter pro Sekunde. Das ist eine Differenz von Faktor 7,5 zwischen nah und fern. Die Spreizung variiert extrem von 3 Kelvin bei HK1 bis 22 Kelvin bei HK5.
Nach hydraulischem Abgleich erhalten alle Heizkörper zwischen 18 und 21 Prozent des Volumenstroms entsprechend ihrer Heizlast. Die Spreizung homogenisiert sich auf 9 bis 12 Kelvin über alle Kreise. Der entfernte Heizkörper HK5 erhält 3,5-mal mehr Volumenstrom als vorher von 0,02 auf 0,07 Liter pro Sekunde. Der nahe Heizkörper HK1 wird gedrosselt von 0,15 auf 0,08 Liter pro Sekunde.
Die Kosten-Nutzen-Analyse zeigt der Abgleich amortisiert sich über Energieeinsparung. Die verbesserte Jahresarbeitszahl von 3,2 auf 3,36 spart 4 Prozent Strom bei 12.000 Kilowattstunden Heizwärme. Das sind 150 Kilowattstunden jährlich bei JAZ 3,2 gleich 3.750 Kilowattstunden Strom. Die Einsparung beträgt 150 mal 0,35 Euro gleich 53 Euro pro Jahr. Die Amortisation der 1.200 Euro Abgleich-Kosten dauert 23 Jahre. Der Hauptnutzen ist verbesserter Komfort durch gleichmäßige Raumtemperaturen.
Welche Pumpe ist erforderlich für welchen Volumenstrom?
Die Auswahl der Umwälzpumpe erfolgt nach Volumenstrom und Förderhöhe. Der Volumenstrom wurde bereits berechnet als 1,5 bis 2,5 Liter pro Sekunde je Kilowatt Heizleistung. Die Förderhöhe ist der Druckverlust den die Pumpe überwinden muss durch Rohrleitungen, Ventile, Wärmeübertrager und Fittings. Die Förderhöhe liegt typisch zwischen 30 und 80 Kilopascal je nach Anlagen-Komplexität.
Moderne Hocheffizienzpumpen der Klasse A haben elektronisch geregelte Drehzahl. Die Pumpe passt ihre Leistung automatisch an den Bedarf an. Die Regelung erfolgt nach konstantem Differenzdruck oder proportionalem Druck. Die konstantem Differenzdruck-Regelung hält den Druck über die Pumpe konstant unabhängig vom Volumenstrom. Die proportionale Druck-Regelung senkt den Druck bei niedrigem Volumenstrom. Das spart Energie bei Teillast.
Die Pumpen-Leistungsaufnahme liegt zwischen 30 und 80 Watt bei Einfamilienhäusern. Eine 8 Kilowatt Wärmepumpe mit 1,4 Kubikmeter pro Stunde Volumenstrom und 60 Kilopascal Förderhöhe benötigt eine Pumpe mit 50 bis 60 Watt Leistung. Die jährlichen Stromkosten betragen 50 Watt mal 2.000 Betriebsstunden gleich 100 Kilowattstunden mal 0,35 Euro gleich 35 Euro. Eine überdimensionierte Pumpe mit 80 Watt verursacht 56 Euro Mehrkosten jährlich.
Pumpen-Auswahl Tabelle nach Volumenstrom und Förderhöhe
Die folgende Tabelle zeigt empfohlene Pumpen nach Wärmepumpen-Leistung mit typischen Kenndaten.
WP-Leistung | Volumenstrom | Förderhöhe | Pumpen-Leistung | Effizienzklasse | Regelung | Kosten Pumpe | Betriebskosten/Jahr |
4 kW | 0,7 m³/h | 40 kPa | 30-40 W | A | Δp-c | 150-250 € | 21-28 € |
6 kW | 1,0 m³/h | 50 kPa | 40-50 W | A | Δp-c | 180-280 € | 28-35 € |
8 kW | 1,4 m³/h | 60 kPa | 50-60 W | A | Δp-v | 200-300 € | 35-42 € |
10 kW | 1,7 m³/h | 70 kPa | 60-70 W | A | Δp-v | 220-320 € | 42-49 € |
12 kW | 2,1 m³/h | 80 kPa | 70-80 W | A | Δp-v | 250-350 € | 49-56 € |
Die Tabelle zeigt eine 8 Kilowatt Wärmepumpe benötigt eine Pumpe mit 1,4 Kubikmeter pro Stunde Volumenstrom und 60 Kilopascal Förderhöhe. Die Pumpen-Leistung beträgt 50 bis 60 Watt. Die Effizienzklasse A ist Pflicht seit 2020 nach EU-Ökodesign-Richtlinie. Die Regelung Δp-v bedeutet proportionaler Druck der sich mit Volumenstrom anpasst. Das spart 20 bis 30 Prozent Energie gegenüber konstantem Differenzdruck bei Teillast.
Die Kosten für Hocheffizienzpumpen liegen zwischen 150 und 350 Euro je nach Leistung. Die höheren Anschaffungskosten gegenüber alten Pumpen von 80 bis 120 Euro amortisieren sich durch niedrigeren Stromverbrauch. Eine alte Pumpe Klasse C verbraucht 80 bis 120 Watt für gleiche Leistung. Die Mehrkosten von 40 Watt bei 2.000 Stunden Betrieb sind 80 Kilowattstunden mal 0,35 Euro gleich 28 Euro jährlich. Die Mehrkosten von 100 Euro für Klasse A Pumpe amortisieren sich in 3,5 Jahren.
Die Einstellung der Pumpe erfolgt nach hydraulischem Abgleich. Die Pumpe wird auf zwei Drittel der maximalen Drehzahl eingestellt als Ausgangspunkt. Die Spreizung wird gemessen und die Drehzahl angepasst bis die Ziel-Spreizung von 5 bis 7 Kelvin erreicht ist. Eine zu niedrige Drehzahl zeigt sich durch Spreizung über 8 Kelvin. Eine zu hohe Drehzahl zeigt sich durch Spreizung unter 4 Kelvin und mögliche Strömungsgeräusche.
Was sind häufige Fehler beim Volumenstrom und wie vermeidet man sie?
Der häufigste Fehler ist Unterdimensionierung der Rohrleitungen bei Umrüstung von Gas auf Wärmepumpe. Bestehende DN20 Rohre sind ausgelegt für Gas-Heizungen mit 0,12 Liter pro Sekunde je Kilowatt. Eine Wärmepumpe benötigt 0,38 Liter pro Sekunde je Kilowatt gleich dreimal höheren Volumenstrom. Die alten Rohre begrenzen den Volumenstrom auf 30 bis 50 Prozent des erforderlichen Werts. Die Spreizung steigt auf 12 bis 18 Kelvin. Die Jahresarbeitszahl sinkt um 15 bis 25 Prozent.
Der zweite häufige Fehler ist fehlender hydraulischer Abgleich. Die Installateure überspringen den Abgleich wegen Zeitdruck oder fehlendem Wissen. Die Folge ist ungleiche Volumenstrom-Verteilung mit Unterschieden von Faktor 5 bis 10 zwischen nahen und entfernten Heizkörpern. Einzelne Räume erreichen die Solltemperatur nicht während andere überheizen. Die Gesamt-Effizienz sinkt um 5 bis 10 Prozent.
Der dritte Fehler ist falsche Pumpen-Einstellung. Die Pumpe läuft auf maximaler Drehzahl Stufe 5 von 5 dauerhaft. Das verursacht zu hohen Volumenstrom und zu niedrige Spreizung unter 3 Kelvin. Die Wärmepumpe taktet häufig 15 bis 25 Mal täglich. Die Pumpe verbraucht 30 bis 50 Prozent mehr Strom als notwendig. Die Strömungsgeschwindigkeit über 2 Meter pro Sekunde verursacht Geräusche.
Fehlerhafte Volumenstrom-Szenarien Diagnose und Lösungs-Matrix
Die folgende Tabelle zeigt die häufigsten Volumenstrom-Probleme mit konkreten Symptomen, Ursachen und Lösungen.
Symptom | Gemessene Spreizung | Primäre Ursache | Sekundäre Ursache | Lösung | Kosten Lösung | Effekt Lösung |
Takten 15-25× täglich | <3K zu niedrig | Volumenstrom zu hoch | Pumpe Stufe 5 von 5 | Pumpe auf Stufe 3 senken | 0 € | Takten auf 6-10× |
JAZ unter 3,0 | >12K zu hoch | Volumenstrom zu niedrig | Rohre DN20 zu klein | Rohre auf DN32 erneuern | 2.000-4.000 € | JAZ auf 3,4-3,8 |
Ungleiche Raumtemperatur | 5K nah, 15K fern | Kein hydraulischer Abgleich | Thermostatventile ohne Voreinstellung | Abgleich durchführen | 800-1.500 € | Homogen 9-11K |
Hohe Pumpen-Stromkosten | 4-6K normal | Pumpe überdimensioniert | Alte Pumpe Klasse C | Pumpe Klasse A ersetzen | 200-300 € | -40% Pumpen-Strom |
Strömungsgeräusche | <4K zu niedrig | Volumenstrom zu hoch | Rohre DN20 zu eng | Pumpe drosseln oder DN erhöhen | 0-3.000 € | Geräusche eliminiert |
WP schaltet auf Fehler | >15K kritisch | Volumenstrom minimal | Filter verstopft | Filter reinigen oder tauschen | 50-200 € | Spreizung auf 6-8K |
Die Tabelle zeigt 80 Prozent der Volumenstrom-Probleme sind durch Pumpen-Einstellung, hydraulischen Abgleich oder Filter-Reinigung lösbar. Die Kosten liegen zwischen 0 Euro für Einstellung und 1.500 Euro für Abgleich. Nur 20 Prozent erfordern Rohrleitungs-Sanierung mit Kosten 2.000 bis 4.000 Euro.
Das häufigste Problem ist zu hohe Spreizung über 12 Kelvin durch zu geringen Volumenstrom. Die Ursache ist meist Unterdimensionierung der Rohre DN20 statt DN32 erforderlich. Die Lösung ist Rohrleitungs-Erneuerung auf größeren Durchmesser. Das kostet 2.000 bis 4.000 Euro bei Nachrüstung inklusive Arbeit. Die Amortisation erfolgt über verbesserte JAZ von 3,0 auf 3,6 gleich 145 Euro jährlich Ersparnis in 14 bis 28 Jahren.
Die Vermeidungsstrategie ist korrekte Dimensionierung bei Neuinstallation. Die Rohrleitungen werden eine Stufe größer ausgelegt als minimal erforderlich. Eine 8 Kilowatt Wärmepumpe bekommt DN32 statt DN25 Rohre. Die Mehrkosten von 300 bis 500 Euro bei Neuinstallation sind gering gegenüber Nachrüstung. Die Reserve ermöglicht zukünftige Leistungserhöhung oder sinkende Spreizung durch bessere Dämmung ohne Rohrleitungs-Anpassung.
Für wen ist Volumenstrom-Optimierung wichtig 2026?
Die Volumenstrom-Optimierung ist kritisch für alle Wärmepumpen-Installationen unabhängig von Größe und Typ. Neuinstallationen seit 2024 haben meist korrekte Dimensionierung durch verschärfte KfW-Anforderungen. Bestandsanlagen vor 2020 zeigen häufig Probleme durch fehlenden hydraulischen Abgleich oder Unterdimensionierung. Die Nachrüstung lohnt sich bei Jahresarbeitszahl unter 3,0 dokumentiert über ein Jahr Betrieb.
Hausbesitzer mit Altbau-Umrüstung von Gas auf Wärmepumpe profitieren am meisten von Volumenstrom-Optimierung. Die bestehenden Rohrleitungen DN20 oder DN25 sind zu klein für Wärmepumpen-Volumenstrom. Die Spreizung liegt bei 12 bis 18 Kelvin statt optimal 5 bis 7 Kelvin. Die Investition in größere Rohre DN32 kostet 2.500 bis 4.000 Euro. Die Jahresarbeitszahl verbessert sich von 2,8 bis 3,2 auf 3,5 bis 3,8. Die Ersparnis beträgt 150 bis 250 Euro jährlich bei 12.000 Kilowattstunden Heizwärme.
Hausbesitzer mit ungleicher Raumtemperatur benötigen hydraulischen Abgleich. Die Symptome sind einzelne Räume bleiben kalt während andere überheizen trotz identischer Thermostat-Einstellung. Die Ursache ist ungleiche Volumenstrom-Verteilung mit Faktor 3 bis 8 Unterschied zwischen Heizkörpern. Der Abgleich kostet 800 bis 1.500 Euro und homogenisiert die Verteilung. Der Komfort verbessert sich deutlich und die Jahresarbeitszahl steigt um 3 bis 5 Prozent.
Konkrete Empfehlungen nach Situation
Neuinstallation 2026: Die Wärmepumpe wird mit korrekter Rohrdimensionierung DN32 oder DN40 installiert. Der hydraulische Abgleich ist Pflicht-Maßnahme für KfW-Förderung. Die Umwälzpumpe ist Hocheffizienzklasse A mit Drehzahlregelung. Die Spreizung wird auf 5 bis 7 Kelvin eingestellt durch Pumpen-Justierung. Die Mehrkosten gegenüber Minimal-Ausführung betragen 1.000 bis 1.500 Euro. Die Jahresarbeitszahl erreicht 3,6 bis 4,2 je nach Vorlauftemperatur.
Bestandsanlage mit niedriger JAZ unter 3,0: Die Anlage zeigt Spreizung über 10 Kelvin gemessen über mehrere Tage. Die Rohrleitungen werden geprüft auf Durchmesser. Bei DN20 oder DN25 Hauptleitungen ist Sanierung auf DN32 erforderlich für 2.500 bis 4.000 Euro. Zusätzlich wird hydraulischer Abgleich durchgeführt für 1.200 Euro. Die Jahresarbeitszahl verbessert sich von 2,8 auf 3,6 gleich 29 Prozent. Die Einsparung beträgt 250 Euro jährlich bei 12.000 Kilowattstunden. Die Amortisation dauert 15 bis 18 Jahre.
Bestandsanlage mit ungleicher Raumtemperatur: Einzelne Räume erreichen nur 18 bis 19 Grad während andere 23 Grad haben. Die Ursache ist fehlender hydraulischer Abgleich. Die Maßnahme ist Abgleich durch Fachbetrieb für 800 bis 1.200 Euro. Die Volumenstrom-Verteilung homogenisiert sich. Alle Räume erreichen 21 Grad Solltemperatur. Die Jahresarbeitszahl verbessert sich um 3 bis 5 Prozent von 3,2 auf 3,36. Die Amortisation über Energieeinsparung dauert 18 bis 25 Jahre. Der Hauptnutzen ist Komfort-Gewinn.
Bestandsanlage mit häufigem Takten: Die Wärmepumpe startet 15 bis 25 Mal täglich gemessen über eine Woche. Die Spreizung liegt unter 3 Kelvin. Die Ursache ist zu hoher Volumenstrom durch maximale Pumpen-Drehzahl. Die Lösung ist Pumpen-Drosselung auf Stufe 2 bis 3 von 5. Die Spreizung steigt auf 5 bis 7 Kelvin optimal. Das Takten reduziert sich auf 6 bis 10 Starts täglich. Die Lebensdauer des Kompressors verlängert sich von 10 bis 12 Jahren auf 15 bis 18 Jahre. Die Maßnahme kostet 0 Euro nur Einstellung.
Die Volumenstrom-Optimierung ist kein Selbstzweck sondern dient der Maximierung von Effizienz und Komfort bei gleichzeitiger Verlängerung der Anlagen-Lebensdauer. Die Investition zwischen 0 Euro für reine Einstellung und 4.000 Euro für umfassende Sanierung ist wirtschaftlich bei Einsparung von 50 bis 250 Euro jährlich und vermiedenen Reparatur-Kosten von 3.000 bis 5.000 Euro für vorzeitigen Kompressor-Tausch.
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