Brauchwasser: Die Zweifachfunktion einer Wärmepumpe

Wer sich für umweltfreundliche und zukunftsgerichtete Wärmeerzeugung begeistert, kommen nicht umhin, sich mit Funktion und Möglichkeiten der Wärmepumpen zu beschäftigen.

Das liegt nicht nur daran, dass moderne Wärmepumpen immer effizienter arbeiten und dabei so vielseitig nutzbar sind wie nie zuvor. Sie können allein, als auch in Kombination anderer Technologien für ausreichende Mengen Brauchwasser sorgen.

Der wohl wichtigste Faktor für Bereitstellung von ausreichend Warmwassers ist die Auslegung nach Wärmebedarf. Nachfolgend stellen wir Ihnen vielseitige Informationen zur Verfügung.

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Was ist unter der Auslegung technischer Systeme zu verstehen?

Die Fachleute verstehen unter Auslegung verschiedene Faktoren, die sich insbesondere in einer Auflistung der als Grunddaten bezeichneten Parameter darstellen. In diesem Zusammenhang geht es hauptsächlich um aussagefähige Angaben wie:

• die Auswahl der Arbeitsweise (technische Lösung)
• die Konstruktionsart und die Dimensionierung
• die bestmögliche Steuerungstechnik

Jede technische Anlage beruht seitens ihrer Entwicklung, Konfiguration und Herstellung auf einer speziellen Auslegung, die unter anderem durch physikalische Simulationen und Risikoanalysen beeinflusst wird.

Außerdem können in puncto Auslegung von Wärmepumpen gleichermaßen die verarbeiteten Werkstoffe und Materialien eine ganz zentrale Rolle spielen. Die Zielstellung einer bestimmten Auslegung besteht darin, eine Systemoptimierung herbeizuführen.

Wechselspiel zwischen Auslegung und optimaler Betriebsweise

Die Erfahrungen der Praxis machen immer wieder deutlich, dass die Auslegung der Wärmepumpen, die während der Planungsphase umgesetzt wird, einen nicht unwesentlichen Einfluss auf die Leistung, die Dimensionierung und den Komfort einer Anlage hat. Im Mittelpunkt der Ermittlung der technischen und konstruktionsbezogenen Auslegung von Wärmepumpen stehen diverse Berechnungen und zweckdienliche Vorüberlegungen.

Einflussfaktoren auf die Auslegung von Wärmepumpen

Je mehr Einflüsse bei der Bestimmung der Auslegung von Wärmepumpen Berücksichtigung finden, desto besser ist das System an die individuellen Anforderungen anpassbar. Deshalb geht es darum, sowohl auf allgemeine als auch auf spezifische Kriterien einzugehen:

• Wie stellt sich der Wärmebedarf eines Haushaltes dar?
• Wie hoch ist die von der Wärmepumpe benötigte Heizleistung?
• Welche Wärmequelle ist eine adäquate Lösung?

Ergänzt werden diese Punkte durch:

• Auswahl der Heizkörper und/oder Warmwasserspeicher
• Jahresarbeitszahl von Anlagen und
• bestehende Einbaumöglichkeiten

Beim Bundesverband für Wärmepumpentechnik sind bereits vorgearbeitete Planungsbögen bestellbar, die bei der Feststellung der Auslegung recht hilfreich sein können.

Wahl der Heizkörper für Wärmepumpen

Nicht jeder Heizkörper ist für Wärmepumpen gedacht. Es gibt direkt auf die Betriebsweise der verschiedenartigen Wärmepumpen abgestimmte Heizkörper, die eine optimale Verteilung der Wärme im Raum besser unterstützen, als herkömmlich bekannte Varianten.

Natürlich beeinflussen die passenden Heizkörper und Fußbodenheizungen auch die Auslegung der Wärmepumpen und das Raumklima. Neben den Fußboden- sind gerade die Deckenheizkörper ideal, weil diese den Unterschied der Temperaturen zwischen Heizfläche und Wärmeerzeuger relativ gering halten können.

Eine verlässliche Wärmepumpe für erhitztes Brauchwasser erfreut sich dank verschiedenster Vorteile und der zusätzlichen Kombinierfähigkeit mit unterschiedlichen anderen Heizsystemen einer wachsenden Nachfrage.

Eine Wärmepumpe dieser Art wird oftmals auch als Brauchwasser­wärmepumpe oder Warmwasser-Wärmepumpe bezeichnet und kann für differente Fassungsvolumina und einen Bereitschaftsbetrieb ausgelegt sein. So gibt es jeweils Brauchwasser­wärmepumpen für:

• 200, 300, 600 und 1000 Liter sowie für
• 1.500 Liter und sogar für
• 2.000 Liter Wasser.

Wie funktioniert eine Wärmepumpe für Warmwasser?

Das Temperieren von Brauchwasser auf das benötigte Wärmelevel basiert auf einem separaten Betrieb. Vergleichbar sind solche Geräte mit einer üblichen Kühl-Gefrier-Kombi. Sie gelten daher im Vergleich zu ihrer Leistungsfähigkeit als kompakt und platzsparend.

Das Kernstück der Warmwasser-Wärmepumpe ist der Wasserspeicher, der eine zentrale Aufgabe übernimmt. Die Wärme aus einem Medium wie Oberflächen- oder Grundwasser, Umgebungsluft oder dem Erdreich wird durch einen Verdampfer und einen Radialventilator absorbiert. Das im Kreislauf zirkulierende Kältemittel weist eine niedrigere Siedetemperatur auf, als die Wärmequelle.

Das ist die physikalische Grundlage für die stattfindende Wärmeübertragung. Das kontinuierlich gepumpte Kältemittel beginnt zu sieden. Es verdampft und wird gleichzeitig komprimiert. Die Wärme nimmt zu und kann über den Verflüssiger an das kalte Brauchwasser abgegeben werden. Das Kältemittel verflüssigt sich wieder und der Kreislauf beginnt von Neuem.

Einsatzgebiete einer Wärmepumpe für Warmwasser

Die Mehrheit der Brauchwasserwärmepumpen zählt zu den Luftwärmepumpen, was ein möglichst hohes Temperaturniveau in der Luft erforderlich macht. Das ist in der Regel in Kellern oder Hauswirtschaftsräumen der Fall, in denen bereits eine Erwärmung der Luft durch eine andere Heizung (Heizgas, Heizöl, Kohle, Holz oder Solarenergie) arbeitet.

Darüber hinaus sollte bei den Warmwasser-Wärmepumpen darauf geachtet werden, dass gerade für sehr mit Feuchtigkeit belastete Räume diese Variante der Brauchwassererwärmung günstig ist.

Serienmäßige Versionen der Brauchwasser Wärmepumpe

Um den sowohl in Neubauten als auch in älteren Bestandgebäuden vorliegenden Bedarf an Warmwasser mit passablen Wärmepumpen zu decken, werden hauptsächlich Systeme wie

• auf einer Komfort-Regelung basierende Wärmepumpen
• mit einer mechanischen Regelung ausgestattete Brauchwasser-Wärmepumpen oder
• Lüftungsgeräte in Kombination mit einer Warmwasser Wärmepumpe und Drosselvorrichtung für das Kältemittel

empfohlen. Um das warme Brauchwasser aufzuheizen, können in Normalfall etwa 6 bis 10 Stunden gerechnet werden. Das hängt von der vorliegenden Raumtemperatur ab.

Elektronisch geregelte Wärmepumpen für Warmwasser

Eine große Auswahl an Einstellmöglichkeiten bieten derartige Anlagen auf der Grundlage sensibler elektronischer Regelelemente. Daraus resultiert ein wirtschaftlicher und komfortabler Betrieb. Daraus ergeben sich Regelvarianten wie:

• voreinstellbare Betriebszeit durch eingebaute elektronische Zeitschaltuhr
• Zusatzeinspeisung von Energie aus einer Photovoltaikanlage
• Regulierung für eine thermische Solaranlage

Über einen Zusatzwärmetauscher ist es kein Problem, gleichzeitig zugängliche fossile Heizanlagen anzusteuern und diese unterstützend zuzuschalten.

Wärmepumpen für Warmwasser mit mechanischer Regelung

Für diese Betriebsart werden vorwiegend die Warmwasser-Wärmepumpen konzipiert, die ausschließlich für diese Aufgabe eingesetzt werden. Die Regelung und Steuerung von Wärmepumpen dieser Art erfolgt per Hand und auf Knopfdruck an leicht verständlichen Bedienkomponenten.

Die Kombination von Frischluft und Warmwasser durch Wärmepumpen

Bei dieser Ausführung einer Warmwasser-Wärmepumpe ergeben sich mehrere positive Aspekte, denn es ergibt sich zusätzlich zur Wassererwärmung eine Lüftung des Raumes. Die verbrauchte Abluft, die reich an Wärme ist und eine Geruchs- und Staubbelastung aufweist, wird abgesaugt. Gleichzeitig wird die enthaltene Wärme entnommen und über diese Wärmepumpen zur Temperierung von Brauchwasser eingesetzt.

Frische Luft von draußen kann währenddessen über die Wandeinlässe in den Raum gelangen. Im Handel werden diese Warmwasser-Wärmepumpenmodule meist als individuelle und maßgeschneiderte Einzelfertigungen offeriert. Die Auswahl der entsprechend bedarfsgerechten Warmwasser-Wärmepumpe wird auf der Grundlage der zu beheizenden Wohnfläche vorgenommen.

Zusätzliche hilfreiche Informationen über Brauchwasser-Wärmepumpen

Bei einer Warmwasser-Wärmepumpe wird das Wasser nicht nur erhitzt, sondern in einem Behältnis angewärmt vorgehalten. Bei reibungslosem Betrieb und richtiger Auslegung ist eine Warmwasser-Wärmepumpe ideal, um über das ganze Jahr hinweg für warmes Wasser zu sorgen.

Dabei werden bis zu 75 % der aufgewendeten Wärmeenergie aus der Umgebung, überwiegend aus der Umgebungsluft, genutzt. Verbrauchte Raumluft kann gleichermaßen als stetig verfügbare Wärmequelle dienen.

Durch die für die reibungslose Funktion benötigten elektrischen Bauteile kommt es zu einem Verbrauch an elektrischer Energie, der sich bei den herkömmlichen Systemen um die 500 Watt bewegt. Daraus resultiert unter den bestehenden Gegebenheiten eine Wärmekapazität von bis zu 2.000 Watt.

In Hinsicht auf die Unterbringung einer Wärmepumpe für die Warmwasserzubereitung werden vorrangig die für eine Innenaufstellung konstruierten Aggregate angeboten. Keller-, Hauswirtschafts- oder Vorratsräume bieten optimale Positionierungsmöglichkeiten.

Auslegung einer Wärmepumpe ist wichtig für deren Größe

Bei der Auswahl einer Wärmepumpe wird auf deren Dimensionierung ein besonderes Augenmerk gelegt. Handelsübliche Wärmepumpen sind bereits serienmäßig auf eine modellbezogene Dimensionierung ausgerichtet, sodass nur noch die Auswahlentscheidung getroffen werden muss. Diese beruht wiederum auf auslegungsrelevanten Faktoren wie:

• anfallender Wärmebedarf des zu heizenden Areals (Berechnung des Wärmebedarfs nach DIN 4701)
• Ermittlung der erforderlichen Vorlauftemperatur (experimentell nach Diagramm oder durch die bekannten Zahlen der Wärmebedarfsberechnung)
• Beachtung einer zusätzlichen Warmwasser-Bereitstellung (Anzahl der Bewohner und durchschnittliche Temperatur des Warmwassers)

Auslegung von Wärmepumpen kann problematisch sein

Wenn Wärmepumpen für Neubauten oder sogenannte Bestandsgebäude hinsichtlich deren Auslegung bei der Planung begutachtet werden sollen, muss unter anderem eine Bestimmung der Heizlast nach DIN 12831 vorgenommen werden. Darüber hinaus ist die Heizlast kein alleiniges Kriterium für die endgültige Auslegung einer Wärmepumpe.

Die beste Auslegung einer Wärmepumpe liegt dann vor, wenn es nicht nötig ist, eine elektrisch gespeiste Zusatzheizung einzuschalten. Solch eine Wärmepumpe arbeitet dann monovalent. Ist das nicht der Fall, kann es sein, dass die Heizlastberechnung nicht stattgefunden hat. Liegen fehlerhafte Berechnungen nicht nur bei der Heizlast, sondern gleichermaßen bei Parametern wie

• des Deckungsanteils der Wärmepumpen
• der Jahresaufwandszahl der Raumheizung und einer Warmwasserheizung sowie
• der Gesamtjahresarbeitszahl

vor, kann das dazu führen, dass eine Wärmepumpe nicht richtig ausgelegt ist.

Häufige Fehler bei der Auslegung einer Wärmepumpe

Die Auslegung der Wärmepumpe basiert nicht nur auf

• der Berechnung der Heizlast
• der Simulation der Pumpe und Berücksichtigung des Aufschlages für Warmwasser
• der Berücksichtigung von Sperrzeiten bei Versorger mit elektrischem Strom (Wiederaufheizzeiten entstehen zusätzlich)

sondern ebenso auf den Planungsaspekten für Erdkollektoren und Erdsonden. Fundiert müssen bei der Auslegung der Wärmepumpen solche Überlegungen sein, die beispielsweise den Brunnenbau (Schluck- und Förderbrunnen) für Wasser-Wasser-Wärmepumpen betreffen.

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