Letzte Aktualisierung: 22.08.2022

Anzeige

PV-Anlage: Bis zu 37% sparen!

Wir sparen für Sie bis zu 37% - durch unseren Experten-Vergleich!
Jetzt Preise vergleichen!

Optimierung einer Wärmepumpe mit Pufferspeicher

Der Einsatz eines Pufferspeichers ist unverzichtbar, sofern eine Wärmepumpe mit Heizkörpern kombiniert wird. Zudem kann der Pufferspeicher in vielerlei Hinsicht genutzt werden, um den Wärmepumpenbetrieb energetisch, technisch und wirtschaftlich zu optimieren. Grundsätzlich dient ein solcher Wärmepumpenspeicher dazu, Wärme aufzunehmen, möglichst verlustfrei zu speichern und dem Zeitpunkt und Umfang des Bedarfes entsprechend wieder abzugeben.

Günstige Angebote für Wärmepumpen anfordern & direkt Preise vergleichen!

Jetzt Ihre Fachbetriebe finden!
Anzeige

Wärmepumpe im Rundum-Sorglos-Paket!

Lass Dir jetzt von unseren Experten in wenigen Minuten Dein ideales Wärmepumpen-Angebot zusammenstellen!
Jetzt kostenloses Angebot anfordern!

Technische Notwendigkeit eines Wärmepumpenspeichers

Wird eine Wärmepumpe in einer Immobilie eingesetzt, die ganz oder zum Teil über Radiatoren oder Flachheizkörper beheizt wird, so ist der Einsatz eines Pufferspeichers eine technische Notwendigkeit. Diese resultiert aus dem Prinzip der Kompression und anschließenden Entspannung des Kühlmittels innerhalb des Wärmepumpenkreislaufs. Die Entspannung des Kühlmittels erfolgt nämlich nur dann, wenn die erzeugte Wärme auch tatsächlich abgegeben werden kann.

Da pro Zeiteinheit nur ein begrenzter Wärmestrom von Heizkörpern aufgenommen werden kann, steigt der Druck des Kältemittels, sodass eine sogenannte Hochdruckstörung entsteht. Dieser Effekt tritt auch auf, falls herkömmliche Pufferspeicher eingesetzt werden, die über nicht ausreichend große Wärmetauscherflächen verfügen. Darüber hinaus wird mit dem Einsatz eines Pufferspeichers auch erreicht, dass sich Wärmepumpen besser takten lassen und durch längere Ein- und Ausschaltintervalle letztlich die Wärmepumpe länger wartungsfrei arbeitet.

Experten-Tipp: Wenngleich es unterschiedliche Auffassungen zur Kombination einer Wärmepumpe und eines Pufferspeichers bei Vorliegen einer reinen Wärmeabgabe über eine Fußbodenheizung gibt, da diese im Grunde den Effekt eines Pufferspeichers ersetzt, so hat sich in der Praxis teilweise herausgestellt, dass auch bei Fußbodenheizungen ein Pufferspeicher sinnvoll ist, um einen fehlerfreien Betrieb zu gewährleisten und eine optimale Wärmepumpeneffizienz zu erreichen.

Pufferspeicher und Warmwasser

Übernimmt die Wärmepumpe auch die Warmwasserbereitung, so gibt es drei technische Möglichkeiten, das Warmwasser bereitzustelle:

  • Es werden ein Pufferspeicher und ein Warmwasser-Speicher getrennt voneinander installiert. So können genau die im Heizkreislauf und im Brauchwassernetz benötigten Temperaturen hergestellt und vorgehalten werden.
  • Daneben gibt es die Möglichkeit, das Warmwasser per Frischwasserstation aus dem Pufferspeicher auszukoppeln. Das hat Platzvorteile, allerdings sind die Temperaturen im Speicher dann voneinander abhängig, da der Pufferspeicher immer so warm sein muss wie die gewünschte Warmwasser-Temperatur.
  • Oder man nutzt einen Kombispeicher für Heiz- und Warmwasser. Dieser speichert sowohl Heizwasser als auch Warmwasser – innerhalb eines Gehäuses, aber hygienisch voneinander getrennt.

Um höhere Warmwasser-Temperaturen aus dem Pufferspeicher bereitzustellen, gibt es die Möglichkeit, das Warmwasser nachzuheizen. Dazu gibt es Lösungen mit einem Heizstab wie das Nachheizmodul BoostBloC von PAW.

Eine effizientere Lösung stellt die eXergiemaschine (eXm) compact von varmeco und BMS-Energietechnik dar, die eine optimierte Temperaturschichtung im Pufferspeicher herstellt. Dazu arbeitet im Inneren des Geräts eine einstufige Wasser-Wasser-Wärmepumpe, die für eine große Temperaturspreizung von etwa 50 K im Pufferspeicher ausgelegt ist und auch bei Quelltemperaturen von 55 °C und mehr arbeitet.

Während des Betriebs entnimmt die eXergiemaschine Wasser aus der Mitte des Speichersystems. Ein Teil davon fließt am Kondensator der Maschine vorbei, wo es erhitzt wird, bevor es in den oberen Teil des Speichers gelangt. Der andere Teil führt über den Verdampfer und leitet das dort heruntergekühlte Wasser danach in den unteren Speicherbereich. So macht die eXergiemaschine Wärme, die auf niedrigem Temperaturniveau vorliegt, auf hohem Temperaturniveau zum Beispiel für die Warmwasserbereitung nutzbar.

Der Energiebedarf der eXm-compact ist niedrig: Mit einer Kilowattstunde elektrischer Energie stellt sie etwa vier bis fünf Kilowattstunden Wärme bereit – bis fünfmal mehr als ein konventioneller Nacherhitzer bzw. Durchlauferhitzer.

Das bietet Vorteile bei vielen Anlagen mit Niedertemperaturwärme, etwa bei Heizungswärmepumpen, Solaranlagen, kombinierten Solar- und PV-Modulen, bei der Abwärmenutzung und bei Niedertemperatur-Nahwärmnetzen. Die eXm-compact ist mit 3 kW oder 5 kW Nennleistung für Einfamilien- und kleine Mehrfamilienhäuser oder kleinere Gewerbebetriebe geeignet.

Ausnutzung von Nachtstromtarifen mit Pufferspeichern

Sofern der Strom der Wärmepumpe durch einen Zweitarif bereitgestellt wird, so kann ein Pufferspeicher dazu eingesetzt werden, um die Heizwärmeerzeugung in Perioden zu verlegen, die wirtschaftlich günstig sind. Dieses folgt dem bekannten Prinzip der Nachtspeicherheizung, die den günstigen Nachtstromtarif zur Wärmeerzeugung nutzt, um tagsüber Wärme abzugeben. Prinzipiell sind dabei der Pufferspeichergröße keine Grenzen gesetzt, sodass auch zu 100% der Nachtstrom eingesetzt werden könnte.

Trotzdem sollte berücksichtigt werden, dass es aus energetischer Sicht nicht sinnvoll ist, zu große Mengen an warmen Wasser vorzuhalten, da auch dieses mit Wärmeverlusten (Bereitschaftsverlusten) und somit unnötigen Stromkosten verbunden ist. Im Einfamilienhausbereich ist es daher gängige Praxis Pufferspeicher bis zu einer Größe von 500 Litern einzusetzen, um ein Verhältnis von Tag- zu Nachstrom von 40% zu 60% anzustreben.

Überbrückung von Sperrzeiten mit Wärmepumpenspeichern

Wärmepumpenheizungen, die mit einem Zweitarifstrom versorgt werden, können zu Spitzenlastzeiten bis zu 3 mal 2 Stunden pro Tag vom Energieversorger abgeschaltet werden. Daher sind Pufferspeicher auch Instrument, um diese Sperrzeiten zu überbrücken. Da die Energieversorger die Sperrzeiten mittels der Rundsteuerempfänger entsprechend der tatsächlichen Last steuern, sind die resultierenden Sperrzeiten jedoch weitaus kürzer, sodass sich ein neben dem Einsatz eines Pufferspeichers weiterer technischer Aufwand für eine Sperrzeitüberbrückung nicht lohnt.

Bei Gebäuden ohne oder mit nur wenig Speichermassen können durch Sperrzeiten Abkühlungen von 1 bis 2 Kelvin auftreten, die sich durch den Einsatz eines Pufferspeichers vermeiden lassen. Es sei denn, der Temperaturfühler im Pufferspeicher sendet bei Eintritt der Sperrzeit gerade das "Ein"-Signal zum Anlauf der Wärmepumpe. Da für die Abschaltzeit vom Energieversorger kein Vorsignal gegeben wird, befindet sich dann kein oder nur ein geringes nutzbares Temperaturniveau im Wärmepumpen-Pufferspeicher, sodass es zu größeren Temperaturverlusten kommen kann.

Berechnung der Pufferspeicher-Größe

Wie viele Liter ein Pufferspeicher in Kombination mit einer Wärmepumpe fassen sollte, hängt vom individuellen Wärmebedarf für Heizung und Brauchwarmwasser ab. Grundsätzlich gilt, dass der Pufferspeicher nicht zu groß sein sollte, um Wärmeverluste zu reduzieren. Und nicht zu klein, um einen optimalen Heizbetrieb der Wärmepumpen zu gewährleisten („Takten“).

Als Faustformel kann man mit einem Volumenbedarf von 40 bis 80 Litern pro kW Heizleistung rechnen. Je nachdem, ob eine Fußbodenheizung oder Heizkörper zum Einsatz kommen, kann man bei einer 8 kW Wärmepumpe dann mit einem rund 320 bis 640 Liter fassenden Speicher kalkulieren.

Um eventuell vom Stromversorger vorgegebene Sperrzeiten mit dem Pufferspeicher zu überbrücken, muss auch das Speichervolumen daran ausgerichtet werden. Mit folgender Formel lässt sich dann das benötigte Volumen überschlägig berechnen:

(Heizleistung in kW x Überbrückungsdauer in h) / (spezifische Wärmekapazität von Wasser 1,163 Wh/(kg*K) x Temperaturdifferenz Vorlauf-Rücklauf in K) = Pufferspeichervolumen in m3.

Genauere Angaben zur Volumen-Berechnung finden Sie in unserem Ratgeber: "Pufferspeicher-Technik, Auslegung und Kosten".

Kombination von mehreren Wärmepumpen-Pufferspeichern

Bei Bedarf großer Puffervolumina können auch mehrere Pufferspeicher hydraulisch miteinander verbunden werden. Mehrere Puffer können in Reihe, parallel und nach Tichelmann verbunden werden. Während eine parallele und Reihenschaltung sich selbst erklären, ist es bei dem Tichelmann-Prinzip doch etwas Anderes. Das Prinzip besteht darin, dass das durchfließende Wasser überall die gleiche Weglänge zurücklegen muss (gleiche Rohrdurchmesser, gleiche Länge). In Folge dessen entstehen über jedem Element die gleichen Druckverluste, so dass alle Teile gleichmäßig durchströmt und warm werden oder aber gleichmäßig befüllt bzw. entladen werden. Dieses hat wiederum energetisch und letztlich auch wirtschaftliche Vorteile.

Wärmepumpen-Spezialisten in Ihrer Region finden und direkt anfragen

Jetzt Ihre Fachbetriebe finden!
Anzeige

PV-Anlage & Wärmepumpe kombinieren!

Unsere Experten erstellen Dir in wenigen Minuten ein Komplett-Angebot nach Deinen Wünschen. Digital & kostenlos.
Jetzt kostenloses Angebot anfordern!

Kostenlose Angebote anfordern:

Das könnte Sie auch interessieren:

  • Heizung planen

    Mit unserem Heizungsplaner ermitteln Sie einfach online ein Heizungskonzept, das Ihre Heizwärmeanforderungen am Besten erfüllt. Dabei richtet sich die…

    Heizung planen
  • Solarrechner

    Mit unserem Online-Solarrechner können Sie sofort prüfen, ob sich Ihr Dach für eine Photovoltaik-Anlage technisch eignet und finanziell lohnt. Mit nur wenigen…

    Solarrechner
  • Dämmung berechnen

    Mit unserer Online-App "Dämmkostenrechner" ermitteln Sie in wenigen Schritten einfach & unkompliziert, welche Dämmung in welcher Dicke wie viel kostet, was sie…

    Dämmung berechnen

Ihre Suchanfrage wird bearbeitet