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Es gibt verschiedene Arten der Energiequellen die mittels einer Wärmepumpe erschlossen werden können. | Es gibt verschiedene Arten der Energiequellen die mittels einer Wärmepumpe erschlossen werden können. | ||
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Die Normaußentemperatur kennzeichnet die kleinste anzunehmende Außentemperatur. Sie wird anhand der Klimazonen in Deutschland festgelegt. Für unsere Region (Flörsheim am Main) | Die Normaußentemperatur kennzeichnet die kleinste anzunehmende Außentemperatur. Sie wird anhand der Klimazonen in Deutschland festgelegt. Für unsere Region (Flörsheim am Main) gilt eine Normaußentemperatur von -10°C. | ||
<h2>Bivalenzpunkt</h2> | <h2>Bivalenzpunkt</h2> | ||
Der Bivalenzpunkt ist die Temperatur ab der die Wärmepumpe alleine zur Deckung des Heizwärmebedarfs genügt. Unterhalb dieses Punkts wird entweder der zweite Wärmeerzeuger (z.B. Heizstab) zugeschaltet (bivalent-parallel ) oder auf den zweiten Wärmeerzeuger (z.B. Gas-Brennwertkessel) umgeschaltet (bivalent-alternativ). | Der Bivalenzpunkt ist die Temperatur ab der die Wärmepumpe alleine zur Deckung des Heizwärmebedarfs genügt. Unterhalb dieses Punkts wird entweder der zweite Wärmeerzeuger (z.B. Heizstab) zugeschaltet (bivalent-parallel ) oder auf den zweiten Wärmeerzeuger (z.B. Gas-Brennwertkessel) umgeschaltet (bivalent-alternativ). | ||
Es ist nicht sinnvoll, die Wärmepumpe so auszulegen dass diese alleinig die Wärmeversorgung bis zur Normaußentemperatur übernimmt. In diesem Fall wird die Wärmepumpe dann bei den am meisten vorherrschenden Temperaturbedingungen vermutlich den Regelbereich verlassen und "takten", d.h. Ein- und Ausschalten. Auch wäre die Wärmepumpe unnötig groß und teuer nur um an wenigen Tage mit Normaußentemperatur die Wärmeversorgung alleinig zu meistern. Eine gute Wahl für den Bivalenzpunkt sind -7°C bis - | Es ist nicht sinnvoll, die Wärmepumpe so auszulegen dass diese alleinig die Wärmeversorgung bis zur Normaußentemperatur übernimmt. In diesem Fall wird die Wärmepumpe dann bei den am meisten vorherrschenden Temperaturbedingungen vermutlich den Regelbereich verlassen und "takten", d.h. Ein- und Ausschalten. Auch wäre die Wärmepumpe unnötig groß und teuer nur um an wenigen Tage mit Normaußentemperatur die Wärmeversorgung alleinig zu meistern. Eine gute Wahl für den Bivalenzpunkt sind -7°C bis -3°C. | ||
[[Datei:Wp-grafische-auslegung-45.png|mini|500px|links|grafische Auslegung, Quelle: Wolf CHA-16 für 45°C Vorlauftemperatur]] | [[Datei:Wp-grafische-auslegung-45.png|mini|500px|links|grafische Auslegung, Quelle: Wolf CHA-16 für 45°C Vorlauftemperatur]] | ||
[[Datei:Berechnung Bivalenzpunkt.jpg|mini|500px|links|grafische Auslegung, Quelle: Roth ThermoAura FR5 für 48°C Vorlauftemperatur]] | |||
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Die Normaußentemperatur wird auf der horizontalen Achse (1) gesucht und mit einer senkrechten Linie markiert (4). | Die Normaußentemperatur wird auf der horizontalen Achse (1) gesucht und mit einer senkrechten Linie markiert (4). In waagrechter Richtung wird der Schnittpunkt mit der roten Linie der maximalen Kompressordrehzahl (3) zur linken Achse (2) gezeichnet (8). Das ist die maximale Leistung der Wärmepumpe bei dieser Normaußentemperatur. Ausgehend von der Heizkreisgrenztemperatur (hier: 15°C) wird eine Linie zur notwendigen Spitzenleistung der Wärmepumpe (5) gezogen. Im Beispiel sind es 17 kW. Diese Linie kennzeichnet den Wärmebedarf des Gebäudes (6). Der Schnittpunkt mit der roten Linie (3) ergibt den Punkt bei dem die Wärmepumpe allein den Wärmebedarf des Gebäudes deckt. Dies ist der Bivalenzpunkt (7) der an der horizontalen Achse (1) abgelesen werden kann. Zwischen Bivalenzpunkt und Normaußentemperatur muss der zweite Wärmeerzeuger unterstützend eingreifen. Im Falle eines Heizstabes ist die Differenz zwischen der benötigten Leistung (5) und der Spitzenleistung der Wärmepumpe (8) die erforderliche Leistung des Heizstabes (9). Der schraffierte Anteil wird dann mit dem zweiten Wärmeerzeuger geleistet. | ||
Die graphische Auswertung ist lediglich eine grobe Schätzung, da die Punkte interpoliert werden müssen. | |||
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<math>SCOP = \frac{( COP_{-7} * 24 ) + ( COP_{2} * 320 ) + ( COP_{7} * 326) + ( COP_{12} * 169 ) }{839}</math> | <math>SCOP = \frac{( COP_{-7} * 24 ) + ( COP_{2} * 320 ) + ( COP_{7} * 326) + ( COP_{12} * 169 ) }{839}</math> | ||
Berechnung nach VDI 4650 Blatt 1 für | Berechnung nach VDI 4650 Blatt 1 für Luft-Wasser Wärmepumpe (Normaußentemperatur = -12°C): | ||
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{{Infobox_Information|text=Die Berechnung erfolgt nur näherungsweise und ersetzt nicht eine genaue Berechnung. Ein weiterer Rechner findet sich auch beim [https://www.waermepumpe.de/jazrechner/ Bundesverband Wärmepumpen e.V.]}} | |||
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{{Infobox_Information|text=Bei einer mit Wärmepumpe betriebenen Heizkörperheizung ist, wenn nicht aus anderen Gründen ohnehin erforderlich, ein Pufferspeicher sinnvoll}} | {{Infobox_Information|text=Bei einer mit Wärmepumpe betriebenen Heizkörperheizung ist, wenn nicht aus anderen Gründen ohnehin erforderlich, ein Pufferspeicher sinnvoll}} | ||
<h1>Kaskade aus mehreren Wärmepumpen</h1> | |||
Eine Kaskade aus mehreren Wärmepumpen bezeichnet den parallelen oder gestaffelten Einsatz mehrerer Wärmepumpen in einem Heizsystem. Diese Lösung wird vor allem bei höheren Heizlasten eingesetzt, um die Effizienz, Flexibilität und Zuverlässigkeit des Systems zu steigern. | |||
<h2>Vorteile gegenüber einem Einzelgerät</h2> | |||
*Skalierbarkeit | |||
Mehrere kleinere Wärmepumpen können modular zugeschaltet werden, je nach Bedarf. Das ermöglicht eine präzise Anpassung an die aktuelle Heizlast – besonders vorteilhaft bei schwankendem Wärmebedarf (z. B. in Gewerbegebäuden oder großen Wohnanlagen). | |||
*Redundanz und Ausfallsicherheit | |||
Fällt eine Wärmepumpe aus, übernehmen die anderen Geräte die Heizlast. Das erhöht die Betriebssicherheit und vermeidet Totalausfälle, die bei einem Einzelgerät auftreten könnten. | |||
*Effizienzsteigerung | |||
Wärmepumpen arbeiten am effizientesten im Teillastbereich. Eine Kaskade ermöglicht es, die Geräte näher an ihrem optimalen Betriebspunkt zu betreiben, was den Jahresnutzungsgrad (JAZ) verbessert. Einzelne Geräte können bei niedriger Last abgeschaltet werden, während ein großes Gerät oft ineffizient im Teillastbetrieb läuft. | |||
*Flexibilität bei Wartung und Modernisierung | |||
Einzelne Geräte können unabhängig gewartet oder ausgetauscht werden, ohne das gesamte System abzuschalten. Zudem ermöglicht eine Kaskade schrittweise Modernisierungen (z. B. Ersatz einer alten Wärmepumpe durch ein neues, effizienteres Modell). | |||
*Platz- und Installationsvorteile | |||
Mehrere kompakte Geräte lassen sich oft einfacher in bestehende Gebäude integrieren als ein einziges, sehr großes Aggregat. Zudem können sie dezentral aufgestellt werden (z. B. in verschiedenen Technikräumen). | |||
*Kosteneffizienz bei Anschaffung und Betrieb | |||
Anschaffung: Mehrere Standardgeräte sind oft günstiger als ein einzelnes Großgerät. | |||
Betrieb: Durch den effizienteren Teillastbetrieb und die Möglichkeit, Geräte bedarfsgerecht zu- und abzuschalten, sinken die Energiekosten. | |||
Fazit | |||
Eine Kaskade aus mehreren Wärmepumpen ist besonders für Objekte mit hoher oder stark schwankender Heizlast eine überlegene Lösung. Sie kombiniert Effizienz, Flexibilität und Ausfallsicherheit – und ist damit oft die wirtschaftlichere und zuverlässigere Wahl im Vergleich zu einem Einzelgerät. | |||
Aktuelle Version vom 3. Juli 2026, 08:30 Uhr
Allgemeines
Es gibt verschiedene Arten der Energiequellen die mittels einer Wärmepumpe erschlossen werden können.
Erdwärme
Außenluft
Wasser
Wärmetauscher
Kenndaten der Wärmepumpe
Leider hat man sich auf der Herstellerseite nicht auf einheitliche Angaben in den Datenblättern geeinigt, so daß es schwer ist verschiedene Modelle zu vergleichen.
Heizkreisgrenztemperatur
Gemäß VDI 4650 wird für die Heizkreisgrenztemperatur für bestehende Gebäude 15°C empfohlen. Die Heizkreisgrenztemperatur ist die Temperatur, ab der die Heizung abschaltet. Für kernsanierte Effizienzhäuser wird 12° empfohlen, für Häuser nach Passivhaustandard 10°C.
Normaußentemperatur
Die Normaußentemperatur kennzeichnet die kleinste anzunehmende Außentemperatur. Sie wird anhand der Klimazonen in Deutschland festgelegt. Für unsere Region (Flörsheim am Main) gilt eine Normaußentemperatur von -10°C.
Bivalenzpunkt
Der Bivalenzpunkt ist die Temperatur ab der die Wärmepumpe alleine zur Deckung des Heizwärmebedarfs genügt. Unterhalb dieses Punkts wird entweder der zweite Wärmeerzeuger (z.B. Heizstab) zugeschaltet (bivalent-parallel ) oder auf den zweiten Wärmeerzeuger (z.B. Gas-Brennwertkessel) umgeschaltet (bivalent-alternativ). Es ist nicht sinnvoll, die Wärmepumpe so auszulegen dass diese alleinig die Wärmeversorgung bis zur Normaußentemperatur übernimmt. In diesem Fall wird die Wärmepumpe dann bei den am meisten vorherrschenden Temperaturbedingungen vermutlich den Regelbereich verlassen und "takten", d.h. Ein- und Ausschalten. Auch wäre die Wärmepumpe unnötig groß und teuer nur um an wenigen Tage mit Normaußentemperatur die Wärmeversorgung alleinig zu meistern. Eine gute Wahl für den Bivalenzpunkt sind -7°C bis -3°C.
Die Normaußentemperatur wird auf der horizontalen Achse (1) gesucht und mit einer senkrechten Linie markiert (4). In waagrechter Richtung wird der Schnittpunkt mit der roten Linie der maximalen Kompressordrehzahl (3) zur linken Achse (2) gezeichnet (8). Das ist die maximale Leistung der Wärmepumpe bei dieser Normaußentemperatur. Ausgehend von der Heizkreisgrenztemperatur (hier: 15°C) wird eine Linie zur notwendigen Spitzenleistung der Wärmepumpe (5) gezogen. Im Beispiel sind es 17 kW. Diese Linie kennzeichnet den Wärmebedarf des Gebäudes (6). Der Schnittpunkt mit der roten Linie (3) ergibt den Punkt bei dem die Wärmepumpe allein den Wärmebedarf des Gebäudes deckt. Dies ist der Bivalenzpunkt (7) der an der horizontalen Achse (1) abgelesen werden kann. Zwischen Bivalenzpunkt und Normaußentemperatur muss der zweite Wärmeerzeuger unterstützend eingreifen. Im Falle eines Heizstabes ist die Differenz zwischen der benötigten Leistung (5) und der Spitzenleistung der Wärmepumpe (8) die erforderliche Leistung des Heizstabes (9). Der schraffierte Anteil wird dann mit dem zweiten Wärmeerzeuger geleistet.
Die graphische Auswertung ist lediglich eine grobe Schätzung, da die Punkte interpoliert werden müssen.
berechnete Jahresarbeitszahl (SCOP)
Die berechnete Jahresarbeitszahl (SCOP) wird aus den Leistungszahlen COP unter Festlegung standardisierter Randbedingungen berechnet. Es gibt unterschiedliche Verfahren (z.B. VDI 4650 Blatt 1 oder DIN EN 14825).
Berechnung nach VDI 4650 Blatt 1 für Luft-Wasser Wärmepumpe (Normaußentemperatur = -12°C):
INFORMATION
jahreszeitbedingte Raumheizungseffizienz η_s
Die jahreszeitbedingte Raumheizungseffizienz η_s kann aus der berechnete Jahresarbeitszahl (SCOP) berechnet werden.
Die jahreszeitbedingte Raumheizungseffizienz η_s (s steht für "seasonal") läßt sich aus dem SCOP (Seasonal Coefficient of Performance) errechnen. Der SCOP wird dazu einfach mit 40 multipliziert. Die 40 steht für einen Wirkungsgrad zur Stromerzeugung in der EU von 40 %.
Für eine Förderung gilt beispielsweise für eine Luft-Wasser Wärmepumpe ein ETA_s bei 35°C Vorlauftemperatur von mindestens 145% und ein ETA_s bei 55°C von mindestens 125%. Dies entspricht einem SCOP (35°C) von mindestens 3,625 bzw. einem SCOP (55°C) von 3,125.
Die Jahresarbeitszahl muss mindestens 3,0 betragen, wenn die Wärmepumpe gefördert werden soll.
Anlagentechnik
Pufferspeicher
Der Betrieb einer Wärmepumpe ohne Pufferspeicher ist zwar möglich, aber aus vielen Gründen störanfällig und nicht zu empfehlen. Die Größe des Pufferspeichers mindestens 20l/kW Leistung im Auslegungspunkt betragen.
Ist mit einer Reduzierung der Leistung bzw. Sperrdauer zu rechnen, sind je kW Wärmepumpenleistung und je Stunde Sperrdauer 30l bis 40l Speichervolumen erforderlich.
INFORMATION
INFORMATION Kaskade aus mehreren Wärmepumpen
Eine Kaskade aus mehreren Wärmepumpen bezeichnet den parallelen oder gestaffelten Einsatz mehrerer Wärmepumpen in einem Heizsystem. Diese Lösung wird vor allem bei höheren Heizlasten eingesetzt, um die Effizienz, Flexibilität und Zuverlässigkeit des Systems zu steigern.
Vorteile gegenüber einem Einzelgerät
- Skalierbarkeit
Mehrere kleinere Wärmepumpen können modular zugeschaltet werden, je nach Bedarf. Das ermöglicht eine präzise Anpassung an die aktuelle Heizlast – besonders vorteilhaft bei schwankendem Wärmebedarf (z. B. in Gewerbegebäuden oder großen Wohnanlagen).
- Redundanz und Ausfallsicherheit
Fällt eine Wärmepumpe aus, übernehmen die anderen Geräte die Heizlast. Das erhöht die Betriebssicherheit und vermeidet Totalausfälle, die bei einem Einzelgerät auftreten könnten.
- Effizienzsteigerung
Wärmepumpen arbeiten am effizientesten im Teillastbereich. Eine Kaskade ermöglicht es, die Geräte näher an ihrem optimalen Betriebspunkt zu betreiben, was den Jahresnutzungsgrad (JAZ) verbessert. Einzelne Geräte können bei niedriger Last abgeschaltet werden, während ein großes Gerät oft ineffizient im Teillastbetrieb läuft.
- Flexibilität bei Wartung und Modernisierung
Einzelne Geräte können unabhängig gewartet oder ausgetauscht werden, ohne das gesamte System abzuschalten. Zudem ermöglicht eine Kaskade schrittweise Modernisierungen (z. B. Ersatz einer alten Wärmepumpe durch ein neues, effizienteres Modell).
- Platz- und Installationsvorteile
Mehrere kompakte Geräte lassen sich oft einfacher in bestehende Gebäude integrieren als ein einziges, sehr großes Aggregat. Zudem können sie dezentral aufgestellt werden (z. B. in verschiedenen Technikräumen).
- Kosteneffizienz bei Anschaffung und Betrieb
Anschaffung: Mehrere Standardgeräte sind oft günstiger als ein einzelnes Großgerät.
Betrieb: Durch den effizienteren Teillastbetrieb und die Möglichkeit, Geräte bedarfsgerecht zu- und abzuschalten, sinken die Energiekosten.
Fazit
Eine Kaskade aus mehreren Wärmepumpen ist besonders für Objekte mit hoher oder stark schwankender Heizlast eine überlegene Lösung. Sie kombiniert Effizienz, Flexibilität und Ausfallsicherheit – und ist damit oft die wirtschaftlichere und zuverlässigere Wahl im Vergleich zu einem Einzelgerät.