Wärmepumpe kombinieren: Welche Vorteile hat der bivalente Betrieb? 

Die Nachfrage nach Wärmepumpen ist in den letzten Jahren deutlich angestiegen. Wenn man bedenkt, wie umweltfreundlich und effektiv diese als Heizung arbeiten, ist dieser steigende Boom auch nicht verwunderlich. Als Ausgangsenergie dient der Wärmepumpe die Luft, das Grundwasser oder die Erdwärme. Allesamt Optionen, die im Übermaß vorhanden und bei Verbrauch nicht messbar weniger werden. Umweltschonender  (und kostensparender in Verbindung mit einer PV-Anlage) geht es gar nicht. 

Die meisten Wärmepumpen, die heute verbaut werden, sind für den bivalenten Betrieb ausgelegt. Das heißt, sie können mit einer anderen Wärme-/Energiequelle kombiniert werden. Dadurch ergeben sich zahlreiche Vorteile, die der folgende Beitrag näher beleuchten möchte. 

> Was sind Wärmepumpen und welche Arten gibt es? 
> Wärmepumpen und andere Technologien: Warum ist die Kombination eine gute Idee? 
> Bivalenter oder monovalenter Betrieb: Was heißt das und wo liegt der Unterschied? 
> Wärmepumpen und andere Technologien kombinieren: Der bivalente Betrieb im Detail 

Was sind Wärmepumpen und welche Arten gibt es? 

Wärmepumpen sind die umweltfreundlichste Art der Heizung überhaupt. Sie greifen auf frei verfügbare Umgebungsenergie zu (Luft, Erdwärme, Grundwasser), wandeln diese in Wärmeenergie um und produzieren dabei keine schädlichen Emissionen.  

Zentral ist dabei ein Kältemittelkreislauf im Inneren der Anlage. Das Kältemittel reagiert bereits auf geringe Erhöhungen der Temperatur, indem es verdampft. Da dieser Dampf aber nicht heiß genug ist, um in einem Heizungssystem eingesetzt werden zu können, muss er zunächst noch durch einen Verdichter strömen. Dort erhöhen sich Temperatur und Druck. Der nun heiße Dampf gibt in einem Wärmetauscher die Wärmeenergie an den Heizungskreislauf ab, durchströmt danach ein Expansionsventil, um wieder auf die Ausgangswerte heruntergekühlt zu werden – und der Kreislauf beginnt von Neuem. 
Folgende Wärmepumpen-Arten gibt es: 

• Luft-Luft-Wärmepumpe: Zieht Frischluft oder Abluft zur Energiegewinnung heran und eignet sich deshalb nur für den Einsatz in versiegelten Passiv- und Niedrigenergiehäusern. Keine Nachrüstungsoption für den Altbau. 
• Luft-Wasser-Wärmepumpe: Die nötige Energie kommt aus der Umgebungsluft und wird über einen Ventilator angesaugt. 
• Sole-Wasser-Wärmepumpe: Nutzt die konstant vorhandene Erdwärme. Angezapft wird diese entweder durch oberflächennahe großflächige Kollektoren oder durch Erdsonden, die zwischen 40 und 100 Meter tief ins Erdreich abgesenkt werden. 
• Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Das Grundwasser ist über das ganze Jahr 10 °C warm. Diese Energie macht sich die Wasser-Wasser-Wärmepumpe zunutze.
  

Wärmepumpen und andere Technologien: Warum ist die Kombination eine gute Idee? 

Wie bereits erwähnt, sind Wärmepumpen ausgesprochen umweltfreundlich. Die Umwandlung der Umgebungs- in Wärmeenergie geht gänzlich ohne schädliche Emissionen über die Bühne. Wie in jedem Fall gibt es allerdings auch hier ein „Aber“. Und zwar betrifft dieses den Strom, der zum Betrieb der Wärmepumpe nötig ist. 

Wie gut die finale Ökobilanz dieser Heizungsart aussieht, hängt nämlich zu einem großen Teil vom benutzten Strom ab. Wer die Wärmepumpe etwa mit Kohle- oder Gasstrom betreibt, der muss ein starkes Minus zur Erhaltung der Umwelt in Kauf nehmen. Ökostrom ist hier die deutlich bessere Alternative, kostet aber auch mehr. Was also tun? 

Eine gute – und in der Praxis oft angewandte – Möglichkeit ist, auf mehr als eine Wärmequelle zurückzugreifen. Also neben der Wärmepumpe noch eine andere Heizung zu betreiben. Die Rede ist in diesem Fall von einem bivalenten Betrieb. Bevor wir uns mit jenen Technologien etwas näher beschäftigen, die für eine Kombination mit einer Wärmepumpe geeignet sind, wollen wir uns noch rasch mit dem Begriff des bivalenten Betriebs auseinandersetzen. Wir haben uns in unserem Blogbeitrag: “Die Wärmepumpe und andere Heizungen” bereits damit auseinander gesetzt.  

Bivalenter oder monovalenter Betrieb: Was heißt das und wo liegt der Unterschied? 

Wärmepumpen werden – neben zahlreichen anderen Eigenschaften – auch nach der möglichen Betriebsart unterschieden. Die Geräte können für einen monovalenten und einen bivalenten Betrieb ausgelegt sein. Was bedeutet das genau?  

Monovalenter Betrieb einer Wärmepumpe 

Von einem monovalenten Betrieb ist dann die Rede, wenn die Heizungswärme lediglich von der Wärmepumpe – also von einem einzigen Gerät (Mono) – kommt. Die Heizleistung der Anlage muss dann so angepasst sein, dass sie selbst bei niedrigsten Außentemperaturen ausreicht, damit es drinnen wohlig warm ist. Das bringt Vor- und Nachteile mit sich. 

• Vorteile des monovalenten Betriebs: Der Systemaufbau ist vergleichsweise simpel, was wiederum eine einfachere Bedienbarkeit, niedrigere Investitionskosten und weniger Wartungsbedarf mit sich bringt. Anders als beim bivalenten Betrieb, entstehen bei der monovalenten Variante keine zusätzlichen Kosten für den Brennstoff und dessen Lagerung. 
• Nachteile des monovalenten Betriebs: Besonders Erdwärmepumpen benötigen bei einem monovalenten Betrieb einen größeren Erdwärmetauscher, um die angestrebten Temperaturen auch dann zu erreichen, wenn es draußen besonders kalt ist. Diese Komponente wird allerdings nur an wenigen Tagen im Jahr voll ausgenutzt und treibt deshalb die Investitionskosten schmerzlich nach oben. Zudem benötigt eine monovalente Wärmepumpe abseits der besonderen Kältetage ebenfalls vergleichsweise viel Anlaufstrom im Taktbetrieb. Das hat wiederum eine niedrige Jahresarbeitszahl und eine schlechte Wirtschaftlichkeit zur Folge. Was es mit der Jahresarbeitszahl auf sich, können Sie in unserem weiterführenden Blogbeitrag über die JAZ lesen.
  

Bivalenter Betrieb einer Wärmepumpe 

Im bivalenten Betrieb sorgt die Wärmepumpe gemeinsam mit einer anderen Technik/einer anderen Anlage für die benötigte Heizwärme. Die zweite Quelle kommt besonders an sehr kalten Tagen zum Einsatz und unterstütz die Wärmepumpe entweder oder übernimmt die Heizung komplett. Als bivalenter Betrieb einer Wärmepumpe kommt die Kombination mit Solaranlagen, Verbrennungsheizungen (Öl, Gas), einem Heizstab oder anderen Wärmepumpen infrage.  

Grundsätzlich gibt es drei Formen des bivalenten Wärmepumpenbetriebs: 

• Alternativ: In diesem Fall heizt ENTWEDER die Wärmepumpe ODER die andere Anlage. Wird aufgrund eines vergleichsweise niedrigen Jahresdeckungsanteils (ca. 60 %) aber nur selten gewählt. 
• Parallel: Hier sind die Wärmepumpe und der zweite Wärmeerzeuger gemeinsam in Betrieb, sobald eine gewisse Temperatur-Untergrenze erreicht wird. 
• Teilparallel: Ab einer vordefinierten Untergrenze sind lastabhängig Wärmepumpe und der zweite Wärmeerzeuger gemeinsam in Betrieb. Bei besonders extremen Bedingungen kann es vorkommen, dass die Wärme nur noch aus der alternativen Quelle kommt.
  

Wärmepumpe kombinieren: Der bivalente Betrieb im Detail 

Diese möglichen Kombinationsarten im bivalenten Betrieb einer Wärmepumpe gibt es:  

Wärmepumpe mit Solarthermie kombinieren 

Eine Solarthermieanlage wandelt Solarenergie in nutzbare Haushaltsenergie um. In Wärmeenergie, um genau zu sein. Diese unterstützt die Wärmepumpe auf zwei Arten: Direkt oder indirekt. 

• Direkte Unterstützung der Wärmepumpe: Die von der Solarthermie erzeugte Wärme wird direkt in den Heizkreislauf eingespeist oder – sofern aktuell kein Bedarf besteht – in einem Solarspeicher zwischengelagert. In beiden Fällen muss die Wärmepumpe weniger leisten, weil auch von der Solarthermie Wärme ins System kommt. 
• Indirekte Unterstützung der Wärmepumpe: Überschüssige Solarwärme wird nicht gespeichert, sondern zum Beispiel ins Erdreich zurückgeführt, wo es dafür sorgt, dass dieses nicht zu sehr auskühlt und die Sole-Wasser-Wärmepumpe weniger leisten muss. 

Eine Solarthermieanlage dient natürlich nicht nur der Brauch- sondern auch der Nutzwassererwärmung (Trinkwasser, Badewasser etc.). 

Wärmepumpe mit Photovoltaik kombinieren 

Eine Photovoltaikanlage wandelt Sonnenenergie in elektrischen Strom um. Da eine Wärmepumpe mit eben diesem elektrischen Strom betrieben wird, stellt die Kombination der beiden Technologien eine sehr gute Option dar. Wichtig ist auf jeden Fall, einen Stromspeicher in das System zu integrieren. Es funktioniert zwar auch ohne, den besten Ertrag erhalten Sie aber dann, wenn der erzeugte Solarstrom auch gelagert werden kann.  

Der große Vorteil der Wärmepumpe-Photovoltaikanlage-Kombi: Die Steigerung des Eigenverbrauchs. Eine Solaranlage liefert meist dann das Maximum an Energie, wenn gerade keine gebraucht wird. Scheint draußen zum Beispiel die Sonne, wird in der Regel kein Wäschetrockner benötigt. Die Solarzellen produzieren dennoch Strom. Wird mit der Wärmepumpe nun ein weiterer Verbraucher ins Stromnetz integriert, steigt der Strombedarf und mit ihm die Eigenverbrauchsquote.  

Die Solaranlage arbeitet somit nochmals effizienter. Während bei einer „normalen“ Photovoltaikanlage ca. 30 % des erzeugten Stroms selbst verbraucht werden, steigt der Anteil mit einer Wärmepumpe auf ca. 50 %. Wer dann noch intelligente Energiemanagementkomponenten in sein System integriert, kann die Zahl auf bis zu 80 % anheben. 

Wärmepumpe und Gasheizung, Ölheizung, Pelletheizung oder Festbrennstoffkessel kombinieren 

Die Gasheizung zählt noch immer zu den am weitesten verbreiteten Heizungsarten in Deutschland. Nach den jüngsten geopolitischen Entwicklungen suchen aber immer mehr Menschen einen Ausweg aus der Abhängigkeit von Gas. Ein guter erster Schritt wäre dafür die Installation einer Wärmepumpe 

Die Zusammenarbeit zwischen Gasheizung und Wärmepumpe sieht prinzipiell meist so aus, dass die Wärmepumpe die normale Wärmeversorgung übernimmt und die Gasheizung einspringt, wenn an besonders kalten Tagen die Pumpe allein nicht mehr ausreicht. Geregelt wird der Einsatz von einer intelligenten Steuerelektronik. 

All die aufgezählten Charakteristika gelten übrigens auchfür die Kombination von Wärmepumpe und Ölheizung bzw.  Biomasseheizung. 

Grundsätzlich ist aber anzumerken, dass die Wärmepumpe keine Gas- oder Ölheizung benötigt, um effizient arbeiten zu können. In der Regel sorgt sie alleine für ausreichend Heizwärme. Wer sich aber (noch) nicht von seiner alten Gas-/Öl-/Biomasse-Heizung trennen kann/möchte, der kann mit einer Wärmepumpe seine alte Heizungsanlage entlasten. 

Wärmepumpe mit Heizstab kombinieren 

Der Heizstab zählt zum großen Bereich der Elektroheizungen. Das Gerät befindet sich üblicherweise in einem Pufferspeicher und erhitzt dort das Brauch- und/oder Nutzwasser des Haushalts. Dort liefert er besonders an kalten Wintertagen die notwendige Unterstützung der Wärmepumpe. Die schafft es an diesen extremen Tagen nämlich oft nicht, alleine für ausreichend Wärme zu sorgen. 

Wärmepumpe kombinieren: Fazit 

Wärmepumpen sind mittlerweile so effizient, dass sie die Versorgung eines Haushalts mit Warmwasser  problemlos alleine übernehmen können. Ihnen ein zweites System zur Seite zu stellen ist dennoch eine gute Idee. Eine Photovoltaikanlage liefert beispielsweise zu 100 % Ökostrom für den Betrieb der Wärmepumpe. Eine Solarthermieanlage sorgt mit der erzeugten Wärme für eine erhebliche Entlastung der Wärmepumpe. 

Gas-, Öl- und Biomasseheizungen können  dann einspringen, wenn es draußen besonders kalt ist und die Wärmepumpe etwas Entlastung benötigt. Dasselbe gilt für den Heizstab. Welche Kombination und welche bivalente Variante sich für Ihre Situation eignet, kann am besten ein Fachmann beurteilen. 

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