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Technik, Montage und Kombinationsmöglichkeiten von Warmwasser-Wärmepumpen

Wie funktioniert eine Warmwasser-Wärmepumpe? Wo wird sie aufgestellt und montiert? Wie wird eine Wärmepumpe mit Solar kombiniert?

Warmwasser-Wärmepumpen (oft auch als Brauchwasser-Wärmepumpe bezeichnet) ist ausschließlich für die energieeffiziente Erzeugung von heißem Wasser für die Dusche, Händewaschen etc. gedacht. Sie ist unabhängig von der eigentlichen Heizung und nutzt die warme Raumluft und Strom, um Wasser zu erwärmen. Hier erklären wir alles Wissenswerte, was Sie bei der Auswahlentscheidung für eine Warmwasser-Wärmepumpe wissen müssen.

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Funktionsprinzip und Energieersparnisse

Systemaufbau einer SensoTherm BTW 300 (Foto: August Brötje GmbH, Rastede) (links) und der Warmwasser-Wärmepumpe RBW 300 PV von Remko (Foto: REMKO GmbH & Co. KG, Lage) (rechts).
Systemaufbau einer SensoTherm BTW 300 (Foto: August Brötje GmbH, Rastede) (links) und der Warmwasser-Wärmepumpe RBW 300 PV von Remko (Foto: REMKO GmbH & Co. KG, Lage) (rechts).

Das Prinzip der Warmwasser-Wärmepumpe ist recht simpel: Diese kleine Wärmepumpe entzieht der Raumluft Wärme, sodass sich diese um um zwei bis vier Grad abgekühlt. Die Wärme wird an das Kühlmittel in der Wärmepumpe abgegeben, das mit einem strombetriebenen Kompressor verdichtet und so erhitzt wird und letztlich über einen Wärmetauscher das Warmwasser erhitzt.

Dabei gilt: Je höher die Raumtemperatur, desto effektiver die Wärmepumpe. Stehen also eine Gefriertruhe, ein Kühlschrank, ein Wäschetrockner oder die Heizungsanlage im selben Raum, so wird die von diesen Geräten ausgehende Abwärme sinnvoll genutzt, um das Warmwasser zu erhitzen.

Warmwasser-Wärmepumpen eignen sich damit perfekt für bestehende Ein- und Zweifamilienhäuser: Kaum eine Energiesparmaßnahme rechnet sich in Bestandsgebäuden so schnell wie eine Entkopplung der Warmwasserbereitung vom Heizkessel. So kann der zentrale Wärmeerzeuger außerhalb der Heizperiode komplett ausgeschaltet werden, was sehr viel Energie spart und CO2-Emissionen reduziert.

Vielerorts sind in Altbauten noch ältere Elektro-Standspeicher im Einsatz. Der Austausch gegen eine Warmwasser-Wärmepumpe ergibt eine noch höhere Stromeinsparung von bis zu 70 Prozent. Die Investition in eine Warmwasser-Wärmepumpe amortisiert sich dann bereits nach zwei bis sechs Jahren.

Leistungsmerkmale von Warmwasser-Wärmepumpen

Warmwasser-Wärmepumpen für Einfamilienhäuser haben in der Regel eine Heizleistung von 1,5 bis 2,5 kW, sind kompakt gebaut und, da der Kompressor gekapselt und schallisoliert vom Luftstrom ist, auch sehr leise. Vielfach ist bereits im Produktnamen abzulesen, wieviel Warmwasser gespeichert werden kann. Meistens beläuft sich das Volumen auf etwa 200 bis 300 Liter.

Der COP (Coefficient Of Performance) wird auch häufig recht unterschiedlich von 2,5 bis über 4 angegeben. Zum Vergleich der Effizienz von Warmwasser-Wärmepumpen sollten daher die Parameter beachtet werden, unter denen der COP gilt. Dies ist zum einen die Lufttemperatur A (wie Air = Luft) und die Warmwassertemperatur W (wie W = Water). "A15/W55" steht dementsprechend für eine Messung des COP bei einer Lufttemperatur von 15°C und einer Warmwasser-Temperatur von 55°C. Während die Bemessung früher der DIN EN 255 folgte, so gilt heute die DIN EN 16147, die auch das Zapfprofil berücksichtigt.

AEG Warmwasser-Wärmepumpe WPT 220 EL (Foto: AEG Haustechnik)
AEG Warmwasser-Wärmepumpe WPT 220 EL (Foto: AEG Haustechnik)
Austria Email Warmwasser-Wärmepumpe WPA Eco (Foto: Austria Email)
Austria Email Warmwasser-Wärmepumpe WPA Eco (Foto: Austria Email)
Warmwasser-Wärmepumpe Supraeco W von Junkers (Foto: Junkers)
Warmwasser-Wärmepumpe Supraeco W von Junkers (Foto: Junkers)
Warmwasser-Wärmepumpe x-change fresh (Foto: Kermi GmbH)
Warmwasser-Wärmepumpe x-change fresh (Foto: Kermi GmbH)
Brauchwasser-Wärmepumpe AquaWIN Air (Foto: Windhager Zentralheizung GmbH, Meitingen)
Brauchwasser-Wärmepumpe AquaWIN Air (Foto: Windhager Zentralheizung GmbH, Meitingen)
Wolf Warmwasser-Wärmepumpe SWP-260 (Foto: Wolf GmbH)
Wolf Warmwasser-Wärmepumpe SWP-260 (Foto: Wolf GmbH)
Elco Aerotop DHW Warmwasser-Abwärmepumpe (Foto: Elco)
Elco Aerotop DHW Warmwasser-Abwärmepumpe (Foto: Elco)
Brauchwasser-Wärmepumpe Ochsner Europa 333 Genius (Foto: Ochsner Wärmepumpen GmbH)
Brauchwasser-Wärmepumpe Ochsner Europa 333 Genius (Foto: Ochsner Wärmepumpen GmbH)

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Technische Merkmale einer Warmwasser-Wärmepumpe

Temperaturen und Brauchwasserhygiene

Durch Warmwasser-Wärmepumpen lassen sich ohne Unterstützung eines Zusatzheizstabes und auch bei sehr niedrigen Innenlufttemperaturen effizient Wassertemperaturen von 50 bis zu 65°C realisieren. So ist ein auch optimaler Legionellenschutz gewährleistet. Die Hysterese (Differenz zwischen Ein-/ Ausschalttemperatur) ist oft mit rund 5°C voreingestellt. Die max. Brauchwarmwassertemperatur, die erreicht werden kann, beträgt vielfach 70 °C. Bei Erreichen dieser Speichertemperatur wird dann die Temperaturdifferenzregelung deaktiviert. Die Warmwasser-Wärmepumpe schaltet sich dann aus.

Funktionen der Elektrozusatzheizung

Bei einem besonders hohen Warmwasserverbrauch oder bei sehr niedrigen Lufttemperaturen unter z. B. -7°C schaltet sich eine Elektrozusatzheizung (häufig etwa 1,5 kW) hinzu. Diese befindet sich nicht direkt im Brauchwarmwasser, sodass für die Zusatzheizung keine Verkalkungsgefahr und auch keine Korrosionsmöglichkeit besteht. Neben der Notfunktion kann die elektrische Zusatzheizung auch optional für eine Verkürzung der Aufheizzeiten genutzt oder höhere Entnahmetemperaturen erzielt werden.

Funktionsprinzip des Warmwasserspeichers

Wird warmes Wasser entnommen, so strömt Kaltwasser von unten in den Speicher geführt, um ein Durchmischen zu verhindern. Der Warmwasserspeicher ist meistens innenseitig emailliert und verfügt über eine Magnesium-Schutzanode. Zwei Speichersensoren sorgen für eine exakte Temperaturmessungen. Je nach diesen Temperaturwerten bestimmt die Regelung der Warmwasser-Wärmepumpe ob und wieviel geheizt werden muss. Die Gehäusedämmung sorgt letztlich für eine dauerhafte Speicherung des Warmwassers über mehrere Stunden ohne Temperaturverluste.

Steuerung der Warmwasser-Wärmepumpe

Moderne Warmwasser-Wärmepumpe verfügen heute über einen Touchscreen-Regler mit zahlreichen Einstellmöglichkeiten der Wassertemperatur, Zeitsteuerung, Betriebsmodi wie Urlaubsprogramm oder Energiesparmodus, Legionellenfunktion und Zusatzfunktionen wie eine Solarregelung oder Smart Grid-Funktion. Dabei stehen auch Funktionen für die Verbrauchsoptimierung zur Verfügung. Um einen perfekten Trinkwarmwasserkomfort zu gewährleisten, lässt sich die Warmwasser-Wärmepumpe auch häufig für jeden Wochentag programmieren. Teilweise können Regelungen auch ausgebaut und kabelgebunden oder per Funksteuerung im Wohnraum installiert bzw. genutzt werden.

Aufstellung und Anschluss der Warmwasser-Wärmepumpe

Aufstellung einer kompakten Warmwasser-Wärmepumpe WWK 221 electronic mit Luftkanalanbindung im Hauswirtschaftsraum. (Foto: Stiebel Eltron)
Aufstellung einer kompakten Warmwasser-Wärmepumpe WWK 221 electronic mit Luftkanalanbindung im Hauswirtschaftsraum. (Foto: Stiebel Eltron)

Insbesondere bei der Aufstellung im Keller oder in Außenräumen muss darauf geachtet werden, dass dieser frostfrei mit ganzjährigen Temperaturen über 10°C ist. Von Vorteil sind wie beschrieben Räume, die Abwärmequellen von Haushaltsgeräten oder der Zentralheizung selbst aufweisen. Der Aufstellort muss zudem einen Wasserablauf für anfallendes Kondensat, einen tragfähigen Untergrund von rund 500 kg sowie Staub- und fettfreie Luft aufweisen.

Alle gängigen Warmwasser-Wärmepumpen passen in die üblichen 2,25 Meter hohen Räume. Für sehr niedrige Kellerräume gibt es aber auch spezielle Warmwasser-Wärmepumpen mit einer Standhöhe von z. B. 1,55 Meter. Bei der Aufstellung der Warmwasser-Wärmepumpe sollte man sich aber immer nach der Kipphöhe richten. Die Positionierung der Warmwasser-Wärmepumpe selbst kann flexibel erfolgen, nur sollte darauf geachtet werden, dass, um einen störungsfreien Betrieb zu gewährleisten, ein Freiraum links und rechts von mindestens 0,5 m eingehalten wird.

Der Raum sollte je nach Leistung der Warmwasser-Wärmepumpe ein Mindestvolumen von 10 bis 12 Kubikmetern haben, was einer Aufstellfläche je nach Raumhöhe von 6 bis 7 Quadratmetern entspricht. Teilweise gibt es auch die Möglichkeit, über ein Rohrkanalsystem die Zuluft- und Abluft flexibel zwischen Raum- und Außenluft auszuwählen. Im Umluftbetrieb kann der Aufstellraum bzw. im Kanalbetrieb auch ein Nebenraum abgekühlt und entfeuchtet werden. Bei Umluftbetrieb sollte der Raum mindestens 20 m3 groß sein.

Zum Anschluss der Warmwasser-Wärmepumpe selbst, bedarf es nur einer Steckdose und einer zentralen Warmwasser- und Kaltwasserleitung. Die Installation selbst geht sehr schnell, da sie bereits steckerfertig geliefert wird und nur an die Wasserversorgung angeschlossen werden muss. Etwas komplizierter wird es lediglich bei der optionalen Installation der Luftkanäle, die jeweils individuell verlegt werden müssen.

Unterstützung durch weitere Wärmeerzeuger

Die Warmwasser-Wärmepumpe lässt sich natürlich auch mit weiteren Wärmeerzeugern kombinieren. Hierfür sind Zusatzwärmetauscher im Speicher sowie meistens auch eine passende Regelungstechnik integriert. Durch den Einsatz eines externen Fühlers besteht dann die Möglichkeit, die Warmwarmwasser-Wärmepumpe wie einen Speicher zu betreiben. So kann nur der Heizkessel betrieben werden oder der Heizkessel unterstützt bei größeren Brauchwarmwasserentnahmen die Wärmepumpe, ohne, dass der Heizstab hinzu geschaltet werden muss.

Besonders lohnenswert ist die Installation der Warmwasser-Wärmepumpe, wenn sie mit anderen regenerativen Wärmeerzeugern wie Holzheizungen oder Solarthermie-Anlagen kombiniert werden kann. Auch in diesen Fällen wird über einen Fühler die Temperatur gemessen. Ist die Temperatur höher als die Brauchwarmwassertemperatur, kann eine Ladepumpe über die Regelung eingeschaltet werden. So unterstützt dann die Solarwärmeanlage bzw. z. B. Pelletheizung die Warmwasserbereitung.

Stromversorgung über die eigene Photovoltaikanlage

Schematischer Aufbau einer Kombination einer Ochsner Warmwasser-Wärmepumpe mit dem Wechselrichter einer PV-Anlage. (Grafik: www.ochsner.de)
Schematischer Aufbau einer Kombination einer Ochsner Warmwasser-Wärmepumpe mit dem Wechselrichter einer PV-Anlage. (Grafik: www.ochsner.de)

Die Anbindung der eigenen Photovoltaikanlage zur Erhöhung des Eigenverbrauchs und vor Allem umweltfreundlichen Erhitzung des Warmwassers über die Wärmepumpe ist vielfach mit einem potentialfreien Schalteingang bereits ab Werk vorgesehen. Bei Sonnenschein wird das Warmwasser gezielt auf Vorrat erhitzt, um auf diese Weise einen möglichst hohen Anteil des täglichen Warmwasserbedarfs mit PV-Strom zu decken.

Um die Warmwasser-Wärmepumpe genau dann zu betreiben, wenn ausreichend PV-Strom zur Verfügung steht, sind zwei wesentliche Komponenten erforderlich: Die erste ist der digitale Eingang der Wärmepumpe, über den der Relaisausgang des PV-Wechselrichters das Signal für ein Überangebot an selbsterzeugtem Strom übermittelt. Die zweite Komponente ist die Regelung, die das Signal verarbeitet und versucht, besonders viel des selbst erzeugten Solarstroms zu nutzen. Dazu wird ein neuer, höherer Warmwasser-Sollwert aktiviert, um die Laufzeit der Wärmepumpe zu verlängern und damit höhere Warmwassertemperaturen im Speicher zu erreichen.

Andere Regelparameter wie programmierte Sperrzeiten werden gleichzeitig aufgehoben, um den Speicher optimal für den regenerativ erzeugten Solarstrom zu nutzen. Die Warmwasser-Wärmepumpe kann so über die Zeitfunktion permanent gesperrt und nur bei ausreichendem Ertrag der PV-Anlage betrieben werden. Für konstant verfügbares Warmwasser sorgt dabei die Einstellmöglichkeit einer Mindest-Komforttemperatur, die auch während einer Sperrzeit gehalten wird.

Die Möglichkeit zur Kombination von Wärmepumpe und Photovoltaik lässt sich meistens daran erkennen, dass die Warmwasser-Wärmepumpen als Smart Grid-fähig gekennzeichnet sind. Das heißt, dass sie von außen gesteuert werden können und damit auch in der Lage sind, bei großem Stromangebot Strom zu einem günstigen Preis aufzunehmen und Warmwasser zu erzeugen. Dies ist insbesondere wichtig, um bei weiterem Ausbau der Erneuerbaren Stromnetze gezielt zu entlasten.

Sonderformen von Warmwasser-Wärmepumpen

Wärmepumpen sind deswegen ein sehr vielversprechende Technik, da sie niedrigenthalpische Wärmeströme aus jeder Wärmequelle aufnehmen und auf ein brauchbares Temperaturniveau bringen können. Daher gibt es auch im Bereich der Warmwasser-Wärmepumpe sehr interessante Weiterentwicklungen.

Warmwasser-Wärmepumpe mit Erdwärmetauscher

Die Ochsner Europa 323 DK-EW mit 300 Liter Warmwasser-Speicher wird nicht mit Luftwärme, sondern Erdwärme versorgt. Dies ist insbesondere für Passivhäuser interessant. (Foto: www.ochsner.de)
Die Ochsner Europa 323 DK-EW mit 300 Liter Warmwasser-Speicher wird nicht mit Luftwärme, sondern Erdwärme versorgt. Dies ist insbesondere für Passivhäuser interessant. (Foto: www.ochsner.de)

So hat Ochsner die Warmwasser-Wärmepumpen mit Erdkollektoren 2013 vorgestellt. Die Europa 323 DK wird dabei über einen 75 Meter langen Doppelwand-Erdkollektorrohr neben dem Fundament des Hauses versorgt. Diese Innovation ist insbesondere für Niedrigenergie- und Passivhaus-Neubauten interessant, da diese wegen des fehlenden Luftvolumens in der hoch dichten Gebäudehülle und einer zu niedrigen Fortlufttemperatur für Geräte zur kontrollierten Wohnraumlüftung keine ausreichende Abluftwuftwärmequelle besitzen. Eine Warmwasser-Wärmepumpe mit Erdwärmetauscher ist eine sehr wirtschaftliche Möglichkeit zur ganzjährigen und witterungsunabhängigen Warmwasserbereitung und ist deutlich kostengünstiger als etwa thermische Solarkollektoren.

Warmwasser-Wärmepumpe im Heizungsrücklauf

Hautec Warmwasser-Wärmepumpe HWBW-S nutzt den Heizungsrücklauf einer Warmwasser-Fußbodenheizung als Wärmequelle. (Foto: Hautec)
Hautec Warmwasser-Wärmepumpe HWBW-S nutzt den Heizungsrücklauf einer Warmwasser-Fußbodenheizung als Wärmequelle. (Foto: Hautec)

Eine weitere clevere Lösung hat sich Hautec GmbH ausgedacht. Dabei werden für die Heizung und Warmwasserbereitung zwei separate, auf ihre jeweilige Funktion optimierte Wärmepumpen eingesetzt. Die Warmwasserwärmepumpe mit Rücklaufanbindung nutzt dann die vorhandene Fußboden- oder Wandheizung als Wärmequelle.

Die hohe Wärmequellentemperatur der z. B. Fußbodenheizung (siehe Grafik) mit ca. 20°C im heizfreien Zeitraum und ca. 30°C in der Heizperiode, ermöglicht so eine effiziente Warmwasserbereitung. Die Warmwasser-Wärmepumpe von Hautec ist kombinierbar mit Warmwasserspeichern von 200 bis 1000 Liter mit Wärmetauscher.

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"Brauch- und Warmwasser-Wärmepumpen im Überblick" wurde am 03.04.2014 verfasst und am 27.01.2017 das letzte Mal aktualisiert.