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Takthäufigkeit der VWS Wärmepumpe

Idealerweise soll die Wärmepumpe 24h durchlaufen. Dafür müsste sie ihre Wärmeleistung entsprechend der aktuell benötigten Heizlast verändern. Man spricht dann von einer Modulation. Es gibt zur Zeit jedoch nur wenige modulierende Luft-Wärmepumpen und soweit ich weiß keine einzige modulierende Erdwärmepumpe auf dem Markt. Das heißt, die Wärmepumpe gibt immer fast die gleiche Wärmeleistung ab. Bei uns sind das im Heizbetrieb je nach Temperaturhub (Differenz Vorlauftemperatur minus Soletemperatur) irgendwas zwischen 6500 und 7100 Watt. Abhängig von der Außentemperatur schwankt die Heizlast des Hauses aber gewaltig, daher muss die Wärmepumpe immer wieder ein- und ausgehen, um die berechnete  Vorlauftemperatur zu halten.

Es wird im Internet letzte Zeit viel gefragt, wie oft die Wärmepumpe eigentlich am Tag starten soll. Zu viele Starts gehen in erster Linie zu Lasten der Langlebigkeit des Kompressors. Denn dieser erlebt jeden Start sehr heftig. Auch wegen dem hohen Anlaufstrom. Es gibt verschiedene inoffizielle Zahlen darüber, wie viele Starts ein Kompressor im Schnitt überleben kann. Die Bandbreite schwankt von 70.000 bis 250.000 Kompressorstarts. Mit unseren 10-11 Starts pro Tag im Winter und 1-2 Starts im Sommer liegen wir also im Schnitt bei mind. 35 Jahren. 🙂

Es stimmt jedoch nicht, dass kurze Taktzeiten die Arbeitszahlen der Wärmepumpe stark schädigen. Mal abgesehen von häufigen Vorläufen der Solepumpe, die nutzlos Strom verbrauchen, läuft die Erdwärmepumpe am Anfang des Heiztaktes dank höherer Soletemperatur effizienter als zum Ende des Heiztaktes. Es spricht also vor allem der Kompressorverschleiß für längere Taktzeiten.

Sehr kurze Taktzeiten (etwa häufiger als 1 Start pro Stunde  – man spricht vom „Takten der Wärmepumpe“) sind aber ein Zeichen davon, dass im System etwas nicht stimmt. Die Wärmepumpe kann überdimensioniert sein oder man verwendet eine „zu eng“ eingestellte Einzelraumregelung oder man hat einen falsch ausgelegten Pufferspeicher oder eine hydraulische Weiche in der Hydraulik. Es können viele Gründe sein – alle sprechen für eine kleine oder große Verschwendung im Heizsystem.

Bei der Vaillant Geotherm VWS Wärmepumpe kann man die Taktzeiten mit der Einstellung des Energieintegrals für den Kompressorstart ein wenig steuern. Beim Startwert von -120°min hatten wir 12-13 Starts pro Tag. Jetzt haben wir die Einstellung -150°min und ca. 10-11 Starts pro Tag. Und dieser Wert ändert sich praktisch nicht in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Natürlich werden bei sinkenden Temperaturen die Pausen kürzer und die Laufzeiten länger. Ab ca. +10°C gibt’s auch weniger Starts.

Kompressor Start ab - Einstellung der VWS
Kompressor Start ab - Einstellung der VWS

Hydraulische Weiche ausbauen (Teil 2)

Beim Auseinanderschrauben unserer Heizungsanlage haben wir festgestellt, dass die Heizungsinstallation von der Firma Elsner nicht viel besser gemacht wurde als die Elektroinstallation. Beim Einhanfen der Schraubverbindungen wurde das Gewinde offenbar nicht aufgerauht, so dass das Hanf aus der Verbindung so richtig ausgetrieben wurde. Irgendwann tropft’s aus einer solchen Verschraubung bestimmt und ich bin gespannt, wie viele von solchen ich noch im Haus habe. Außerdem wurden rund um die hydraulische Weiche verzinkte Teile verbaut (gut zu sehen auf dem Bild im Teil 1), die heutzutage in einem Heizkreislauf nichts zu suchen haben. Abgesehen von der halvanischen Korrosion, die zwischen Kupfer und Zink entstehen kann, platzen Zinkpartikel regelmäßig ab und können Schaden anrichten. Gut, dass sie mit der Weiche nun alle wegkommen.

Außerdem wurde im Heizkreislauf an keiner Stelle eine vernünftige Entlüftung eingebaut, obwohl die Vaillant Installationsanleitung einen Luftabscheider im Rücklauf vorsieht. (Wie konnte ich das nur bei der Abnahme übersehen!) Dafür wurden im Warmwasser-Kreislauf ganze drei Schnellentlüfter eingebaut. Alle ohne Luftabscheider oder Lufttopf. Dazu gibt’s klare Worte von Bosy-online.de: Wer jetzt noch immer daran glaubt, dass man mit den automatischen Schwimmerent- und Belüftern (auch Sabberpötte genannt) die immer wieder entstehende Luft und Gase aus dem Wasser holen kann, der glaubt auch noch an den Weihnachtsmann.

Der eigentliche Ausbau der hydraulischen Weiche ging beim erfahrenen  Team sehr flott. Kreise zugedreht, Wasser aus Standrohren ablaufen lassen, das ganze unnötige Zeug abgeschraubt und durch 2 direkte isolierte Rohrverbindungen ersetzt, Heizung wieder aufgefüllt. Die Wärmepumpe pustet jetzt direkt in den Heizkreislauf. Es waren aber Optimierungen sofort fällig. Dazu bald mehr.

Verschraubungen schlecht eingehanft
Eh. Verschraubungen schlecht eingehanft
Keine hydraulische Weiche mehr
Keine hydraulische Weiche mehr

Hydraulische Weiche ausbauen (Teil 1)

Seit einiger Zeit denke ich darüber nach, wozu der Heizungsbauer in unserem Heizkreislauf eine hydraulische Weiche verbaut hat. Hydraulische Weiche ist nichts anderes als ein Behälter mit 4 Eingängen. Sie dient der hydraulischen Entkopplung von Kreisläufen und kann bei Vaillant VWS Wärmepumpen optional im Heizkreislauf eingebaut werden. Es geht natürlich auch ohne hydraulische Weiche, dann pumpt die Wärmepumpe das Heizwasser direkt in den Heizkreislauf. Die Heizungsbauer sichern sich dadurch wahrscheinlich nur ab. Denn die Wärmepumpe geht auf Störung, wenn alle Heizkreise durch die Einzelraumregelung zufällig geschlossen werden und der Durchfluss zu gering ist. Da diese Einzelraumregelung bei uns eh sinnlos ist und nur unnötig Strom verbraucht, ist es klar, dass auch die hydraulische Weiche entbehrlich ist. Übrigens auch mit aktiver Einzelraumregelung ist eine Störung vermeidbar, es genügt ein Überströmventil an der richtigen Stelle.

Ich bin zur Überzeugung gekommen, dass eine sinnlos eingebaute hydraulische Weiche nur schaden kann. Erstens bedingt die Weiche, dass eine zweite (externe) Heizungspumpe eingesetzt werden muss (50 EUR Stromkosten im Jahr). Außerdem mischen sich in der hydraulischen Weiche fast immer das warme Vorlaufwasser mit dem kälteren Rücklaufwasser. Dieser Effekt wird durch drei Faktoren verstärkt, die bei uns alle zusammengekommen sind: horizontal eingebaute Weiche – keine Schichtung möglich, keine Berechnung des Volumens der Weiche (zumindest ich habe keine gesehen), komplett unterschiedliche Volumenströme der internen und der externen Heizungspumpe. Letzteres habe ich durch das Höherschalten der externen Pumpe etwas vermindern können. (Dabei war ein Infrarotthermometer sehr hilfreich, um die Temperaturentwicklung innerhalb der Weiche zu ermitteln.) Die resultierenden zu hohen Volumenströme in den Heizkreisen (weniger Zeit für Wärmeabgabe) führen aber genauso wie das Vermischen in der Weiche dazu, dass sich der Temperaturunterschied zwischen Vor- und Rücklauf der Wärmepumpe nicht entwickeln kann und bei uns bei max. 4-5° liegt. Für die beste Effizienz empfiehlt Vaillant aber 5-7° Spreizung. Auch die Anhebung der mittleren Systemtemperatur wirkt sich negativ auf die Effizienz der Wärmepumpe.

Ein bekannter Heizungsbauer meinte auch, die hydraulische Weiche hat bei unserer kleinen Anlage überhaupt keinen Sinn. Also kommt sie jetzt raus!

Hydraulische Weiche schwarz verkleidet in der Mitte
Hydraulische Weiche schwarz verkleidet
Externe Heizungspumpe und Temperaturbegrenzer
Externe Heizungspumpe und Temperaturbegrenzer

Wärmepumpe und Pufferspeicher

In der vergangenen Woche mussten wir die Entscheidung treffen, ob unsere Heizungsanlage einen zusätzlichen Pufferspeicher bekommen soll. Ein Pufferspeicher ist ein großer Wassertank, der zwischen Wärmepumpe und den Heizkreisen eingebunden wird. Die Wärmepumpe heizt quasi den Pufferspeicher durchgängig auf und von da fließt das Wasser in die Heizkreise.

Folgende Vorteile des Heizsystems mit Pufferspeicher lassen sich im Internet rauslesen:

  • Wenn ausreichend groß dimensioniert: Guter Wärmespeicher, z.B. um die Stromsperrzeiten zu überbrücken oder um den Nachtstrompreis besser auszunutzen, wenn die Heizung per Heizkörper geschieht. Bei einer Fußbodenheizung hat dieser Vorteil so gut wie keinen Effekt. Ein paar Hundertliter im Puffer sind nicht viel im Vergleich mit dem Estrichvolumen.
  • Reduzierung der Takthäufigkeit der Wärmepumpe, da die Wärmepumpe an den Speicher kurzfristig mehr Energie abgeben kann als tatsächlich benötigt. De facto wird im Internet auch vielfach darüber berichtet, wie die falsch eingestellten Pufferspeicher die Takthäufigkeit drastisch erhöhen.
  • Hydraulische Abkopplung der Heizkreise vom Wärmekreis der Wärmepumpe. Ein Mindestdurchfluss des Heizwassers durch die Wärmepumpe soll nicht extra sichergestellt werden. Die Wärmepumpe geht nicht auf Störung, selbst wenn alle Einzelraumregler zu sind. Auf der anderer Seite ist dadurch eine mangelhafte Hydraulik oder fehlender hydraulischer Abgleich der Anlage gut kaschierbar. Einzelraumregelung ist meist eh eine unnötige Dauerbremse für ein effizientes Heizsystem.
  • Die Leistung der Wärmepumpe muss der benötigten Heizleistung nicht unbedingt genau entsprechen. Für eine effiziente Auslegung ist das jedoch ein Muss.
  • Einbindung anderer Wärmequellen (z.B. Solarthermie oder Kaminheizung) ist möglich. Wenn man andere Wärmequellen plant, ist ein Puffer oft nicht vermeidbar.
  • Ein Kombipuffer kann auch die Warmwasserzubereitung nach dem Frischwassersystem übernehmen.
  • Klare Trennung der Gewerke ist möglich: bis zum Pufferspeicher – Wärmepumpenbauer, nach dem Pufferspeicher – Heizungsinstallateur.

Entsprechend nachteilig wirken sich bei einem Pufferspeicher aus:

  • Wärmeverluste im Wärmespeicher. Der Aufstellraum (Keller) wird unnötig beheizt.
  • Zusätzliche Verluste auch dadurch, dass zeitweise mehr Wärme produziert wird als benötigt. Daher tendenziell höhere Systemtemperatur bei der Wärmepumpe und geringere Effizienz (Leistungszahl).
  • Zusätzliche Pumpe für den Heizkreislauf, die vor allem beim kleinen Pufferspeicher genau eingestellt werden muss, damit sich die Volumenströme angleichen und keine Durchmischung im Puffer stattfindet. Auch der Stromverbrauch der zweiten Pumpe.
  • Hohe Investition und Platzbedarf im Heizungsraum.
  • Komplexere und störanfällige Hydraulik, oft mit Mischer etc.

Unstrittig ist: technisch ist für einen Betrieb der Erdwärmepumpe mit der Fußbodenheizung kein Pufferspeicher erforderlich, da hier der Estrich als ein viel besserer Wärmespeicher gilt. Auch nach der Feldanalyse von Wärmepumpen-Anlagen des BFE ist die Effizienz einer energetisch abgestimmten Anlage ohne Pufferspeicher insgesamt besser. Genaue Planung und Einstellung der Heizung vorausgesetzt, haben wir uns deshalb auch gegen einen Pufferspeicher entschieden.

Eine gute Tippsammlung für den effizienten Betrieb einer Wärmepumpe findet sich bei Energiesparhaus.at.

[Update 10.01.2011] Die Pros und Kontras habe ich heute komplett überarbeitet. Die Entscheidung wird durch die Erfahrung bestätigt: ohne hydraulische Weiche (kleiner Puffer) läuft die Anlage noch besser. [/Update]