Bivalenter Betrieb von Wärmepumpen

Bivalent betriebene Wärmepumpen erzeugen die Heizwärme in Kombination mit einem anderen Heizwärmeerzeuger, der bei tieferen Außentemperaturen die Beheizung des Gebäudes unterstützt oder ganz übernimmt. Als bivalenter Betrieb gilt die Kombination mit einem Heizstab, einer anderen Wämepumpe oder einer Verbrennungsheizung mit Öl, Gas, Holz etc.

Wärmepumpen werden bevorzugt in Altbauten mit hohen Vorlauftemperaturen im Heizungssystem und in größeren Gebäuden bivalent eingesetzt. Dabei kommen als zweite Heizwärmeerzeuger vielfach Gas- und Ölheizungen als auch BHKW oder Solarthermie-Anlagen zum Einsatz. Holzheizungen oder wasserführende Kaminöfen werden nur selten mit Wärmepumpen kombiniert. Während die Heizwärmeanforderungen vielfach den bivalenten Einsatz von Wärmepumpen nötig machen, spielen vor allem auch wirtschaftliche Gründe eine Rolle. So bietet es sich z. B. an, Erdwärmepumpen mit einer konventionellen Spitzenlastheizung zu kombinieren, da so der Ausnutzungsgrad der Erdwärmeheizung gesteigert werden kann. Dies führt dazu, dass der Erdwärmetauscher im Gegensatz zu einer monovalenten Auslegung kleiner ausfallen kann und sich somit die Gesamtkosten der durch die Wärmepumpe produzierten Kilowattstunde Wärme reduzieren.

Man unterscheidet drei unterschiedliche Formen eines bivalenten Wärmepumpenbetriebs:

• Bivalent-alternativ: Die bivalent-alternative Betriebsweise wird gewählt, wenn hohe Vor- und Rücklauftemperaturen notwendig sind oder der Wärmestrom aus der Wärmequelle nur bis zu einem bestimmten Grad ausreicht. Bei einem bivalent-alternativen Betrieb heizt entweder die Wärmepumpe oder der zweite Wärmeerzeuger. Da der Jahresdeckungsanteil gegenüber anderen Betriebsweisen mit häufig etwa 60 % relativ gering ist, wird diese Betriebsweise selten gewählt.
• Bivalent-parallel: Bei einem bivalent-parallelen Betrieb sind die Wärmepumpe und der zweite Wärmeerzeuger ab einer bestimmten Außentemperatur (Bivalenzpunkt) von z. B. 3 °C gemeinsam in Betrieb. Diese Betriebsart wird gewählt, wenn zum Beispiel bei einer Gebäuderenovierung eine Luft/Wasser-Wärmepumpe mit einem bestehenden Heizungskesselanlage kombiniert wird. Je nach dem gewählten Bivalenzpunkt ergeben sich häufig Jahresdeckungsanteile der Wärmepumpe von über 80%.
• Bivalent-teilparallel: Ein bivalent-teilparalleler Betrieb bedeutet, dass ab einer bestimmten Außentemperatur lastabhängig Wärmepumpe und zweiter Wärmeerzeuger gemeinsam in Betrieb sind. Im Extremfall ist nur noch der zusätzliche Wärmeerzeuger in Betrieb. Diese Betriebsweise wird meistens in Verbindung mit der Wärmequelle Luft oder bei Heizungssystemen mit hoher Rücklauftemperatur gewählt.

• Erdwärmeheizung: Bei der Kombination einer Sole/Wasser-Wärmepumpe mit einem Spitzenlastkessel wie z.B. einem Gas-Brennwertgerät kann der Erdwärmetauscher (Erdsonden oder Flächenkollektor) kleiner dimensioniert werden. Dies spart Investitionskosten und dient insbesondere in Altbauten mit hohen Vorlauftemperaturen wie z. B. mit Heizkörpern auch der Versorgungssicherheit.
• Luftwärmepumpe: Die bivalente Kombination einer Spitzenlastheizung und einer Luftwärmepumpe hat den Vorteil, dass gerade im Sommer und in den Übergangsmonaten die Luftwärmepumpe sehr effizient die Luftwärme in Heizwärme umwandeln kann. Eine bivalente Luftwärmepumpe weist daher deutlich höhere Jahresarbeitszahlen als monovalente Luftwärmepumpen auf.
• Gas- und Ölheizungen: Gas- und Ölheizungen sind relativ günstig in der Anschaffung, weisen jedoch hohe und weiter steigende Heizkosten auf. Daher lohnt es sich, gerade in Altbauten Gas- und Ölheizungen nur noch im Winter unter Vollast laufen zu lassen und die Heizwärmebereitstellung den Rest des Jahres über eine bivalente Wärmepumpe abzudecken. Dies spart Heizkosten und verlängert die Nutzungsdauer der Öl- und Gasheizung.
• Solarthermie: Aus rein wirtschaftlichen Gesichtspunkten macht die bivalente Kombination einer Wärmepumpe und einer Solarthermie-Anlage wenig Sinn. Der Vorteil einer solchen Kombination liegt jedoch insbesondere auf der Seite der Umweltfreundlichkeit und Autarkie. Mit einer Wärmepumpe und Solarthermie minimiert man den Stromeinsatz für den Wärmepumpenbetrieb und die CO₂-Emissionen.
• Holzheizungen: Ähnlich wie bei der Solarwärme ist aufgrund der hohen Anschaffungskosten sowohl einer Wärmepumpe als auch einer Holzheizung eine Kombination wirtschaftlich wenig sinnvoll, sondern nur aus Gesichtspunkten der Umweltfreundlichkeit lohnend. Lediglich das Zuheizen durch einen wasserführenden Kaminofen im Winter kann auch wirtschaftlich interessant sein.
• Kaskadenschaltung: Eine Sonderform des bivalenten Betriebs von Wärmepumpen ist die sogenannte Kaskadenschaltung. Dabei werden Luft- und Erdwärmepumpen unter- und miteinander so zusammengeschaltet, um unterschiedliche Leistungsbedarfe effizient abzudecken. Dies kann insbesondere in energetisch sanierten Mehrfamilienhäusern und größeren Immobilien vorteilhaft sein.