Schlagwort-Archive: wärmepumpe

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]

Heizlast und die Berechnung der Fußbodenheizung

Die Heizlastberechnung ist auch wichtig, damit man die Fußbodenheizung (FBH) richtig auslegen kann. Denn die Heizlast für jeden Raum muss durch die FBH abgedeckt werden. Und die Wärmeabgabe einer FBH wird im Wesentlichen davon bestimmt, welche Vor- und Rücklauftemperatur eingestellt ist, mit welchem Verlegeabstand die Rohre verlegt wurden und welcher Fußbodenbelag oben drauf kommt. Bei Fliesen ist die Wärmeabgabe am besten, beim dicken Parkett oder dicken Teppichboden verständlicherweise am schlechtesten. All das soll bei der korrekten Berechnung der FBH berücksichtigt werden.

Ganz wichtig für den effizienten Betrieb der Wärmepumpe ist, die Vorlauftemperatur möglichst gering zu halten. Das heißt: den Verlegeabstand möglichst klein machen. Bei vielen FBH-Systemen (wie auch bei unserem Cosmoroll) kann der Verlegeabstand nicht unter 10 cm gehen, so eng kann man die Rohre nicht biegen bzw. das hält der Estrich nicht aus. Es gibt aber auch FBH-Systeme, die man auf 5 cm Verlegeabstand hinbekommen kann.

Mit der OVplan Software kann man die FBH gut überschlagen. Die genaue Berechnung muss natürlich auf das jeweilige FBH-System angepasst werden. Nach der Faustformel vieler Planer soll einfach so viel wie möglich FBH-Rohr verlegt werden. Dann schaut man, bei welcher Vorlauftemperatur die meisten Räume genug Wärme bekommen und wo ggf. noch Defizite in der Wärmeabgabe gibt. Und diese gab’s bei uns auch. Denn die Wärmeverluste im Bad und WC sind wegen obligatorischer Lüftung groß, die Verlegeflächen dagegen relativ klein. Dort muss man schauen, wie man die überstehende Heizlast abdeckt.

Möglich sind zusätzliche Handtuchtrockner oder Heizkörper, die mit dem selben Niedertemperatur-Heizungssystem gespeist werden. Auch ihre Dimensionierung soll berechnet werden. Dummerweise müsste ein Handtuchtrockner im Bad bei unserer 33° Vorlauftemperatur riesengroß werden. Um das sowieso sehr kleine Bad nicht zu verbauen, haben wir uns für einen kleineren Handtuchtrockner und ein elektrisches Zuheizgerät – etwa Schnellheizer oder Heizstab – entschieden. Dieses kaufen und installieren wir erst, wenn wir merken, dass es morgens im Bad zu frisch ist. Eine Steckdose habe ich aber schon mal legen lassen. Auch im WC kommt ein Handtuchtrockner rein, auch wenn es da nicht so gravierend ist, wenn es bei Kälteeinbruch nach dem Lüften etwas frischer ist. Im Kellerflur kommt  ein großer Heizkörper (120x60x22 cm), um auf die berechnete Heizlast von 400 Watt zu kommen.

Kleine und ergiebige Niedertemperaturheizkörper sind anscheinend noch nicht erfunden. Manche Verkäufer werben mit besonders kompakten Alu-Heizkörpern. Ihre Aussagen über die Wärmeerträge sind jedoch genau zu prüfen. Einige verwechseln bei der Berechnung nämlich die Vorlauftemperatur mit der Übertemperatur. Sie  verkaufen für 30° Vorlauftemperatur schon mal die Wärmeleistung, die eigentlich vom Hersteller für 50° Vorlauftemperatur (+20° Raum) gerechnet war. Korrekt gerechnet bringen die Alu-Heizkörper bei dem relativ hohen Preis keine gravierende Verbesserung der Wärmeabgabe.

Fubodenheizung selbst nachgerechnet
Fubodenheizung selbst nachgerechnet

Heizlastberechnung und Dimensionierung der Wärmepumpe

Endlich ist auch die Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 fertig. Dort wird genau berechnet, wie viel Wärme jeder Raum für die Verluste durch die Wände und Fenster sowie für die Lüftung genau verbraucht. Der Ausgangspunkt ist dabei die angenommene Außen-Mindesttemperatur der Region: für Köln -10°. Und jeder Raum hat eine Zieltemperatur: Wohnraum 20°, Bad 24°, man kann sich auch individuell festlegen.

Jetzt wissen wir, dass unser Haus bei diesen Normbedingungen ca. 5600 Watt braucht, um warm zu bleiben. Mit dieser Info konnten wir jetzt die passende Wärmepumpe auswählen. Zur Normheizlast kommen Pi mal Daumen 250 Watt pro Bewohner, um das Warmwasser zu machen. Wir kommen also insg. auf ca. 6100 Watt, die bei Kälteeinbruch mit der Wärmepumpe produziert werden sollen.

Zur Auswahl standen Vaillant Geotherm mit 5,9 und mit 8,0 kW und die Entscheidung ist auf 5,9 kW gefallen. Bei den Wärmepumpen gilt: Besser etwas unterdimensionieren, als überdimensionieren, denn eine überdimensionierte Wärmepumpe produziert konstant zu viel Wärme und muss oft ein- und ausschalten (takten), was extrem ineffizient ist. Zur Not haben die Vaillant-Wärmepumpen auch einen zusätzlichen elektrischen Heizstab. Außerdem berücksichtigt die Heizlastberechnung nicht die Wärmegewinne durch Sonneneinstrahlung und Haushaltsgeräte. Außerdem wie oft wird es schon so kalt im Rheinland? Da kann man zur Not auch etwas mit dem geplanten Kaminofen zuheizen.

Auf jeden Fall soll die Entscheidung über die Heizleistung der Wärmepumpe sehr gut überlegt sein. Ohne eine Heizlastberechnung ist diese nicht möglich. Ggf. sind die Schaltzeiten (Sperrzeiten) des örtlichen Energieversorgers zu berücksichtigen, denn Wärmepumpenstrom fließt in der Regel nicht 24h. Aber darüber scheiden sich noch die Geister. Gute Infoquellen sind dieses Merkblatt und das WP-Buch von BFE Schweiz.

Zirkulationspumpe: Ja oder Nein

Für die Planung der Rohrleitungen sind wir gefragt worden, ob wir eine Warmwasser-Zirkulationsleitung bräuchten. Natürlich bringt eine Zirkulationsleitung einen nicht unwesentlichen Komfortgewinn: das warme Wasser fließt sofort, nicht abhängig von der Rohrlänge bis zum Warmwasserspeicher erst nach mehreren Sekunden. Es ist jedoch nicht zu unterschätzen, dass die Warmwasserzirkulation eine Energieschleuder darstellt. Daher ist der Betrieb der Zirkulationspumpe nach § 14 EnEV nur mit „selbsttätig wirkenden Einrichtungen zur Ein- und Ausschaltung“ erlaubt. Als eine solche wird meist eine Schaltuhr eingesetzt.Natürlich verbraucht die Pumpe an sich auch Strom.

Was für den Betrieb mit einer Wärmepumpe noch stärker gegen eine Zirkulationsleitung spricht, ist die Anforderung im DVGW-Arbeitsblatt W 551, dass das Wasser darin eine Vorlauftemperatur von mind. 60° und Rücklauf von mind. 55° haben soll und die Pumpe mind. 16 Stunden am Tag betrieben werden soll. Ansonsten können sich im Kreislauf kleine und extrem gefährliche Legionellen bilden. Solch hohe Temperaturen sind aber tödlich für die Effizienz der Wärmepumpe.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass bei uns die Wege vom Warmwasserkessel bis Küche und Bad nicht extrem lang sind und dass die Rohre aus Plastik sind (weniger Wärmeverlust zum Aufwärmen), haben wir uns dann gegen eine Zirkulationsleitung entschieden. Auch wenn morgens nach ein paar Sekunden, aber frisches Wasser!