Anwendungfall 5: Ergänzung Heizkessel (Einfamilienhaus)
Oftmals ist der vorhandene Heizkessel nicht alt und in einem guten Zustand. Die vollständige Umstellung auf Wärmepumpe ist noch nicht interessant, wäre zu teuer oder aufgrund der hohen Auslegungstemperaten der Heizflächen nicht geeignet.
Die ergänzende Wärmepumpe wird installiert und in den Situationen eingesetzt, in denen das wirtschaftlich sinnvoll ist. Die Wärmepumpe arbeitet im Sommer (zur Warmwasserbereitung) und bei nicht zu tiefen Außentemperaturen zur Heizung und Warmwasserbreitung.
Unterhalb des sogenanten Bivalenzpunktes - z.B. 2°C - wird statt der Wärmepumpe der Heizkessel genutzt. Eine hohe Auslegungstemperatur von vorhandenen Heizkörpern ist dadurch kein Problem. Der jährliche Deckungsanteil durch die Wärmepumpe liegt im Bereich von 50% bis 70%.
Die ergänzende Wärmepumpe mindert die Energieträger-Abhängigkeit und reduziert die Heizkosten. Vorteilhaft ist insbesondere die Variabilität in Abhängigkeit der Energiepreise: Heizkessel möglicher Deckungsanteil 30 bis 100%, Wärmepumpe möglicher Deckungsanteil 70 bis 0%.
Eine ergänzende Wärmepumpe erreicht Jahresarbeitszahlen von 3 bis 4 und damit eine kostengünstige Wärmeerzeugung. Sie passt auch gut zu einer Solarstromanlage (siehe Sonderfall G).
Gewählt wird eine Split-Wärmepumpe (Kältemittelkreislauf bis ins Haus), weil die Anlage bei Nichtnutzung nicht einfrieren kann und keine Wärmeverluste hat. Leider hängen die Splitgeräte in der Entwicklung den Monoblöcken hinterher. Es ist derzeit nur ein Modell mit A+++ für das 55-Grad-Temperaturniveau erhältlich, obwohl das gerade für Bestandsgebäude wichtig ist.
Eine kostengünstige Lösung (ca. 12.000 EUR) besteht aus der Integration in die vorhandene Anlage. Das ist unter bestimmten Bedingungen möglich:
- Bestands-Heizkessel mit Wasserinhalt mindestens 10 Liter Wasserinhalt
- Warmwasserbereiter mit Tauscherfläche mindestens 1 m²
- Wärmepumpe kann mindestens 60°C Vorlauftemperatur
- Wärmepumpe hat keinen hohen Mindestfluss (unter 1000 L/h)
Bei dieser Ausgangslage kann die Wärmepumpe parallel zum Kessel eingebunden werden; der Kessel wird dabei als hydraulische Weiche genutzt. Um Fehlströmungen zu verhindern sind Auf/Zu-Ventile nötig, die mit der betreffenden Umwälzpumpe verknüpft sind (siehe Anlageschema).
Die Umschaltung von Kessel auf Wärmepumpe erfolgt über eine Relaissteuerung in Abhänggkeit der Außentemperatur, alternativ der Tageszeit und/oder dem Solarstromangebot. Bei Umschaltung wird der Kessel gesperrt (über die Sicherheitskette) und die Wärmepumpe entsperrt (EVU-Kontakt).
Geeignet ist ein Relais mit zwei Wechselkontakten, das es als Hutschienenrelais gibt.
Die Wärmepumpe arbeitet regelungstechnik unabhängig vom Heizkessel. Sie hat eigene Fühler für Außentemperatur, Vorlauftemperatur, Warmwassertemperatur und ihre Regelung wird separat eingestellt. Das ist zwar aufwendig, bietet aber eine hohe Variabilität. Zum Beispiel kann mit dem Heizkessel das Gebäude morgens schnell aufgeheizt werden, anschließend mit niedriger Vorlauftemperatur durch die Wärmepumpe weitergeheizt werden.
Problematisch ist die Warmwasserbereitung: mit Vorlauftemperaturen von 60°C und den kleinen Heizschlangen vorhanderer Speicher sind nur ca. 50°C Warmwassertemperatur möglich.
Das ist hygienisch kritisch, daher sollte jeden Morgen der Warmwasserspeicher mit dem Heizkesel auf ca. 55°C aufgeheizt werden. Das passt auch zum typischen Nutzungsprofil (morgens Duschen) und vermeidet den in dieser Tageszeit meistens uneffizienten Wärmepumpenbetrieb (niedrige Außentemperatur).
Gewählt wird eine Split-Wärmepumpe mit einer Heizleistung von ca. 7 kW (bei A2/W55). Der ETAs-Wert für das 55-Grad-Temperaturniveau sollte mindestens 140% sein (BAFA-Liste). Der maximale Schallleistungspegel sollte höchstens 60 dB(A) betragen und das Kältemittel fortschrittlich sein (z.B. R32). Der Setpreis (Außenteil, Innenteil, Regelung) sollte niedrig sein.
Mögliche Produkte sind (Leistung bei Außentemperatur 2°C):
Elco Aerosplit 8.2: 10 kW, 60°C, 140%, 61 dB(A), R32, Händlerpreis ca. 8.000 €
Panasonic Aquarea LT Split “K”: 6 kW, 60°C, 142%, 62 dB(A), R32, Händlerpreis ca. 6.000 €
Remko WKF 130: 9 kW, 60°C, 151%, 61 dB(A), R32, Händlerpreis ca. 8.000 €
Remko WKF 80: 6 kW, 60°C, 145%, 58 dB(A), R32, Händlerpreis ca. 7.000 €
