Hybrid heizen ist zukunftsfähig

Wärmepumpen sinnvoll kombinieren

Für hybride Heizsysteme eignen sich Wärmepumpen in Kombination mit anderen Wärmeerzeugern. Deutlich wird die hohe Energieeffizienz solcher Anlagen bei der Berechnung des ErP-Labels. All das zeigen wir am Beispiel des Heiztechnikherstellers Brötje.

Ein Ziel, mehrere Möglichkeiten

Die Kombination eines Heizkessels mit einer Wärmepumpe weist große Vorteile auf: Auch in Mehrfamilienhäusern gelingt eine besonders komfortable, individuelle Trinkwassererwärmung. Selbst bei höherem Wärmebedarf und damit verbundenen höheren Vorlauftemperaturen kann noch effizient geheizt werden. Außerdem lassen sich die Geräte flexibel zusammenstellen und die Auswahl des Energieträgers ist frei.

Die am häufigsten eingesetzte Kombination ist die einer Luft-/Wasser-Wärmepumpe mit einem Öl-Brennwertkessel, wobei ab einem Coefficient of Performance (COP) von etwa 2,5 die Nutzung des zweiten Wärmeerzeugers wirtschaftlich sinnvoll ist. Die Wirtschaftlichkeit wird auch dadurch gesteigert, dass die Wärmepumpe überwiegend dann eingesetzt wird, wenn die Systemtemperatur niedriger ist und damit die Jahresheizarbeitszahl steigt. Die Kaskadenstrategie kann dabei je nach Objekt allerdings unterschiedlich sein.

Darüber hinaus stehen verschiedene Lösungsmöglichkeiten zur Verfügung, die den Einsatz der Wärmepumpe im System beschreiben. Die bivalente Betriebsweise ist zu unterscheiden in alternativ, parallel und teilparallel.

Bivalent-alternative Betriebsweise

Hier übernimmt die Wärmepumpe nur bis zu einer definierten Außenlufttemperatur die gesamte Heizlast. Dieser Bivalenzpunkt sollte zwischen 2 und –6 °C liegen. Wird er unterschritten, übernimmt der zweite Wärmeerzeuger. Die Wärmepumpe und der Heizkessel arbeiten dabei nie gleichzeitig, was eine einfache Regelung nach sich zieht. Außerdem kann der zweite Wärmeerzeuger mit höheren Vorlauftemperaturen arbeiten. Dies ist dann wichtig, wenn das Hybridsystem in bereits bestehende Systeme integriert werden soll, zum Beispiel in Verbindung mit Radiatoren.

Bivalent-parallele Betriebsweise

In diesem Fall übernimmt die Wärmepumpe die Versorgung bis zum voreingestellten Bivalenzpunkt allein. Erst nach Unterschreiten schaltet der zusätzliche Wärmeerzeuger hinzu – die Komponenten arbeiten gleichzeitig. Die Wärmepumpe wird dabei so dimensioniert, dass sie die erforderliche Heizleistung im Bivalenzpunkt erreicht. Der Gas- oder Ölkessel kann dann die Differenz zwischen Gebäudeheizlast und Wärmepumpenleistung ausgleichen. So übernimmt die Wärmepumpe einen wesentlich höheren Anteil an der Wärme- und Warmwasserversorgung. Zudem kann der Heizkessel kleiner dimensioniert werden, unter Umständen ist sogar ein elektrischer Zusatzheizstab ausreichend. Die Komponenten sollten aufgrund der Systemtemperaturen exakt aufeinander abgestimmt sein.

Bivalent-teilparallele Betriebsweise

Auch bei der bivalent-teilparallelen Betriebsweise übernimmt die Wärmepumpe bis zum Bivalenzpunkt die Heizlast allein, erst nach Unterschreiten arbeitet sie gemeinsam mit dem zweiten Wärmeerzeuger. Wird schließlich der Abschaltpunkt erreicht, schaltet sich die Wärmepumpe aus und der Heizkessel arbeitet allein. Auch hier wird die Wärmepumpe für die erforderliche Heizleistung im Bivalenzpunkt dimensioniert. Arbeiten beide Wärmeerzeuger zusammen, muss die Systemtemperatur in den Einsatzgrenzen der Wärmepumpe liegen. Diese Kombination kommt vor allem dort zum Einsatz, wo sehr niedrige Außentemperaturen erreicht werden, und dennoch angestrebt wird, dass die Wärmepumpe eine hohe Heizarbeit leistet.

Konkrete Kombinationsmöglichkeiten

Am besten lassen sich mögliche Hybridsysteme anhand konkreter Produktbeispiele darstellen. So bietet sich bei Brötje insbesondere die Kombination der Luft-/Wasser-Wärmepumpe „BLW Split“ mit dem Gas-Brennwertgerät „EcoTherm Plus WGB EVO“ oder dem Öl-Brennwertkessel „NovoCondens BOB“ an (siehe Tabelle 1).

Hoher Warmwasserbedarf

Es kann sinnvoll sein, die „BLW Split“ mit einem „WGB“ zur Trinkwasser­erwärmung zu koppeln. Die Wärme­pumpe arbeitet dabei nur auf den Heizungspuffer, der gleitend über die Außentemperatur geregelt wird. Sollte die Leistung nicht ausreichen, wird der „WGB“ lediglich zugeschaltet – beide Wärmeerzeuger fahren parallel. Erreicht der Sollwert eine Temperatur, die größer ist als die maximale Vorlauftemperatur der Wärmepumpe, so schaltet diese ab und das Gas-Brennwertgerät übernimmt die weitere Heizarbeit.

Dieses Hybridsystem bietet sich bei hohem Warmwasserbedarf an, zum Beispiel in Mehrfamilienhäusern. In der Regel ist der reine ­Heizwärmebedarf problemlos über die Wärmepumpe abzudecken, der Energiebedarf für die Trinkwassererwärmung ist aber deutlich höher, ebenso das benötigte Temperaturniveau. Die Wärmepumpe müsste hier also eine hohe Leistung vorhalten, die für den Heizbetrieb nicht notwendig wäre. In diesen Fällen sollte die Trinkwassererwärmung über den „WGB“ gewährleistet werden.

Überdimensionierung vorbeugen

Muss aus behördlichen Gründen eine Luft-/Wasser-Wärmepumpe eingesetzt werden, die aber nicht monovalent betrieben werden soll, macht die Kombination mit dem Gas-Brennwertkessel „WGB“ bzw. dem Öl-Brennwertkessel „BOB“ Sinn. So kann die Überdimensionierung der Anlage, die durch den monovalenten Betrieb entstehen würde, in den Übergangszeiten und im Sommer vermieden werden. Die Folge einer Überdimensionierung wäre das Takten der Wärmepumpe, wodurch sie nur für einen sehr kurzen Zeitraum laufen und dann wieder abschalten würde. Nur in dem Betriebspunkt bei der Normauslegungstemperatur läuft die Wärmepumpe optimal. Da lange Laufzeiten bei Luft/-Wasser-Wärmepumpen unproblematisch sind, wird der Bivalenzpunkt so gewählt, dass sie zusammen mit dem „WGB“ oder dem „BOB“ in Betrieb ist. So kann eine hohe Effizienz gewährleistet werden.

Der Betrieb der Wärmepumpe erfolgt auf den Trennspeicher und wird dabei über einen Außentemperaturfühler geregelt, der zweite Wärmeerzeuger wird bei Bedarf hinzugeschaltet. Er wird über den Wärmepumpenregler angesteuert. Ab einer bestimmten Außentemperatur übernimmt der Heizkessel schließlich die gesamte Wärmeversorgung.

Auch mit Fremdkessel

Ist ein Wärmeerzeuger bereits vorhanden, im Idealfall sogar ein Brennwertgerät, kann die „BLW Split“ mit ihm kombiniert werden. Auch in diesem Fall übernimmt die Wärmepumpe einen Großteil der Heizarbeit. Der Unterschied zum vorherigen Hybridsystem ist jedoch, dass die erzeugte Wärme dem Heizsystem bzw. dem Heizkreislauf direkt zur Verfügung gestellt wird. Der Pufferspeicher im Rücklauf dient hier der Unterstützung der Wärmepumpe. Die Ein- und Ausschaltung der „BLW Split“ erfolgt über die Rücklauftemperatur in Abhängigkeit von der Außentemperatur. Im Falle einer Abtauung wird dem Speicher Energie entzogen, so dass der Vorgang schnell und effizient durchgeführt wird.

Sind die Hydrauliken im Gebäude nicht bekannt, sollte immer ein Pufferspeicher als Trennspeicher eingebaut werden. Er wird dabei gleitend anhand der Außentemperatur betrieben. Die Heizkreise bedienen sich aus dem Trennspeicher, der wiederum von der Wärmepumpe bedient wird.

ErP-Label verdeutlicht Effizienz

Wie lohnenswert der Einsatz von derartigen Hybridsystemen ist, wird seit dem 26. September 2015 anhand der Effizienzlabel deutlich, die die ErP-Richtlinie (Energy related Products = energieverbrauchsrelevante Produkte) vorschreibt. Wärmepumpen erhalten mindestens die Energie­effizienzklasse A+. In Kombination mit Solarthermie kann das System zusätzlich aufgewertet werden. Allerdings ist das effizienteste Heizungssystem nicht automatisch auch das wirtschaftlich am besten geeignete, da nicht jedes Heizungssystem für jeden Gebäudetyp passend ist. Gerade wenn es um konkrete Bauvorhaben geht, muss der Fachhandwerker als kompetenter Ansprechpartner zur Stelle sein. Auch die schwankenden Energiekosten können sich unterschiedlich auf die Wirtschaftlichkeit auswirken.

Die Berechnung des Systemlabels obliegt dem Fachhandwerker – sofern er nicht Produkte ausschließlich eines Systemanbieters auswählt. Werden zum Beispiel alle Komponenten von Brötje bezogen, ist die Berechnung des Systemlabels einfach mithilfe der ErP-Software von Brötje möglich. Alle Bauteile erfüllen mindestens die neuen Anforderungen und können als Komplettsysteme installiert werden.

Darüber hinaus bietet Brötje einen interaktiven Systemkonfigurator an. Mit dieser App lassen sich Systempakete individuell zusammenstellen, vom Wärmeerzeuger bis hin zum Abgassystem. Weitere Informationen zur ErP-Ökodesign-Richtlinie stehen im Fachpartner-Bereich auf www.broetje.de als Infofilm sowie in Form von zwei Broschüren zur Verfügung.

ISR-Systemregler – Vorteile für Handwerker

Mit dem Integrierten Systemregler, kurz ISR, werden die Brötje-Wärmeerzeuger gesteuert und so ihre Betriebsweise optimiert. Die Regelung wird nach Multilevel-Philosophie serienmäßig in nahezu allen Geräten eingesetzt und deckt eine Vielzahl von Funktionen ab. Eine zusätzliche Regelung ist nicht erforderlich. Da sich die ISR auf vielfältige Weise anschließen lässt, verringert sich der Montageaufwand erheblich. Für den Handwerker außerdem von Vorteil: Sämtliche Parameter werden – für eine vereinfachte Handhabung – im Klartext angezeigt. Passend dazu bietet Brötje unter www.broetje.de in einer Datenbank über 4.000 Hydraulikschemen an, inklusive Klemmenanschlussplan und Parametereinstellung.

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