Heizkurven — Grundlagen und Anwendung

Was ist eine Heizkurve und wie beeinflusst sie die Auslegung von Wärmenetzen und Wärmepumpen?

Heizkurven: Grundlagen, Berechnung und Anwendung in Wärmenetzen

Das lernen Sie in diesem Artikel:

Funktionsprinzip und Definition der Heizkurve
Mathematische Beschreibung und typische Kennwerte
Heizkurven für Fußbodenheizung und Radiatorheizung im Vergleich
Einfluss auf den COP von Wärmepumpen
Bedeutung der Heizkurve für die Wärmenetzplanung

Die Heizkurve ist eines der grundlegendsten Konzepte der Heizungstechnik. Sie beschreibt den Zusammenhang zwischen der Außentemperatur und der erforderlichen Vorlauftemperatur des Heizsystems. Obwohl sie auf den ersten Blick trivial erscheint, hat die Heizkurve weitreichende Auswirkungen auf die Effizienz von Wärmepumpen, die Auslegung von Wärmenetzen und die erreichbaren Jahresarbeitszahlen. Eine korrekte Abstimmung der Heizkurve ist daher ein Schlüssel zu energieeffizienten Wärmeversorgungssystemen.

Was ist eine Heizkurve?

Eine Heizkurve (auch Vorlauftemperaturkennlinie) definiert, welche Vorlauftemperatur $T_{\text{VL}}$ das Heizsystem bei einer bestimmten Außentemperatur $T_{\text{a}}$ bereitstellen muss, damit die gewünschte Raumtemperatur $T_{\text{Raum}}$ erreicht wird. Bei sinkender Außentemperatur steigt der Wärmebedarf des Gebäudes, und die Vorlauftemperatur muss entsprechend angehoben werden.

Der einfachste Zusammenhang ist linear:

$T_{\text{VL}} = T_{\text{VL,min}} + s \cdot (T_{\text{a,Auslegung}} - T_{\text{a}})$

mit der Steilheit (auch Neigung) $s$ der Heizkurve, der minimalen Vorlauftemperatur $T_{\text{VL,min}}$ (bei der Heizgrenztemperatur) und der Auslegungsaußentemperatur $T_{\text{a,Auslegung}}$ .

Die Steilheit ergibt sich aus den Auslegungsrandbedingungen:

$s = \frac{T_{\text{VL,Auslegung}} - T_{\text{VL,min}}}{T_{\text{a,Auslegung}} - T_{\text{a,Heizgrenze}}}$

Beispielrechnung

Für eine Fußbodenheizung mit folgenden Auslegungsdaten:

Auslegungsaußentemperatur: $T_{\text{a,Auslegung}} = -12$ °C
Auslegungsvorlauftemperatur: $T_{\text{VL,Auslegung}} = 35$ °C
Heizgrenztemperatur: $T_{\text{a,Heizgrenze}} = 15$ °C
Vorlauftemperatur bei Heizgrenze: $T_{\text{VL,min}} = 22$ °C

ergibt sich die Steilheit:

$s = \frac{35 - 22}{(-12) - 15} = \frac{13}{-27} \approx -0{,}48 \; \text{K/K}$

Bei einer Außentemperatur von 0 °C beträgt die Vorlauftemperatur:

$T_{\text{VL}}(0\;°\text{C}) = 22 + 0{,}48 \cdot (15 - 0) = 22 + 7{,}2 = 29{,}2 \; °\text{C}$

In der Praxis werden Heizkurven nicht immer streng linear modelliert. Insbesondere bei Radiatoren wird häufig ein leicht exponentieller Verlauf verwendet, der dem nichtlinearen Wärmeübergangsverhalten der Heizkörper Rechnung trägt.

Typische Heizkurven im Vergleich

Die folgende Tabelle zeigt typische Auslegungsvorlauftemperaturen und daraus resultierende Heizkurvensteilheiten für verschiedene Wärmeübergabesysteme (bei einer Auslegungsaußentemperatur von -12 °C):

Wärmeübergabesystem	$T_{\text{VL,Auslegung}}$	$T_{\text{RL,Auslegung}}$	Steilheit $s$
Fußbodenheizung	30 - 35 °C	23 - 28 °C	0,3 - 0,5
Wandheizung	35 - 40 °C	28 - 33 °C	0,5 - 0,7
Niedertemperatur-Radiatoren	50 - 55 °C	40 - 45 °C	1,0 - 1,2
Konventionelle Radiatoren	70 - 75 °C	55 - 60 °C	1,8 - 2,0

Der Unterschied ist erheblich: Während eine Fußbodenheizung selbst am kältesten Tag nur 35 °C Vorlauftemperatur benötigt, erfordert ein Altbau-Radiator 75 °C. Dies hat direkte Konsequenzen für die Wahl der Wärmequelle und die Netzauslegung.

Einfluss auf den COP von Wärmepumpen

Der Coefficient of Performance (COP) einer Wärmepumpe hängt maßgeblich von der Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke ab. Der theoretische Carnot-COP ist:

$\text{COP}_{\text{Carnot}} = \frac{T_{\text{VL}}}{T_{\text{VL}} - T_{\text{Quelle}}}$

wobei die Temperaturen in Kelvin einzusetzen sind. In der Praxis erreichen Wärmepumpen etwa 40 bis 55 % des Carnot-COP (Gütegrad).

Für eine Quellentemperatur von 0 °C (273 K) und verschiedene Vorlauftemperaturen ergibt sich bei einem Gütegrad von 0,50:

$T_{\text{VL}}$	COP $_{\text{Carnot}}$	COP $_{\text{real}}$ ( $\eta = 0{,}50$ )
35 °C (308 K)	8,8	4,4
45 °C (318 K)	7,1	3,5
55 °C (328 K)	6,0	3,0
70 °C (343 K)	4,9	2,5

Jedes Kelvin niedrigere Vorlauftemperatur verbessert den COP um ca. 2 bis 3 %. Eine Fußbodenheizung mit 35 °C Vorlauftemperatur erreicht somit einen um etwa 75 % höheren COP als ein konventioneller Radiator mit 70 °C — ein gewaltiger Unterschied in der Jahresenergiebilanz.

Heizkurve und Wärmenetzplanung

Netzvorlauftemperatur

Die Heizkurve des kritischsten Abnehmers (d. h. desjenigen mit der höchsten Vorlauftemperaturanforderung) bestimmt die erforderliche Netzvorlauftemperatur. In einem Netz mit gemischten Abnehmertypen — Neubauten mit Fußbodenheizung und Bestandsgebäude mit Radiatoren — muss die Netzvorlauftemperatur die Anforderungen aller Abnehmer erfüllen, zuzüglich der Grädigkeit der Übergabestationen:

$T_{\text{VL,Netz}}(T_a) = \max_i \left[ T_{\text{VL},i}(T_a) \right] + \Delta T_{\text{grä}}$

Dies bedeutet, dass ein einzelner Abnehmer mit hoher Vorlauftemperaturanforderung das gesamte Netzniveau anheben kann. In der Praxis wird deshalb geprüft, ob für solche Abnehmer lokale Nachheizungen (z. B. durch eine dezentrale Wärmepumpe) wirtschaftlicher sind als eine generelle Anhebung der Netztemperatur.

Gleitende Netzfahrweise

In modernen Wärmenetzen wird die Netzvorlauftemperatur außentemperaturabhängig (gleitend) gefahren. Bei milden Temperaturen sinkt die Netzvorlauftemperatur, was die Netzverluste deutlich reduziert. Die Netz-Heizkurve bildet die Einhüllende aller Abnehmer-Heizkurven:

Im Winter bei -12 °C: Netzvorlauftemperatur z. B. 75 °C
In der Übergangszeit bei 5 °C: Netzvorlauftemperatur z. B. 55 °C
Im Sommer (nur TWW): Netzvorlauftemperatur z. B. 60 bis 65 °C

Die sommerliche Absenkung ist bei Netzen, die nur Trinkwarmwasser bereitstellen müssen, begrenzt, da die Vorlauftemperatur für die TWW-Bereitung mindestens 58 bis 65 °C betragen muss.

Anwendung in kalten Nahwärmenetzen

In kalten Nahwärmenetzen entfällt die Netz-Heizkurve im klassischen Sinn, da das Netz auf einem niedrigen, nahezu konstanten Temperaturniveau betrieben wird. Die Heizkurve verschiebt sich vollständig auf die gebäudeseitige Wärmepumpe, die das Temperaturniveau individuell anhebt. Dies hat den Vorteil, dass jedes Gebäude unabhängig von den anderen seine optimale Vorlauftemperatur erzeugt — ohne Kompromisse aufgrund unterschiedlicher Abnehmeranforderungen.

Optimierung der Heizkurve

Eine zu steile Heizkurve führt zu unnötig hohen Vorlauftemperaturen und damit zu:

Höheren Netzverlusten
Niedrigerem Wärmepumpen-COP
Höherem Energieverbrauch

Eine zu flache Heizkurve führt dazu, dass die Räume bei tiefen Außentemperaturen nicht ausreichend beheizt werden. Die optimale Einstellung erfordert eine sorgfältige Abstimmung auf das Gebäude, die Wärmeübergabeflächen und das Nutzerverhalten. In der Praxis erfolgt die Feineinstellung häufig im ersten Betriebsjahr durch Monitoring und Nachjustierung.

Empfohlene Vorgehensweise:

Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 durchführen
Wärmeübergabeflächen dimensionieren und daraus die Auslegungsvorlauftemperatur ableiten
Heizkurve berechnen und in der Regelung hinterlegen
Parallelverschiebung ggf. anpassen (vertikale Verschiebung der Kurve um 2 bis 3 K bei systematischer Unter- oder Überversorgung)

Fazit

Die Heizkurve ist weit mehr als eine einfache Regelkurve — sie ist ein zentraler Planungsparameter, der die Effizienz des gesamten Wärmeversorgungssystems beeinflusst. Niedrige Vorlauftemperaturen, ermöglicht durch Flächenheizungen und gut gedämmte Gebäude, sind der Schlüssel zu hohen Wärmepumpen-Arbeitszahlen und niedrigen Netzverlusten. Bei der Planung von Wärmenetzen sollte die Heizkurve jedes angeschlossenen Gebäudes bekannt sein, da sie die Netzvorlauftemperatur und damit die Netzverluste maßgeblich bestimmt. In kalten Nahwärmenetzen wird dieses Problem elegant umgangen, da die dezentralen Wärmepumpen jedes Gebäude individuell versorgen.