Kühlen mit der Fußbodenheizung

Im Sommer mit der Fußbodenheizung kühlen? Ist das möglich? Ja und es funktioniert wunderbar, wenn einige Punkte beachtet werden.

Der Kühlbedarf im Wohnbereich hat sich die letzten Jahrzehnte deutlich gesteigert. Hintergrund ist hier zum einen der geänderte Baustil. Die Speichermassen haben sich reduziert (leichtere Baustoffe), die Wohnräume sind offener gestaltet und die Fensterflächen haben sich erhöht. Zum anderen trägt auch der allgemeine Klimawandel zum höheren Kühlbedarf bei.

Eine Kühlung ist heute bereits in vielen Objekten eine große Bereicherung. Dank dem Vormarsch der Wärmepumpe (Luftwärmepumpen oder Erdwärmeanlagen) steht nun erstmals bei der Auswahl des richtigen Produktes praktisch ohne eine zusätzliche Investition „Kühle“ zur Verfügung.

Doch wie kann mann diese Kühle dem Gebäude zuführen? Vielen Kritikern zum Trotz kann mit einer wassergeführten Fußbodenheizung wunderbar gekühlt werden. Man spricht hier von einer Flächenkühlung.

Kühlleistung der Fußbodenheizung

Die Leistung, die eine Fußbodenheizung in Form einer Wärmeabgabe (heizen) oder Wärmeaufnahme (kühlen) erzielen kann, setzt sich aus drei Komponenten zusammen.

Wie viel Kühlleistung hat meine Fußbodenheizung?

Die Fußbodenheizung ist ein Wärmeabgabesystem mit überwiegendem Wärmestrahlungsanteil „S“.  Je nach Vorlauf bzw. Oberflächentemperatur beträgt der Anteil der Wärmestrahlung ca. 60-95%. Dies bedeutet, dass die Abgabe über die Luft, Konvektion bzw. die Wärmeleitung ein untergeordnete Rolle spielen.

Im Heizbetrieb ist liegt die Wärmeabgabeleistung einer Fußbodenheizung bei rund 50 W/m². Sowohl die Strahlung als auch die Konvektion unterstützen den Wärmetransport.

Wird mit der Fußbodenheizung gekühlt, reduziert sich die Kühlleistung fast zur Gänze auf den Strahlungsanteil. Diese ist abhängig von der Temperaturdifferenz zwischen dem Fußboden und den anderen Oberflächen (Wände, Möbel, Mensch,…). Je nach Differenz bewegt sich die Kühlleistung zwischen 20-30 W/m². Für die Kühlung des Wohnbereichs ist dieser Wert völlig ausreichend.

Perfekt und komfortabel mit der Wärmepumpe kühlen

Will man mit der Fußbodenheizung mit hohem Komfort kühlen, so sollte dies vorausschauend erfolgen. Die Kühlung sollte nicht erst aktiviert werden, wenn es im Gebäude zu warm wird. Idealerweise sollte ein Aufheizen des Gebäudes von vornherein verhindert werden. Die WellCooling Funktion der OVUM NHWP löst diese Aufgabe mit ihrer smarten Kühlfunktion perfekt. Bereits einige Tage nach der Heizsaison achtet die NHWP darauf, dass das Gebäude sich nicht unerwünscht erwärmt. Jedes Watt an überschüssiger Energie wird sanft abgeführt. Der Bewohner merkt davon fast nichts. Das Gebäude fühlt sich immer wie am ersten schönen Sommertag an. Angenehm ohne Zug und ohne Luftbewegung.

Der große Vorteil vom Kühlen mit Erdwärme

Erdwärmeanlagen haben bei der Kühlung einen großen Vorteil. Der Kühleffekt wird bei Erdwärmesystemen mit einer Passiv- bzw. Naturkühlung erzeugt. Bei diesem System wird die natürliche Kühle des Erdreichs mit einem Wärmetauscher direkt an das Fußbodenheizungssystem übertragen. Dazu wird die Wärmepumpe nicht in Betrieb gesetzt, sondern es werden lediglich zwei Umwälzpumpen betrieben. Das ergibt folgende Vorteile:

  • Zum Kühlen wird fast kein Strom benötigt. Lediglich die Umwälzpumpen müssen betrieben werden. Lässt man die Kühlung hier 4 Monate 24 h/Tag in Betrieb, ergeben sich Stromkosten von ca. 30-50 €.
  • Es kann mit extrem geringen Leistungen gekühlt werden. Die Kühlung läuft absolut stufenlos. Es kann somit praktisch unbemerkt mit wenigen Watt gekühlt und das Gebäude immer auf einem angenehmen Niveau gehalten werden.
  • Die Kühlung regeneriert das Erdreich. Es ist ein geschlossener Kreislauf. Im Winter wird dem Erdreich Wärme entzogen. Im Sommer wird dem Erdreich Wärme zugeführt. Dies reduziert die Heizkosten.
  • Die Lebensdauer der Wärmepumpe wird nicht reduziert, da sie zum Kühlen nicht in Betrieb ist.
Wärmepumpe

Wärmepumpe OVUM NHWP. Heizen, Kühlen, Frischwassersystem, Speicherung von PV-Energie, Pufferspeicher. Nutzung von Erdwärme mittels Solesonden oder Erdkollektor. www.ovum.at

 

Der Taupunkt

Im Kühlbetrieb spielt der Taupunkt eine wichtige Rolle. Die Steuerung der Kühlung darf die Fußbodenheizung nicht zu tief abkühlen, da sonst Luftfeuchtigkeit an den Rohren im Estrich kondensieren kann und Feuchtigkeitsschäden entstehen können. Die Passivkühlung der OVUM NHWP überwacht die Temperaturen mit doppelt abgesicherten Sensoren ganz automatisch.

Kühlen mit der Wärmepumpe

Das Naturkühlset NKS der Wärmepumpe OVUM NHWP nutzt die kostenlose passive Kühle des Erdreichs und kühlt damit den Fußboden. Zwei Sensoren werden zu Überwachung des Taupunktes herangezogen.

 

kühlen

Kühlen mit dem Erdreich ohne Wärmepumpenbetrieb. Automatische Überwachung der Außentemperatur und des letzten Heizbetriebes. Automatische Sommer/Winter-Umschaltung. Einfach und komfortabel.

 

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Was man über Bohrungen für Wärmepumpenanlagen wissen sollte …

Wie tief muss gebohrt werden? Wie viele Bohrungen sind nötig? Was ist der Unterschied zwischen Grundwasser- und Tiefenbohrungsanlagen? Wie ist der Ablauf von Bohrungsarbeiten?

Diese und weitere Fragen spielen in den Überlegungen, ob eine Wärmepumpenanlage für den geplanten Neubau oder die Sanierung in Frage kommt, eine große Rolle – nicht zuletzt dadurch, dass viele (und v.a. gravierende) Fehlinformationen zu diesem Thema im Umlauf sind. Im Folgenden ist daher der Standardablauf bei der Errichtung von Bohrungen beschrieben.

Was ist der Unterschied zwischen Grundwasser- und Tiefenbohrungsanlagen?

Bei Bohrungen wird zwischen 2 Arten von Energiequellen unterschieden: Grundwasserbrunnen und Tiefenbohrungen.

Grundwasser

Im Einfamilienhaus sollte der Grundwasserspiegel idealerweise nicht tiefer als 15-20 m unter der Oberfläche liegen. Der Grundwasserbrunnen wird je nach Geologie gerammt oder gebohrt.

Wird auf den ersten Metern kein versickerungsfähiges Material angetroffen, so wird auch für die Rückgabe vom Grundwasser ein Brunnen errichtet (dies ist aber in der Regel schon im Vorfeld absehbar). Wichtig ist, dass Bohr- und Ausbaudurchmesser ausreichend dimensioniert ist.

Tiefenbohrungen / Erdsonden

Die Tiefe von Erdsonden variiert je nach den geologischen Gegebenheiten am jeweiligen Standort. Der zu erwartende Bodenaufbau und damit die Entzugsleistung aus dem Boden kann von einer seriösen Firma sehr gut vorhergesagt werden. Anhand dieser Prognose wird in Zusammenhang mit den Anforderungen vom Gebäude die erforderliche Anzahl von Sonden sowie deren Tiefe berechnet. Vor der Einreichung bei der Behörde wird normalerweise zusätzlich ein Bericht von einem externen Geologen über den detaillierten zu erwartenden Untergrundaufbau erstellt (in den meisten Gebieten ist dies sogar durch die Behörde vorgeschrieben). Dies wird in den meisten Fällen von der ausführenden Installationsfirma organisiert.

Je nach Anzahl und Ausführung der Tiefenbohrung(en) werden Einzelleitungen über einen Verteiler zusammengeschlossen bzw. direkt zur Wärmepumpe geführt.

Ist es bei Neubauten besser, die Bohrungen vor oder nach der Errichtung vom Rohbau zu machen?

Prinzipiell sind beide Varianten möglich, es empfiehlt sich aber, die Bohrungen nach der Errichtung vom Rohbau zu machen, da zu diesem Zeitpunkt praktisch keine LKWs oder sonstige schwere Baumaschinen mehr auf die Baustelle fahren müssen; dadurch besteht auch keine Gefahr mehr für die Beschädigung einer Bohrung.

Vor den Bohrarbeiten

Allgemeines

  • Der voraussichtliche Bohrtermin wird auf die Gegebenheiten auf der jeweiligen Baustelle (Neubau/Sanierung, Aufstellungsdauer vom Kran, Zeitpunkt vom Dachbau, …) abgestimmt und bereits einige Zeit im Vorhinein bekanntgegeben (die Angabe beinhaltet i. d. R. zu diesem Zeitpunkt einen Schwankungsbereich von +/- 1 Woche).
  • 1-2 Tage vor dem Bohrungsbeginn wird der genaue Termin bekanntgegeben.

Bauseitige Voraussetzungen

  • Zufahrt: Die Zufahrt zur Bohrstelle muss flach sein –> Zufahrt über Erdhügel, Gruben, Absätze, enge Kurven und dergleichen ist (wenn überhaupt) nur sehr eingeschränkt möglich. Die Zufahrt zur Bohrstelle sowie der Aufstellungsbereich von Bohrgerät, LKW inkl. Anhänger, Container usw. müssen frei von Hindernissen sein.
  • Anschlüsse: Bauwasseranschluss (Gartenschlauchanschluss), Starkstromanschluss 32A (oft reichen auch schon 16A)
  • Bohrposition(en): Unterirdische Leitungen (z.B. Strom, Wasser, Telefon, …) und sonstige Hindernisse (z.B. Hangsicherungen, …) sind am Grundstück aufzuzeichnen, um diese bei den Bohrarbeiten nicht zu beschädigen.

Bohrverfahren & -dauer

Rammkernbohrverfahren

  • Allgemeines: Dieses Bohrverfahren wird in der Regel nur für Grundwasseranlagen angewandt. Das Vordringen bis in Tiefen, welche für Erdsonden nötigt wären, ist mit diesem Verfahren nicht möglich bzw. wäre es deutlich zu aufwändig.
  • Ablauf: Hierbei wird eine Stützverrohrung in den Boden gedreht und das im Stützrohr befindliche Material wird per Hohlzylinder an die Oberfläche gefördert, indem der Zylinder in den Boden gerammt wird. Das Bohrgut wird unmittelbar neben der Bohrung ausgeworfen. Nach der Fertigstellung vom Brunnen wird eine Tauchpumpe in den Brunnen gehängt und ein Pumpversuch durchgeführt (dieser dient in weiterer Folge der Ermittlung der für das Wasserrecht benötigten Kennwerte). Ein Pumpversuch wird i. d. R. in 3 Stufen durchgeführt (mit dem 0,5-fachen, dem 1-fachen und dem 1,5-fachen der benötigten Wassermenge); dadurch ist die größtmögliche Aussagekraft gegeben
  • Dauer: Pro Brunnen ist abhängig vom Bodenaufbau von einer Arbeitsdauer von ca. 1 Tag auszugehen.
Bohrarbeiten Brunnen

Bohrarbeiten mit Rammkernbohrverfahren der Fa. Reitberger Brunnenbau & Bohr GmbH für einen Brunnen bei einem Neubau. Aus Gründen der Zufahrtsmöglichkeit zur Bohrstelle wurde hier der Brunnen vor dem Rohbau gemacht.

Imlochhammerverfahren

  • Allgemeines: Dieses Verfahren wird meistens für Tiefenbohrungen verwendet, jedoch können damit auch Brunnen gebohrt werden.
  • Ablauf: Bei der Erdsondenbohrung wird das Bohrgut (gemahlener Fels, Schotter, Sand, …) zum Teil versetzt mit Wasser aus dem Bohrloch an die Oberfläche gefördert. Dieses Bohrgut muss an einer geeigneten Stelle aufgefangen werden (Mulde oder Container). Empfohlen wird hier ein wasserdichter und verschließbarer Absetzcontainer. Dieser wird in der Regel von der Bohrfirma gestellt. Wird der Container BAUSEITS bereitgestellt, ist darauf zu achten, dass dieser dicht verschließbar ist. Bei nicht dicht verschließbaren Containern ist ein Abtransport des Bohrguts oft nicht möglich. Im Anschluss daran werden Sondenrohre in die Bohrung eingebracht. Abschließend wird das Bohrloch mit einem hochwertigen Verfüllmaterial zur optimalen Wärmeübertragung verpresst. Nachdem dieses Gemisch ausgehärtet ist, gleicht es bzgl. Haltbarkeit dem Fundament eines Hauses, d.h. eine Tiefenbohrung ist quasi ein ewiges Werk.
  • Dauer: Als Bohrungsdauer kann mit ca. 1 Tag pro 100m gerechnet werden.
Bohrarbeiten Tiefenbohrung

Bohrarbeiten für Tiefensonden der Fa. Hagleitner Bohrtechnik bei einem bestehenden Haus

Schlagbohrverfahren

  • Allgemeines: Beim Schlagbohrverfahren wird ein Metallrohr in den Boden geschlagen. Da es weder die Tiefe einer Sondenbohrung erreichen kann noch eine ausreichend gute Wasserversorgung für Grundwasseranlagen gewährleistet, ist bei der Errichtung der Energiequelle einer Heizung von diesem Verfahren abzuraten.

Nach den Bohrarbeiten

Container

Die Abholung der Bohrschlammcontainer kann erst nach Fertigstellung der Bohrarbeiten angefordert werden, d.h. der / die Bohrschlammcontainer können nach Abschluss der Bohrarbeiten bis zu 7 Tage auf der Baustelle verbleiben.

Bohrarbeiten Container

Beispiel eines wasserdichten und verschließbaren Containers

Horizontalleitungen

Nach der Erstellung der Bohrung wird ein Bagger für die Verlegung der Leitungen zum Gebäude benötigt.

 

Alles aus einer Hand

Warum ist es so wichtig, dass bei Wärmepumpenanlagen alles „aus einer Hand“ gemacht wird?

Die Errichtung von Heizungsanlagen wird traditionell von Installationsfirmen übernommen.

Bei der Planung und Errichtung einer Wärmepumpenanlage ist Knowhow in den Bereichen Geologie, Wasserrecht, Installationstechnik, Elektrotechnik und Kältetechnik nötig.

Zuerst muss die Machbarkeit verschiedener Anlagentypen (Grundwasser, Tiefensonden, Flächenkollektor, Luft) geprüft und das bestmögliche Modell für jeden Kunden ausgearbeitet werden.

Planung

Im zweiten Schritt muss die wasserrechtliche Genehmigung eingeholt werden (falls diese am Anlagenstandort und für den Anlagentyp notwendig ist). „Normale“ Installateure verfügen oft nicht über das ausreichende Fachwissen, um so umfangreiche Unterlagen erstellen zu können, weshalb diese Tätigkeit oft an teure externe Geologen weitergegeben wird (welche aber in die Anlagenplanung nicht involviert sind).

erwarteter Bodenaufbau

Der anschließende Einbau und die Einregulierung unterscheiden sich auch deutlich von altmodischen Heizungen wie z.B. Öl- und Gasheizungen. Bei diesem ist großes technisches Knowhow gefragt, damit die Anlage dann auch effizient funktioniert.

Einbau

Die Vereinigung dieser verschiedenen Gebiete stellt bei „normalen“ Installateuren oft einen Stolperstein dar – die Geologie wird von einem externen Geologen beurteilt, die Anlagenplanung und -errichtung wird vom Installateur übernommen, die Einregulierung und Kundeneinschulung übernimmt der Wärmepumpenhersteller.

Keine der beteiligten Firmen verfügt aber über detailliertes Wissen in allen Bereichen, was die Anlage unter Umständen sehr ineffizient macht und bei Fragen zur Anlage viele Telefonate durch den Kunden erforderlich werden.

Ein auf dieses Thema spezialisierter Betrieb vereint alle diese Disziplinen unter einem Dach. Dies garantiert von der Planung über die wasserrechtliche Genehmigung und den Einbau der Anlage bis hin zum Service eine hervorragende und langlebige Qualität.

Ein weiterer Vorteil eines spezialisierten Betriebs ist die Fähigkeit, Wärmepumpen-, Lüftungs- und Photovoltaikanlagen in ihrer Funktionalität zu kombinieren (die Errichtung von Lüftungs- und Photovoltaikanlagen erfordern im Einzelnen schon ein hohes Maß an Fachwissen, die Kombination ist folglich noch anspruchsvoller).

Heizraum

Bei einem Auftrag an eine spezialisierte Fachfirma kann man sich also getrost darauf verlassen, eine effiziente und langlebige Anlage zu erhalten.

Alles aus einer Hand

Der richtige Speicher für meine Photovoltaik-Anlage?

Installiert man eine 5 kWp PV bzw. Photovoltaikanlage auf ein durchschnittliches Einfamilienhaus, so kommt man in der Regel auf einen Eigenverbrauch von rund 30%. Interessierte Bewohner passen unter Umständen ihre Lebensgewohnheiten an die Sonnenstromproduktion an, waschen ihre Wäsche oder Geschirr gezielt in einer Sonnen-Optimalen Zeit und erreichen somit ein paar Prozentpunkte mehr an Eigenverbrauch. Spätestens mit einer ernüchternden Abrechnung der eingespeisten Energie durch den Energieversorger erwachen viele Photovoltaikanlagenbesitzer und fragen sich, wie kann man auf einfache Art und Weise seinen Eigenverbrauch erhöhen?

Die Anpassung der Lebensgewohnheiten bringt nur mäßigen Erfolg. Für eine deutliche Erhöhung des Eigenverbrauches kommt man um eine Speicherlösung nicht herum. Wir haben für Sie die Möglichkeiten dafür geprüft.

Als Grundlage haben wir eine 5 KWp Anlage mit einer Süd-Ausrichtung und 15° Neigung im südbayrischen Raum herangezogen. Das Gebäude ist ein klassisches Einfamilienhaus und wird von 4 Personen, 2 Erwachsenen und 2 Kindern, bewohnt.

Welche Optionen der Energiespeicherung gibt es?

Grundsätzlich stehen heute 2 Varianten der Energiespeicherung zur Verfügung. Entweder kann die Energie in einem Batteriespeicher oder in einer Power-To-Heat Lösung also im Warmwasser oder als Heizwärme im Gebäude gespeichert werden.

Der Batteriespeicher:

Ein Batteriespeicher speichert direkt die elektrische Energie. Bei den Batteriespeichern gibt es neben der Lebensdauer (Ladezyklen), die wir hier nicht betrachten, vor allem 3 Kennzahlen, die wichtig für die Erhöhung des Eigenverbrauches sind.

Die Lade- bzw. Entladeleistung: Diese gibt an, wie rasch die Energie in den Speicher geparkt werden kann. Sie gibt sinngemäß an, wie „dick“ die Leitung zum Speicher ist.

PV-Ertrag 5 kWPu2kw

Ein handelsüblicher Batteriespeicher kann mit ca. 2 kW geladen und entladen werden ohne zu überhitzen. Steht in einer Photovoltaik-Phase deutlich mehr Leistung an, kann diese nicht dem Speicher zugeführt werden. In der oben angeführten Grafik sehen wir bei unserem Musterhaus, dass ein Gesamtüberschuss von 3587 kWh/a zur Verfügung steht. Fast 90% dieses Überschusses sind unter 2 kW. Eine Ladeleistung von 2 kW ist somit ausreichend.

Die Speicherkapazität: Diese gibt an, wie viele kWh Energie im Speicher geparkt werden kann. Eine übliche Größe liegt hier bei ca. 5 kWh bis 7 kWh.

PV-Ertrag 5 kWP-5-7

Die Balken im obigen Diagramm zeigen den Gesamtüberschuss und den Überschuss kumuliert je Tag unter 5 kWh und unter 7 kWh. Je nach Größe des Batteriespeichers kann somit ein Überschuss von 1444 kWh/a bzw. von 1905 kWh/a zusätzlich gespeichert und der Eigenverbrauch erhöht werden. Zu beachten gilt, dass ein Speicher Umwandlungsverluste und Standbyverluste hat. In der Regel liegen diese bei ca. 10%.

Es ergibt sich somit folgende Situation:

Eigenverbrauch Prozent
Ohne Batteriespeicher 1467 kWh/a 29%
Batteriespeicher 5 kWh 2911 kWh/a 55%
Batteriespeicher 7 kWh 3035 kWh/a 63%

Bei Kosten von ca. 6.000 € für einen fertig installierten und in Betrieb genommenen Batteriespeicher wie der Tesla Powerwall  von 5 kWh und einer Erhöhung des Eigenverbrauches von 1444 kWh/a rechnet sich dieser nach rund 19 bis 30 Jahren. Man  benötigt somit einen gewissen Idealismus.

PV-Speicherung im Warmwasser und im Heizsystem:

Das Warmwasser und das Heizsystem stellen einen idealen Speicher für die PV-Anlage dar. Es können große Energiemengen gespeichert werden. Wie man bereits bei dem Batteriespeicher gesehen hat, sind jedoch für eine zeitnahe Amortisation neben den Einspareffekten vor allem auch die Investitionskosten von Bedeutung.  Wir haben daher zur Bewertung der Speicherlösung eine innovative, günstige und kompakte Wärmepumpen-Warmwasser-PV-Speicherlösung herangezogen. Diese Kompaktwärmepumpe stellt zur Zeit die Wärmepumpe mit dem größten integrierten Speicher dar.

Power-To-Heat-Speicherlösung von OVUM Heiztechnik mit folgenden Eckdaten:

  • Kompaktwärmepumpe NHWP06S+
    Integrierter Wasserspeicher: 500 ltr, 20 kWh
    Integriertes Frischwassersystem in der Wärmepumpe
    Heizkreisabgang für bis zu max. 9,5 kW bzw. ca. 270 m² Wohnfläche
    Stufenlos modulierende Wärmepumpe für einen PV-Bereich von 500W bis 3500W
    Automatischen Anpassen der Heizleistung an das Angebot der Photovoltaikanlage
    Elektroheizstab für Spitzen-PV-Angebote: 4 kW
    Steckerfertige Lösung inkl. Lade- und Entladetechnik

Dieses Produkt sorgt für warmes Wasser für bis zu 8 Personen und kann eine Wohnfläche von bis zu 270 m² monovalent beheizen. Die Besonderheit an diesem Produkt liegt daran, dass es eine komplette fertige Lösung darstellt. Die Wärmepumpe OVUM NHWP erkennt von selbst, wann kostenloser Überstrom zur Verfügung steht, nützt diesen und speichert bis zu 20 kWh Wärme ab. Auch das Entlademanagement ist enthalten, wodurch es eine einfache Plug&Play-Lösung darstellt.

Wir haben für dieses Produkt nun berechnet, wie viel kostenlose überschüssige Energie tatsächlich für das Warmwasser und die Heizung genutzt werden kann, und sind zu folgendem Ergebnis gekommen.

PV-Ertrag 5 kWP12_3

Die blaue Fläche stellt hier den Eigenverbrauch des Hauses dar. Darüber hinaus stellt die gelbe Fläche den Verbrauch des kostenlosen Überstromes dar, den die kompakte PV-Wärmepumpenlösung NHWP nutzen kann. Die orange Fläche stellt den restlichen Überstrom dar, der eingespeist wird. Zu beachten ist hier, dass in den Wintermonaten die NHWP sehr schön den gesamten PV-Überstrom nutzt.

Eigenverbrauch Prozent
Ohne Wärmepumpe NHWP 1467 kWh/a 29%
Mit Wärmepumpe NHWP 3240 kWh/a 64%

Vergleicht man nun die Werte mit dem Batteriespeicher stellt man fest, dass mit dieser kompakten Wärmepumpenlösung der Eigenverbrauch auf das Niveau einer Anlage mit einem 7 kWh Batteriespeicher angehoben werden.

Interessehalber wollten wir noch wissen, wie wichtig die Speichergröße bei einer Power-To-Heat Lösung ist. Die NHWP hat einen 500 Liter- Speicher und hat somit einen Speicher, der für 24 h von einer Sonnen-Periode in die nächste Sonnen-Periode reicht. Wir haben geprüft, wie es sich auswirkt, wenn man einen 2-Tages-Speicher installiert. In diesem Fall spricht man von einem 1000 Liter-Speicher. Alternativ haben wir noch geprüft, wie es sich auswirkt, wenn man nur einen 200 Liter-Speicher installiert.

Es ergaben sich folgende Ergebnisse:

2-Tagesspeicher, 1000ltr: Dieser Speicher kann grundsätzlich einen Schlechtwettertag überbrücken. Er kann mehr Energie speichern, weißt jedoch auch höhere Stillstandsverluste auf. Wenn ein Folgetag auch schönes Wetter hat, hat ein größerer Speicher keinen Vorteil , da ja wieder kostenloser Strom zur Nachladung zur Verfügung stehen würde. Gerade in den Wintermonaten gibt es auch Tage, an denen ein großer Speicher nicht mehr geladen werden kann, ein kleiner jedoch schon. (Siehe Diagramm Oktober bis März)

200 ltr. Speicher in einer alternativen Wärmepumpe: Viele Kompaktwärmepumpen weisen einen kleinen Warmwasserspeicher von rund 200 Liter auf. Neben Problemen beim Komfort kann so ein Speicher praktisch nicht zur PV-Speicherung herangezogen werden. Speicher in dieser Größe müssen nach jedem Zapfvorgang nachgeladen werden, um für den nächsten Zapfvorgang ausreichend Warmwasser zu haben. Um dennoch etwas Speicherkapazität zu erreichen  haben wir  für diesen Speicher eine Temperaturerhöhung von 50°C auf 55 °C angesetzt. Hier gilt jedoch zu beachten, dass oftmals die Speicher auf Grund von Wassermangel bereits in Normalbetrieb auf dem maximalen Temperaturniveau betrieben werden und somit oft gar keine Möglichkeit zur Speicherung bieten.

PV-Ertrag_4

Die blaue Linie stellt die Autonomie mit einem Tagesspeicher dar (OVUM NHWP). Die orange Linie hingegen stellt die Autonomie mit einem 2-Tages-Speicher dar. Es ist hier deutlich zu sehen, dass ein Tagesspeicher in der PV-schwachen Zeit Vorteile bringt. Lediglich in der PV-Hochzeit (AUGUST) kann der 2-Tages-Speicher besser abschneiden.

WW-Autonomie 5 kWp WW-Autonomie 10 kWp
NHWP 80% 91%
1000 Ltr. Speicher 74% 91%
200 Ltr. Speicher 11% 12%

Amortisation:

Ein 7 kWh Batteriespeicher kostet rund 6.000 €.  Die Wärmepumpe NHWP stellt ein vollwertiges Heizsystem dar und erfüllt neben der Speicherfunktion noch die Funktionen der Warmwasserbereitung, Heizung und Kühlung. Wir setzen daher für die NHWP von OVUM die Mehrkosten gegenüber einem herkömmlichen Heizsystem von rund 1.500 € an.

Mehr Investition Erhöhung Eigenverbrauch Amortisation
Batteriespeicher 7 kWh 6.000 € 1568 kWh/a 19 Jahre
NNHWP-Speicherlösung 1.500 € 1773 kWh/a 4 Jahre

(Bild: NHWP, OVUM Heiztechnik GmbH)Messeplanen Intersolar-druck_Seite_2

Zusammenfassung:

Batteriespeicher stellen zwar eine innovative Lösung dar, sind jedoch noch zu teuer. Eine Power-To-Heat-Lösung (das heißt PV-Strom im Warmwasser und der Heizung speichern) sind hierbei aus den oben benannten Gründen die sinnvollere Lösung. Der Warmwasserspeicher sollte jedoch in jedem Fall eine Periode von 24 h überbrücken können und ein Volumen von >450 Ltr. aufweisen. Größere Speicher für eine Überbrückung des Warmwasserbedarfes von bis zu 48h bringen hierbei keinen Vorteil, da sie in der Übergangszeit nicht optimal geladen werden können und höhere Verluste aufweisen.

7 Punkte die Sie bei einer Kombination von Wärmepumpe und PV-Anlage beachten sollten!

Beschäftigt man sich heute als stolzer Hausbesitzer oder angehender Bauherr mit regenerativen Energieformen landet man unweigerlich bei dem Thema PV-Anlagen sprich Photovoltaikanlagen und Wärmepumpen. Auf der einen Seite haben sich in den letzten Jahren die Investitionskosten für eine PV-Anlage massiv reduziert, auf der anderen Seite bekommt man immer weniger Geld für überschüssigen PV-Strom den man in das öffentliche Netz einspeisen möchte.

Die Lösung ist ein möglichst hoher sinnvoller Eigenverbrauch oder die Speicherung der kostenlosen Energie vom Dach. Heizenergie und Energie für Warmwasser stellen in der Energiebilanz eines Einfamilienhauses die größten Teile dar. Was liegt also näher als den kostenlosen PV-Strom für diese Bereiche zu nutzen.

Bilanz

Ist die Wärmepumpe der perfekte Partner der PV-Anlage?

Eine Wärmepumpe nutzt Strom um kostenlose Wärme aus dem Boden, der Luft oder dem Grundwasser in das Haus zu pumpen. Sie macht dies sehr effizient. Mit 1 kWh Strom können durch den Betrieb der Wärmepumpe bis zu 5 kWh Wärme in das Haus oder das Warmwasser „gepumpt“ werden. Verheizt man den Strom direkt mit einem Heizstab oder Elektroboiler kann man mit 1 kWh Strom nur 1 kWh Wärme erzeugen. Die Wärmepumpe vervielfacht den Energieertrag wodurch sie für das Heizen und Warmwasserbereiten ein unschlagbarer Partner wird.

Für eine effiziente, langlebige Wärmepumpenanlage gibt es einige Punkte die man beachten sollte welche nachfolgend angeführt sind.

Die Modulation

Wärmepumpen werden entweder nach dem EIN/AUS-Prinzip betrieben oder moderne Anlagen, stufenlos modulierend. Bei modulierenden Anlagen passt sich die Leistung der Wärmepumpe in der Regel dem Bedarf des Gebäudes oder des Warmwassers an.  Kostenloser PV-Überstrom ist nicht konstant. Er variiert je nach Jahreszeit, Bewölkung und Tageszeit. Modulierende Wärmepumpen sind hier ideal da diese in der Lage sind Ihre Leistungsabgabe und somit auch Ihre Leistungsaufnahme zu verändern. Ideal ist somit eine modulierende Wärmepumpe die Ihre Leistung nicht nur an den Bedarf anpassen kann sondern auch an das momentane PV-Angebot. Womit wir beim nächsten Punkt wären.

Tiefe Integration der PV-Überstromnutzung in die Wärmepumpensteuerung:

Für eine optimale Nutzung des kostenlosen Photovoltaik-Überstroms mit der Wärmepumpe ist eine tiefe Integration dieser Funktion in der Wärmepumpensteuerung erforderlich. Nur die Wärmepumpe weiß wo Wärme benötigt wird oder wo Wärme gespeichert werden kann. Nur sie kann entscheiden ob die Drehzahl (Leistung) der Wärmepumpe ohne Komfortverlust erhöht oder reduziert werden kann. Externe Optimierungssteuerungen führen hier in der Regel zu keinem Erfolg. Bei einer tiefen Integration dieser Funktion in der Wärmepumpe kann das kostenlose PV-Angebot durch Temperatur- und Drehzahlanpassungen optimal genutzt werden.

Kompatibilität von Wärmepumpe und Photovoltaikanlage:

Die Wärmepumpe und die PV-Anlage sollten voneinander unabhängig funktionieren. Die Wärmepumpe sollte mit allen PV-Anlagen und Wechselrichtern zusammenarbeiten können. Kann die Wärmepumpe nur mit einem oder mehreren bestimmten Wechselrichtern (Photovoltaikanlagen) zusammen arbeiten besteht das Risiko, dass bei einer Änderung der Anlagenzusammenstellung (z.B. nach 10 Jahren) keine Kompatibilität mehr besteht.

Die richtige Größe des Warmwasserspeichers:

Ein durchschnittlicher 4-Personenhaushalt benötigt pro Tag ca. 180-200 Ltr Warmwasser. Diese Menge muss in solch einem Haushalt ständig vorgehalten werden damit immer ausreichend Warmwasser zur Verfügung steht. Will man nun das Warmwasser mit kostenlosen PV-Überstrom bereiten ist dies nur möglich, wenn man einen Warmwasserspeicher mit der 2-2,2-fachen Bedarfsmenge installiert hat. In diesen Fall ca. 500 Ltr. Der 500 ltr. Speicher kann somit zu Mittag mit kostenlosen Strom geladen werden, am Nachmittag, Abend und Morgen kann geduscht und gebadet werden und am Folgetag zu Mittag wieder mit kostenlosen Strom erneut aufgeladen werden. Man kann mit solch einem System nahezu von April bis September autonom sein Warmwasser bereiten.

Hat man nur einen 200 oder 300 ltr Warmwasser-Speicher ist eine PV-Überstromsteuerung nicht möglich. Der Sensor im Speicher spricht hier nach ca. 100 ltr. Verbrauch an und spätestens am Morgen wird die Wärmepumpe entscheiden nachzuladen. Der Speicher wird somit bereits voll sein, wenn kostenloser Strom verfügbar wäre.

Ein Frischwassersystem.

Bei einem Frischwassersystem wird im Trinkwasserspeicher nicht direkt das Trinkwasser gelagert, sondern nur die Energie. Das Trinkwasser wird in Sekundenschnelle frisch und hygienisch bereitet. Neben den hygienischen Vorteilen bietet dieses System bei einer PV-Anlage einen wertvollen zusätzlichen Nutzen. Frischwassersysteme werden bei Wärmepumpen in der Regel mit Temperaturen von unter 50°C betrieben. Herkömmliche Warmwasserspeicher müssen aus hygienischen Gründen (Legionellen) immer auf 60°C gehalten werden. 60°C stellt jedoch bei modernen Heizungswärmepumpen die Einsatzgrenze dar. Hat man nun ein Frischwassersystem, erhält man zum einen trotz großem Speichervolumen von 500 Ltr. immer frisches Warmwasser, zum anderen kann zusätzlich kostenlose PV-Energie im Warmwasserspeicher gespeichert werden indem dieser von 50°C auf bis zu 60°C geladen wird.

Die Isolation:

Ist ein Speicher erst einmal geladen ist es wichtig, dass dieser auch die Energie lange Zeit bereithalten kann. Eine ausreichende Isolation des Speichers und der Anschlussleitungen ist hier von großer Bedeutung.

 Die Förderung:

Wärmepumpen werden in Deutschland z.B. durch die BAFA oder das 10.000-Häuser-Programm und der KfW gefördert. In Österreich durch die Wohnbauförderung und die KPC. Auch in der Schweiz gibt es Förderungen bei durchdachten Anlagenkonzepten. Achten Sie darauf, dass Ihre Wärmepumpe, Ihr geplantes System in den Förderprogrammen gelistet ist. 

Auch wenn die Investition für eine Fotovoltaikanlage verschoben wird sollten Sie bei der Auswahl Ihres Heizsystems, Ihrer Wärmepumpe obige Punkte beachten. PV-Anlagen werden immer günstiger und der Zeitpunkt wo Sie eine Anlage nachrüsten kommt bestimmt. Aufwändige Anpassungen und umbauten können so vermieden werden.

Für das Einfamilienhaus bis 220m² gibt es bereits kostengünstige Kompaktgeräte (WP+Speicher in einem Gerät) die diese Funktionen sicherstellen. Eine Wärmepumpe die als eine der Top 3 Innovationen beim Staatspreis Verena für Innovationen in Österreich 2017 ausgezeichnet wurde, die NHWP von OVUM Heiztechnik GmbH, stellt zur Zeit die beste Lösung für das moderne Einfamilienhaus dar. Für größere Objekte ist eine Kombination aus einer getrennten Wärmepumpe und einem Warmwasserspeicher zu wählen.