Letzte Aktualisierung: 09.03.2022
Anzeige
Einfluss von Sperrzeiten auf die Leistung von Wärmepumpen
Was sind Sperrzeiten und wie müssen diese bei der Leistung der Wärmepumpe berücksichtigt werden?
Anzeige
Sperrzeiten für steuerbare Verbrauchseinrichtungen wie z.B. Wärmepumpen werden individuell von den örtlichen Netzbetreibern festgelegt und richten sich nach den Lastprofilen und Zeiten mit der höchsten Netzauslastung. Hintergrund sind Regelungen in §14a Energiewirtschaftsgesetz (EnWG), wonach Netzbetreiber ein reduziertes Netzentgelt zu berechnen haben, wenn im Gegenzug die netzdienliche Steuerung der Wärmepumpe vereinbart wurde.
Anzeige
Berücksichtigung von Sperrzeiten bei der Leistungsberechnung
Wärmepumpen werden in aller Regel mit einem vergünstigten Heizstromtarif betrieben, der jedoch mit sogenannten "Sperrzeiten" verbunden ist, in denen die Wärmepumpe nicht mit Strom versorgt wird und somit auch keine Wärme produzieren kann. Die Stromzufuhr kann jedoch maximal nur 3 x 2 Stunden innerhalb von 24 Stunden unterbrochen werden und zwischen zwei Sperrzeiten muss die Zeit mindestens so lang sein wie die vorangegangene Sperrzeit.
Während dieser Unterbrechung können die Wärmepumpen nicht betrieben werden, was bedeutet, dass die Wärmemenge, die während der Sperrzeiten des Energieversorgungsunternehmens (EVU) für die Beheizung des Gebäudes benötigt wird, vorproduziert und üblicherweise in einem Pufferspeicher zwischengespeichert wird.
Alle Netzbetreiber kommunizieren generelle Angaben zu steuerbaren Verbrauchseinrichtungen mittels der Technischen Anschlussregel (TAR) 4100 bzw. der jeweiligen TAB. Viele Netzbetreiber machen jedoch gar keine konkreten Angaben zu Sperrzeiten für Wärmepumpen. Einige veröffentlichen konkrete Anforderungen und fordern Steuereinrichtungen, steuern diese jedoch nicht an. Wieder andere fordern Steuergeräte an Wärmepumpen, die jeweiligen Sperrzeiten sind jedoch dann explizit beim Netzbetreiber anzufragen.
Letztlich veröffentlichen laut einer Studie der Bergischen Universität Wuppertal
- rund 15% der Netzbetreiber feste Sperrzeiten, an denen die Wärmepumpen täglich zu einer festen Uhrzeit gesperrt werden, und
- etwa 10% der Netzbetreiber veröffentlichen flexible Sperrzeiten mit einer maximalen Sperrzeit pro Tag und einer maximalen Sperrzeit pro Sperrung.
| Flexible Sperrzeit | Max. Abschaltzeit pro Tag | Max. Abschaltzeit pro Abschaltung |
|---|---|---|
| Sperrzeit 6/2 | 6 Stunden | 2 Stunden |
| Sperrzeit 2/2 | 2 Stunden | 2 Stunden |
| Sperrzeit 3/1,5 | 3 Stunden | 1,5 Stunden |
Berechnung individueller Sperrzeitfaktoren nach EVU-Vorgaben
Um nach einer Wärmepumpensperrzeit ausreichend Leistung zu haben, muss bei der Auslegung ein Sperrzeitfaktor für die Wärmepumpenleistung mit berücksichtigt werden. Die nötige Leistungserhöhung entspricht dabei dem Anteil der Sperrzeiten. Diese Unterbrechungszeiten werden mittels eines Faktors zur Ermittlung des Leistungsbedarfes berücksichtigt. Der erforderliche Sperrzeitfaktor wird nach folgender Formel ermittelt:
Sperrzeitfaktor = 24 h / (24 h - Sperrzeit)
Betragen die EVU Sperrzeiten z. B. 3 x 2 Stunden, also insgesamt 6 Stunden, berechnet sich der Sperrzeitfaktor der Wärmepumpe wie folgt:
Sperrzeitfaktor = 24 h / (24 h - 6 h) = 1,33
Anzeige
Überbrückung von Sperrzeiten im Neubau mit Fußbodenheizung
In der Praxis können in einem Neubau mit Fußbodenheizung, durch die hohe Speichermasse des Fußbodenestrichs, der wie ein großer Pufferspeicher wirkt, kleinere Sperrzeitfaktoren verwendet werden. Daher beträgt der Sperrzeitfaktor für Wärmepumpen im Neubau mit Fußbodenheizung für 1 x 2 Stunden = 1,05, für Sperrzeiten von z. B. 2 x 2 Stunden = 1,10 und für EVU Sperrzeiten von 3 x 2 Stunden = 1,15.
Im Allgemeinen reicht bei Neubauten mit Wärmepumpe und Fußbodenheizung das vorhandene Wärmespeichervermögen aus, um eine etwa 2-stündige Sperrzeit ohne Wärmeeinbußen zu überbrücken. Wegen der erforderlichen Wiederaufheizung der Speichermasse des Fußbodens sollte jedoch trotzdem eine Leistungserhöhung der Wärmepumpe in Betracht gezogen werden.
Besonderheiten der Sperrzeitüberbrückung mit Pufferspeichern
In Altbauten dienen in aller Regel Pufferspeicher, um die Sperrzeiten des EVU zu überbrücken. Da die EVU die Sperrzeiten mittels Rundsteuerempfänger entsprechend der tatsächlichen Last steuern, entsprechen die resultierenden Sperrzeiten in der Praxis nicht immer den maximal möglichen Sperrzeiten, sodass sich mit einem normal dimensionierten Pufferspeicher mit z. B. 400 Litern Volumen für eine Wärmepumpe in einem Einfamilienhaus Abkühlungen von 1 bis 2 Kelvin auffangen lassen.
Lediglich wenn der Temperaturfühler im Pufferspeicher bei Eintritt der Sperrzeit gerade das "Ein"-Signal zum Anlauf der Wärmepumpe sendet, kann es zu größeren Abkühlungen kommen, da für die Sperrzeit vom EVU kein Vorsignal gegeben wird und sich dann kein oder nur ein geringes nutzbares Temperaturniveau im Pufferspeicher befindet.
Um die 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.
Planungsfehler bei Nichtberücksichtigung der Sperrzeiten
Oftmals werden die EVU Sperrzeiten bei der Leistungsbestimmung einer Wärmepumpe nicht richtig oder garnicht berücksichtigt. Im Betrieb fällt dies nicht weiter auf, da dann der Elektroheizstab die Sperrzeiten zu überbrücken hilft. Jedoch verschlechtert sich die Jahresarbeitszahl und der Stromverbrauch der Wärmepumpe wird unnötig erhöht.
Dies gilt ebenso für eine Nachtabsenkung oder -Abschaltung, die den gleichen Effekt auf die Leistung der Wärmepumpe hat wie die Sperrzeiten. Daher sollte beim Kauf der Wärmepumpe beim Heizungsbauer deutlich nachgefragt werden, ob diesem die EVU Sperrzeiten bekannt sind und, ob diese in die Auslegung der Wärmepumpe mit eingerechnet wurden.
Falls nicht, so sollte der Heizungsbauer beim Elektroinstallateur nachfragen, der den Zählerantrag für die Wärmepumpe stellt und auch über die Sperrzeiten des EVU Kenntnis hat.
Anzeige
FAQ: Häufige Fragen zu den Sperrzeiten von Wärmepumpen
Wer bestimmt die Sperrzeit?
Werden Wärmepumpen als steuerbare Verbrauchseinrichtungen nach § 14a EnWG betrieben, darf der Netzbetreiber diese Anlagen zur Entlastung des Stromnetzes einsetzen. Dies kann er entweder durch eine direkte Steuerung der Wärmepumpe vornehmen (intelligente Messgeräte, Steuerboxen, Rundsteuerempfänger) oder durch fest vorgegebene Abschaltzeiten (Zeitschaltuhr). Die Ausgestaltung der Sperrzeit und die dafür verwendete Technik werden von jedem Netzbetreiber individuell vorgenommen.
Dürfen die Sperrzeiten elektrisch überbrückt werden?
In der Zeit, in der die Wärmepumpe durch den Netzbetreiber abgeschaltet wird, ist diese für die Wärmeerzeugung beim Letztverbraucher gesperrt. Während der Sperrung der Wärmepumpe muss der Letztverbraucher seinen Wärmebedarf aus einem Pufferspeichersystem oder einer nichtelektrischen Wärmeerzeugung decken. Eine anderweitige elektrische Wärmeerzeugung ist durch den Netzbetreiber während der Sperrzeit verboten.
Wie wirken sich Sperrzeiten auf die Wärmepumpen-Leistung aus?
Besitzt der Letztverbraucher keinen weiteren nichtelektrischen Wärmeerzeuger, muss das Pufferspeichersystem den Letztverbraucher während der Sperrzeit mit Wärme versorgen. Gleichzeitig muss die Wärmepumpe größer dimensioniert werden, damit diese auch am kältesten Tag des Jahres das Pufferspeichersystem mit Wärmeenergie aufladen kann. Daher ist das Wissen um die maximale Sperrzeit pro Tag und pro Sperrvorgang von Bedeutung, um das Wärmesystem entsprechend der Netzrestriktionen auslegen zu können.
