Heizkurven — Grundlagen und Anwendung

Die Heizkurve beschreibt den Zusammenhang zwischen Außentemperatur und erforderlicher Vorlauftemperatur eines Heizsystems: Bei sinkender Außentemperatur steigt die Vorlauftemperatur, um die gewünschte Raumtemperatur aufrechtzuerhalten. Typische Auslegungsvorlauftemperaturen reichen von 30—35 °C bei Fußbodenheizungen bis 70—75 °C bei konventionellen Radiatoren. Jedes Kelvin niedrigere Vorlauftemperatur verbessert den Wärmepumpen-COP um etwa 2 bis 3 %. Damit beeinflusst die Heizkurve unmittelbar die Effizienz von Wärmepumpen, die Netzvorlauftemperatur und die erreichbaren Jahresarbeitszahlen.

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):

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 Wärmeerzeugung 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:

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. Über das Jahr summiert sich diese Differenz zu einem erheblichen Unterschied in der Energiebilanz.

Heizkurve und Wärmenetzplanung

Netzvorlauftemperatur

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

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

Ein einzelner Abnehmer mit hoher Vorlauftemperaturanforderung kann also das gesamte Netzniveau anheben. 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 Wärmeverluste 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 Trinkwassererwärmung 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. So erzeugt jedes Gebäude unabhängig von den anderen seine optimale Vorlauftemperatur, ohne Kompromisse aufgrund unterschiedlicher Abnehmeranforderungen.

Optimierung der Heizkurve

Eine zu steile Heizkurve führt zu unnötig hohen Vorlauftemperaturen und damit zu höheren Netzverlusten, einem niedrigeren Wärmepumpen-COP und höherem Energieverbrauch. Ist die Heizkurve dagegen zu flach eingestellt, werden die Räume bei tiefen Außentemperaturen nicht ausreichend beheizt. 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:

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

Heizkurve als Planungsparameter

Die Heizkurve ist nicht nur eine Regelkurve, sondern ein Planungsparameter, der die Effizienz des gesamten Wärmeversorgungssystems beeinflusst. Niedrige Vorlauftemperaturen, ermöglicht durch Flächenheizungen und gut gedämmte Gebäude, führen 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. VICUS Districts berücksichtigt die Heizkurven aller Abnehmer bei der Netzauslegung, während VICUS Buildings die gebäudeseitige Heizkurve aus der dynamischen Gebäudesimulation ableiten kann. In kalten Nahwärmenetzen stellt sich diese Aufgabe nicht, da die dezentralen Wärmepumpen jedes Gebäude individuell versorgen.

Weiterführende Artikel: Netztemperaturen beschreibt, wie die Heizkurven der Abnehmer in die Bestimmung der Netzvorlauftemperatur einfließen, Netzfahrweisen erläutert die gleitende Fahrweise als netzseitige Umsetzung der Heizkurve, und Hydraulischer Abgleich zeigt, wie die korrekte Einstellung der Heizkurve mit dem hydraulischen Abgleich zusammenwirkt.

Quellen und Normen

• DIN EN 12831 — Energetische Bewertung von Gebäuden — Verfahren zur Berechnung der Norm-Heizlast
• VDI 6030 Blatt 1 — Auslegung von Raumheizkörpern — Grundlagen und Auslegung von Raumheizkörpern
• DIN EN 12828 — Heizungsanlagen in Gebäuden — Planung von Warmwasser-Heizungsanlagen