4. Juli 2024

Wir zeigen, worauf bei der Planung und Auslegung zu achten ist. Eine Marktübersicht stellt Modelle mit dem Kältemittel R290 vor

Eine Teilsanierung der Heizungsanlage – bezogen rein auf die Warmwasserbereitung – kann in Ein- und Zweifamilienhäusern durchaus sinnvoll sein. Etwa, wenn der Trinkwasserspeicher der Ölheizung undicht ist, der Kessel aber erst einmal bleiben soll. Auch lässt sich beispielsweise die Trinkwassererwärmung von der Zentralheizung abkoppeln. Damit kann der Heizkessel im Sommer ausgeschaltet bleiben. Wir zeigen, worauf bei der Planung einer Trinkwasser-Wärmepumpe zu achten ist und stellen in einer Marktübersicht Geräte vor, die mit dem als umweltschonend geltenden Kältemittel R290 (Propan) betrieben werden.

Die in Ein- und Zweifamilienhäusern typischen Trinkwasser-Wärmepumpen, umgangssprachlich auch als Warmwasser- oder Brauchwasser-Wärmepumpen bezeichnet, verfügen in der Regel über einen rund 200 bis 300-l großen Speicher. Die Wärmepumpe selbst ist darauf aufgesetzt und entzieht der Umgebungsluft Wärme. Dadurch kühlt der Raum um einige Kelvin herunter und wird zudem entfeuchtet. Alternativ kann auch Außenluft über Luft kanäle angesaugt und zur Trinkwassererwärmung genutzt werden. Je nach Temperaturprofil sind Jahresarbeitszahlen von 3 im ganzjährigen Mittel durchaus realistisch – wenn die Voraussetzungen für eine optimale Betriebsweise stimmen. Die Herstellervorgaben sind diesbezüglich unterschiedlich und unbedingt zu beachten. Grundsätzlich sollte der Aufstellraum ein Mindestvolumen von rund 20 m³ aufweisen, damit er nicht zu stark auskühlt und so die Effizienz der Trinkwasser-Wärmepumpe mindert. Heizungskeller oder Räume mit Waschmaschine/Wäschetrockner oder Kühl- und Gefriergeräten empfehlen sich oft mals als Aufstellort.

Wichtig: Fällt die Zuluft temperatur unter +7 °C, kann der Verdampfer bei einigen Modellen vereisen und muss elektrisch aufgetaut werden. Das geht zu Lasten der Effizienz.

Ebenfalls wichtig ist der Schallleistungspegel der Geräte: Mit Werten um die 50 dB(A) sind Trinkwasser-Wärmepumpen etwas lauter als ein moderner Kühlschrank. Das gilt es bei der Aufstellung zu beachten.

PV-Strom clever nutzen und thermisch speichern

Vor- und Nachteil zugleich ist die relativ geringe Heizleistung der Trinkwasser-Wärmepumpen. Die Leistungsaufnahme typischer Geräte liegt bei 400 bis 800 Watt. Dementsprechend beträgt die Heizleistung je nach Zulufttemperatur zwischen 1,5 und 2 kW. Duschen oder baden mehrere Personen rasch hintereinander, so kann die Wiederaufladezeit bis zu 10 Stunden betragen. Die geringe Leistungsaufnahme ist aber in Kombination mit einer PV-Anlage ein großer Vorteil, schließlich lässt sich über den Tag verteilt der eigene Strom nutzen. Dank der heute in den meisten Geräten eingebauten Schnittstelle SG-Ready lässt sich das Temperaturniveau bei Überschussstrom von z. B. 55 °C auf 62 °C erhöhen. So lässt sich PV-Strom thermisch speichern.

Elementar ist in diesem Zusammenhang, dass der Warmwasserspeicher im Laufe des Tages nicht auskühlen darf – etwa aufgrund einer schlechten Dämmung der Rohrleitungen oder einer ungeregelten Zirkulation. Erfahrungen aus der Praxis belegen, dass insbesondere mangelhaft installierte bzw. betriebene Zirkulationssysteme zu Lasten der Effizienz gehen. So erhöhen zu große Volumenströme in der Zirkulation die Wärmeverluste im Rohrnetz, führen zu einer ungewollten Durchmischung des Warmwasserbereiters und letztlich zu einem häufigen Nachladen durch die Wärmepumpe. Bei Schwerkraftzirkulationen drohen mitunter hygienische Risiken. Die Temperatur der Zirkulation am Speichereintritt liegt nicht selten im Bereich ‹ 45 °C. Legionellen können sich unter diesen Bedingungen stark vermehren.

Unser Tipp: Im Zuge der Installation einer Trinkwasser-Wärmepumpe sollte unbedingt eine Zirkulationspumpe mit Schwerkraftbremse und Zeitschaltuhr eingebaut werden. Der Zirkulationsmassenstrom ist mittels Strangregulierventil oder anderen Einrichtungen auf das erforderliche Maß zu begrenzen. Warmwasser führende Rohrleitungen sind ausreichend stark und lückenlos zu dämmen. Das betrifft insbesondere die Anschlüsse direkt am Trinkwasserspeicher, aber auch Armaturen.

Hinweise zur Marktübersicht

Das am Markt verfügbare Angebot an Trinkwasser-Wärmepumpen ist enorm. Viele Geräte werden jedoch noch mit klassischen Kältemitteln mit hohem GWP (Global Warming Potential) angeboten, etwa R134a (GWP 1439) oder 513a (GWP 630). Nur relativ wenige Hersteller bieten aktuell Trinkwasser-Wärmepumpen mit Propan (R290, GWP 3) als Kältemittel an. Es ist zu erwarten, dass sich der Markt verändern wird. Die Vorteile von Propan als umweltfreundliches und thermodynamisch effizientes Kältemittel für Wärmepumpen sind unbestreitbar.

Die bei der Installation von außen aufgestellten Luft/Wasser-Wärmepumpen mit R290 geforderten besonderen Schutzbereiche gelten aufgrund der geringen Kältemittel-Füllmenge bei reinen Trinkwasser-Wärmepumpen nicht, es müssen aber die Installationshinweise der Hersteller beachtet werden.

Unsere Marktübersicht zeigt einen Ausschnitt der am Markt verfügbaren R290-Modelle. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die Hersteller meist mehrere Varianten ihrer Trinkwasser-Wärmepumpen anbieten. Das betrifft sowohl die Speichergröße als auch einen optional integrierten Wärmeübertrager, um die Wärmepumpe zum Beispiel an eine Solarthermieanlage oder einen Wärmeerzeuger anschließen zu können. Weiterhin muss angemerkt werden, dass bei den Speicher- und Bereitschaftsverlusten die Volumina miteinander verglichen werden müssen. Bei 100 l Speicherinhalt ist der Bereitschaftsenergieverlust und damit der Stromverbrauch im Standby niedriger als bei 300 l Inhalt. Das betrifft ebenso die Aufheizzeit nach vollständiger Entleerung. Beim Schallleistungspegel geben einige Hersteller den Wert für die Kanalvariante oder einen Schalldruckpegel in X Metern Entfernung an.

Exot: Heizungsrücklauf-Trinkwasser-Wärmepumpe

In der Marktübersicht findet sich ein Anbieter (Hautec) mit einer Heizungsrücklauf-Trinkwasser-Wärmepumpe. Diese Variante nutzt den Rücklauf einer Fußbodenheizung als Wärmequelle: ein Teilvolumenstrom des Rücklaufwassers wird durch den Verdampfer der Wärmepumpe geleitet. Dabei muss sichergestellt werden, dass der für den Betrieb der Trinkwasser-Wärmepumpe notwendige quellenseitige Volumenstrom zu jeder Zeit ungehindert fließen kann (z.B. Einzelraumregler voll öffnen für einen Teil der Fußbodenfläche). Alternativ kann auch ein Trennpufferspeicher als Wärmequelle genutzt werden. Das Heizungswasser kühlt in der Betriebsphase um rund 3 Kelvin ab.

Eine Marktübersicht mit Trinkwasser-Wärmepumpen findet sich hier.

Wie viel Öl ersetzt eine Trinkwasser-Wärmepumpe?

Die Antwort auf diese Frage hängt von vielen Faktoren ab, etwa von den Verlusten im Warmwasserzirkulationssystem, der Warmwassertemperatur und natürlich vom Warmwasserbedarf. Wir nähern uns dem Thema einmal konservativ: Im Ein- und Zweifamilienhausbereich kann nach VDI 4645 mit dem vereinfachten Verfahren dimensioniert werden. Pro Person werden 25 l mit 60 °C als Tagesbedarf für Warmwasser angesetzt. Dies entspricht einer Wärmemenge von 1,45 kWh/Person. Dieser Wert wird verdoppelt, um die Verluste über den Speicher und die Zirkulation auszugleichen. Legen wir für unser Beispiel einen Vier-Personen-Haushalt zugrunde, dann ergibt sich ein jährlicher Bedarf für die Warmwasserbereitung von 1,45 kWh/Tag x 2 (Verluste) x 4 Personen x 365 Tage/Jahr = 4234 kWh, also rund 420 l Heizöl jährlich. Legen wir weiterhin eine Jahresarbeitszahl von 3 zugrunde, dann müssen für die Warmwasserbereitung rund 1400 kWh jährlich an elektrischer Energie aufgewendet werden.

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