1 Die Trinkwasserhygiene verlangt in Verbindung mit der Wärmepumpe besondere Aufmerksamkeit.
2 Die Dimensionierung eines Heizwasserpufferspeichers in Verbindung mit einer Wärmepumpe sollte so erfolgen, dass etwa 20 bis 40 Liter Volumen je kW Heizleistung zur Verfügung stehen.
3 Häufiges Takten verschleißt den Verdichter; ein großer Pufferspeicher spart Energie und Betriebskosten.
4 Pufferspeicher gleichen unterschiedliche Volumenströme aus und sichern die optimale Temperaturschichtung.
Die Frage nach der geeigneten Heiztechnik der Zukunft für Deutschland hat unter der Ampel-Regierung ein Höchstmaß an medialer Aufmerksamkeit erhalten. Leider. Denn was davon übrig geblieben ist, sind mehr offene Fragen als Antworten. Als wesentliche Ursachen wurden die Kopplung des GEG (Gebäudeenergiegesetz) mit der kommunalen Wärmeplanung, die Zukunftsfähigkeit der heutigen Energieträger, insbesondere Erdgas, sowie die Einschränkungen bei der Auswahl der Heizungstechnologie in Kombination mit einer unsicheren Förderpolitik ausgemacht. Auch der zeitliche Ablauf mit den Korrekturumläufen des GEG hat der Marktentwicklung geschadet. Deutschland braucht eine verlässliche, technologieoffene Energieträgerstrategie für den Wärmemarkt, um langfristige Planungssicherheit zu schaffen.(1)
Die abwartende Haltung der Endkunden hat dazu geführt, dass der Heizungsmarkt in Deutschland im Jahr 2025 bereits zum zweiten Mal einen deutlichen Rückgang hinnehmen musste. Dabei wäre es gerade jetzt so wichtig, mit vollem Elan und allen verfügbaren Kräften die Wärmewende aktiv zu gestalten und veraltete Heizungen in Deutschland gegen neue, energiesparende und damit CO2-arme Lösungen auszutauschen. Nur so lassen sich die von der Bundesregierung gesteckten Klimaschutzziele erreichen.
Welche Empfehlung sollten Sie Ihrem besten Freund geben?
Wer aus der Branche kennt diese Situation nicht? Der beste Freund fragt: „Sag mal ehrlich, was wäre für mich jetzt die richtige Heizungstechnik?“ Eine pauschale Antwort ist schwer möglich, denn die passende Lösung hängt – und genau das macht das Thema immer noch so spannend – vom Gebäude und dessen Umfeld ab. Um die Frage einzugrenzen, beschränke ich mich in diesem Artikel auf den Wohnungsbau, vorwiegend auf Ein- und Zweifamilienhäuser. Grundsätzlich kann man sich an den Megatrends orientieren, die in den vergangenen beiden Jahren zu einem deutlich klareren Bild geführt haben.
Fall: Neubau
Bei Neubauten von Ein- und Zweifamilienhäusern lässt sich die Frage einfach beantworten: Hier hat sich, wie erwartet, die Heizungswärmepumpe durchgesetzt, allen voran die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Die Wärmeverteilung des Gebäudes kann passend für die Wärmepumpe ausgelegt werden und bietet damit ideale Voraussetzungen für eine langlebige, kostengünstige und zukunftsfähige Heizung.
Wichtig ist in diesem Zusammenhang allerdings noch die Wahl der Art der Trinkwassererwärmung. Die Trinkwasserhygiene verlangt in Verbindung mit der Wärmepumpe besondere Aufmerksamkeit, da die für die Energieeffizienz erforderlichen niedrigen Vorlauftemperaturen bei einer thermischen Desinfektion problematisch werden können. Neben der Trinkwarmwassertemperatur stellt auch die Stagnation einen wichtigen Aspekt dar. Sie hängt unter anderem vom Speichervolumen ab und kann das Legionellenwachstum begünstigen.
Als ideale technische Lösungen haben sich daher im Wesentlichen folgende Varianten etabliert:
- Entkopplung der Trinkwassererwärmung von der Heizung durch die Verwendung von dezentralen elektrischen Durchlauferhitzern. Die Versorgung findet „on demand“ statt und beeinflusst die Heizung nicht. Allerdings wird der Strom ohne Einbindung von Umweltwärme verwendet, und die Dauerleistung ist begrenzt. Sogenannte Rain-Dance-Lösungen sind damit nicht zu empfehlen.
- Verwendung eines emaillierten Trinkwasserspeichers mit einer besonders großen Wärmeübertragerheizfläche, die speziell für Wärmepumpen ausgelegt ist. Hier findet eine Trinkwasserspeicherung statt, die bei richtiger Dimensionierung jedoch unproblematisch ist. Bei dieser Lösung lassen sich sowohl Solarthermie als auch die Verwendung einer elektrischen Heizpatrone zur Nutzung von überschüssigem PV-Strom miteinander kombinieren. Die Trinkwassererwärmung erfolgt zentral und bietet maximale Dauerleistungen.
- Einsatz eines Heizwasserpufferspeichers mit Trinkwassererwärmung im Durchlaufprinzip, zum Beispiel über eine Frischwasserstation oder eine integrierte Edelstahlwendel. Auch hier lassen sich weitere Wärme- und Energiequellen einbinden. Da sich ein Pufferspeicher für den Einsatz der Wärmepumpe ohnehin empfiehlt, ist diese Kombination sehr sinnvoll. Es müssen dann nur wenige zusätzliche Komponenten installiert werden. Auch hier steht eine ausreichende Dauerleistung zur Verfügung.
Die Lösungen 1 und 2 stellen eher Kompromisse dar und erinnern an Systeme, wie sie in Verbindung mit fossilen Energieträgern zum Einsatz gekommen sind. Bei genauerer Betrachtung bietet Lösung 3 noch weitere Vorteile.
Die Dimensionierung eines Heizwasserpufferspeichers in Verbindung mit einer Wärmepumpe sollte so erfolgen, dass etwa 20 bis 40 Liter Volumen je kW Heizleistung zur Verfügung stehen. Bei Neubauten, zum Beispiel im KfW-40-Standard, ergibt sich daraus für ein Einfamilienhaus vielleicht eine Heizleistung von 3 kW. Das entspricht einem Heizwasserpufferspeichervolumen von 60 bis 120 Litern. Für den energieeffizienten Betrieb der Wärmepumpe reicht das aus, für die Trinkwassererwärmung jedoch nicht.
Ein weiterer Aspekt muss berücksichtigt werden: Bei niedrigen Vorlauftemperaturen wird die saubere Schichtung im Pufferspeicher noch wichtiger. Das galt schon früher bei der Solarthermie, allerdings bei einer deutlich höheren Temperaturspreizung und einem dadurch wesentlich geringeren Volumenstrom. Bei Wärmepumpen sprechen wir von einer Spreizung von etwa 3 bis 5 K. Die daraus resultierenden hohen Volumenströme machen in Verbindung mit einem sehr kleinen Puffervolumen eine Schichtung im Speicher unmöglich. Und jetzt?
Die Lösung: Doppelspeicher. Sie enthalten sowohl einen kleinen Heizwasserpufferspeicher als auch einen zusätzlichen, hydraulisch getrennten Speicher für die Trinkwassererwärmung. Die beiden Speicher sind übereinander angeordnet und befinden sich formschön und energiesparend unter einer gemeinsamen Speicherisolierung. Unter Berücksichtigung der oben genannten Aspekte zu Trinkwasserhygiene und Dauerleistung bietet sich auch hier ein Heizwasserpufferspeicher mit einem Durchflussprinzip zur Trinkwassererwärmung an. Neue Doppelspeicher lassen sich in zwei getrennte Speicher zerlegen, um sie kostensparend und einfach zum Aufstellort zu transportieren.
Je nach Größe, der im Neubau wahrscheinlich vorhandenen PV-Anlage können sowohl im oberen als auch im unteren Bereich zusätzliche elektrische Heizpatronen für die Trinkwassererwärmung eingesetzt werden. Alternativ beziehungsweise zusätzlich lässt sich auch die Wärmepumpe mit dem PV-Strom betreiben.
Fazit 1: Für den Neubau empfiehlt sich aufgrund des kleinen erforderlichen Heizwasserpuffervolumens ein Doppelspeicher, der die Heizung hydraulisch von der Trinkwassererwärmung trennt und dennoch eine hygienisch saubere sowie gleichzeitig komfortable Trinkwassererwärmung im Durchlaufprinzip ermöglicht.
Fall: Bestandsbau
Wird mir die Frage des besten Freundes nach der passenden Heiztechnik im Bestandsbau gestellt, wird es schon schwieriger. Aber auch hier hat die Heizungsindustrie in den vergangenen Jahren ihre Hausaufgaben gemacht und passende Wärmepumpen entwickelt. Dazu sind größere Leistungen und höhere Vorlauftemperaturen erforderlich. Solche Lösungen gibt es inzwischen und sie können im Bestandsbau eingesetzt werden, sofern auch die Wärmeverteilung dafür geeignet ist. Bei einer Fußbodenheizung ist das kein Problem. Häufig sind jedoch Heizkörper oder Kombinationen aus Fußbodenheizung und Heizkörpern vorhanden. Ein Energieberater kann hier schnell aufzeigen, welche Heizkörper ausgetauscht werden müssen. Dafür gibt es entweder Modelle mit besonders großer Heizfläche (Flachheizkörper) oder Ausführungen mit einer zusätzlichen, durch Gebläse erzwungenen Anströmung.
Auch hier stellt sich die Frage nach dem passenden Heizwasserpufferspeicher. Da im Bestandsbau höhere Leistungen erforderlich sind, muss auch der Speicherinhalt entsprechend größer ausgelegt werden. Schnell geht es dabei um 500 bis 1000 Liter. Dieses größere Volumen begünstigt wiederum die Schichtung im Speicher. Eine Trennung der Speicher für Heizung und Trinkwassererwärmung ist dadurch nicht erforderlich.
Die ideale Lösung im Bestandsbau ist in der Regel ein Wärmepumpen-Kombispeicher. Im Heizwasserpufferspeicher befindet sich ein Edelstahlwellrohr, durch das Trinkwasser strömt und dabei im Durchlauf erwärmt wird.
Alternativ kann eine Frischwasserstation eingesetzt werden, die aus einem externen Plattenwärmeübertrager in Verbindung mit einer Heizwasserpumpe besteht. Dafür sind allerdings eine zusätzliche elektronische Steuerung und entsprechende Sensorik erforderlich.
Varianten des Kombispeichers enthalten zusätzliche Wärmeübertrager für die Einbindung von Solarthermie oder für die hybride Einbindung von Öl- oder Gasheizkesseln. Auch ein elektrisches Heizelement zur Nutzung von PV-Strom kann über eine entsprechende Muffe eingesetzt werden. Nicht zuletzt ist die Kombination mit einem wassergeführten Kaminofen möglich.
Fazit 2: Für den Bestandsbau gibt es inzwischen ebenfalls Wärmepumpen, die ausreichend Leistung und genügend hohe Vorlauftemperaturen bereitstellen. Ein Wärmepumpen-Kombispeicher stellt für die Heizung genügend Puffervolumen zur Verfügung und ermöglicht zugleich eine hygienisch saubere Trinkwassererwärmung im Durchlaufprinzip. Die Kombination mit weiteren, möglicherweise bereits vorhandenen Wärmequellen wie Solarthermie, einem Öl- oder Gaskessel oder einem Kaminofen mit Wassertasche ist problemlos möglich.
Welche Funktionen übernimmt der Heizwasserpufferspeicher in Verbindung mit einer Wärmepumpe?
1. Mindestlaufzeit des Verdichters sicherstellen und Takten vermeiden
Ein zu häufiges Ein- und Ausschalten der Wärmepumpe ist nicht nur energetisch ineffizient, sondern kann auch zu einem vorzeitigen Verschleiß der Komponenten führen. Der Verdichter als zentrales Element der Wärmepumpe ist für diese Belastung besonders anfällig. Durch eine sorgfältige Planung und Installation der Wärmepumpe in Verbindung mit einem ausreichend groß dimensionierten Heizwasserpufferspeicher lässt sich das Takten vermeiden. Das führt langfristig zu einer Ersparnis bei den Betriebskosten.
2. Überbrücken von EVU-Abschaltzeiten
Viele Energieversorger bieten günstigere Stromtarife für Wärmepumpen an, wenn diese über ein Signal für eine gewisse Zeit abgeschaltet werden können. Das entlastet das Stromnetz und ist zugleich ein zentraler Aspekt der Energiewende. Um das Gebäude in der Zwischenzeit weiterhin zuverlässig mit Wärme zu versorgen, muss ein entsprechend größer dimensionierter Heizwasserpufferspeicher eingesetzt werden.
3. Energiesparender Betrieb der Abtaufunktion
Die inzwischen häufigste Art der Wärmepumpe für die Gebäudebeheizung ist die Luft-Wasser-Wärmepumpe. Bei bestimmten Temperaturen und einer hohen Luftfeuchtigkeit kann es zu einer Vereisung des außen aufgestellten Wärmetauschers kommen – sowohl bei Split- als auch bei Monoblock-Wärmepumpen. Um den Heizbetrieb nicht zu lange zu unterbrechen und nicht mit einem zusätzlichen Elektroheizstab arbeiten zu müssen, kann ein richtig dimensionierter Heizwasserpufferspeicher ausreichend Wärme für die Enteisung des Wärmetauschers bereitstellen.
4. Ausgleich von Schwankungen beim Wärmebedarf
Die witterungsgeführte Betriebsweise der Heizung sowie die Nachtabsenkung, die insbesondere im Bestandsgebäude zu deutlichen Energieeinsparungen führt, sorgen dafür, dass die Wärmeabnahme starken Schwankungen unterliegt. Diese Schwankungen kann die Wärmepumpe allein nicht ausgleichen. Der Heizwasserpufferspeicher stellt sicher, dass auch Spitzenabnahmen, wie sie am Morgen nach der Nachtabsenkung auftreten, problemlos versorgt werden können.
5. Versorgung einer Heizung mit mehreren Heizkreisen
Mit steigender Komplexität der Heizungsverteilung, zum Beispiel durch den parallelen Betrieb einer Fußboden- und Radiatorenheizung, entstehen schwankende Volumenströme und Temperaturen. Der Heizwasserpufferspeicher ermöglicht es, die Vor- und Rückläufe gezielt an unterschiedlichen Stellen des Speichers anzuschließen und so eine optimale Schichtung zu erreichen. Auch die Volumenströme lassen sich dadurch ausgleichen.
6. Anschluss verschiedener Wärmequellen
Sind im Bestandsbau Wärmeerzeuger vorhanden, die auch nach dem Einbau der Wärmepumpe erhalten bleiben, können Hybridheizungen sinnvoll sein. Der Heizungspufferspeicher stellt dabei das zentrale „Herz“ der Anlage dar: Er speichert die Wärme und stellt sie bei Bedarf an der richtigen Stelle zur Verfügung.
Ausblick: Nah- und Fernwärme
Aus heutiger Sicht werden die Gebäude der Zukunft, ganz gleich ob es sich um Neubauten oder sanierte Bestandsgebäude handelt, zu einem Großteil mit Wärmepumpen beheizt werden.
Die Kombination mit einem Heizwasserpufferspeicher ist unumgänglich, wenn die Wärmepumpe mit maximaler Effizienz und hoher Betriebssicherheit arbeiten soll. Eine weitere Art der Beheizung wird sich ebenfalls weiter etablieren, und zwar die Nah- und Fernwärme.
Auch bei Nah- und Fernwärmelösungen sind Heizwasserpufferspeicher erforderlich. Werden sie zentral bei der Wärmeerzeugung eingesetzt, fassen sie mehrere 10.000 Liter oder mehr. Handelt es sich um ein Netz, in das Einfamilienhäuser eingebunden sind, kommen zusätzlich dezentrale kleinere Pufferspeicher zum Einsatz, damit das Netz energiesparend und optimal betrieben werden kann. Auch Mehrfamilienhäuser können mit zentralen größeren Heizwasserpufferspeichern ausgestattet werden. Ein interessanter Aspekt ist dabei die Einbindung dezentraler regenerativer Energieträger, die gegebenenfalls bereits vorhanden sind, zum Beispiel Solarthermie. Das wird in ersten Gebieten bereits erfolgreich umgesetzt.
Quellen
(1) https://www.bdh-industrie.de/presse/pressemeldungen/artikel/heizungsbra…
Bild: Thermic Energy
