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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.

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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.

Der Trinkwarmwasserspeicher EAS-W von Brötje verfügt über eine besonders große Wärmetauscherfläche, um auch bei geringen Temperaturunterschieden zwischen Wärmepumpe und Trinkwarmwasser noch einen guten Wärmeübergang für eine hohe Leistungszahl (COP) zu gewährleisten. (Grafik: August Brötje GmbH, Rastede)
Der Trinkwarmwasserspeicher EAS-W von Brötje verfügt über eine besonders große Wärmetauscherfläche, um auch bei geringen Temperaturunterschieden zwischen Wärmepumpe und Trinkwarmwasser noch einen guten Wärmeübergang für eine hohe Leistungszahl (COP) zu gewährleisten. (Grafik: August Brötje GmbH, Rastede)

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.

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.

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.

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"Optimierung einer Wärmepumpe mit Pufferspeicher" wurde am 10.11.2017 das letzte Mal aktualisiert.