Hydraulik bei einer Wärmepumpe und Fußbodenheizung

[Ms01]

Nachdem mir hier schon einmal sehr ausführlich geholfen wurde, habe ich nun eine grundsätzliche Frage zur Funktion der Hydraulik einer Heizungsanlage.

Um es möglichst übersichtlich zu halten, soll die folgende Annahme gelten:
Wärmepumpenheizung für etwa 300 qm
alle Heizkreise als Fußbodenheizung
Norm-Gebäudeheizlast: etwa 15 kW
Brauchwasser wird über eine eigene Wärmepumpe bereitgestellt

Ich habe bisher nicht so wirklich verstanden, welche Anschlussmöglichkeiten es gibt, bzw. welche überhaupt möglich sind und welche Vor- und Nachteile diese haben.

Bisher verstehe ich es so, dass die Version ohne Speicher vom Grundsatz her die effizienteste (und auch günstige) ist, weil kein zusätzlicher Speicher installiert werden muss und die Wärmepumpe sozusagen direkt an die Heizkreisläufe der Fußbodenheizung angeschlossen ist.
Was mir bei dieser Version jedoch nicht klar ist:
1.
Wenn ich nun einzelne Räume (z.B. 100 qm) nicht beheizen möchte, weil diese zB für ein paar Tage nicht genutzt werden, resultieren daraus Probleme für die Wärmepumpe?
Oder kann die Wärmepumpe einfach ihre Leistung "herunterregeln" (So wie eine Gastherme mit "kleinerer" Flamme heizt?)
Oder läuft es bei der Wärmepumpe dann so, dass dieser ständig an und aus schaltet, was ja schlecht für die Lebensdauer der Wärmepumpe sein soll?

2.
Damit hängt möglicherweise auch meine andere Frage zusammen: Ich habe an anderer Stelle gelesen, dass aus Gründen der Effizienz die Einzelraumsteuerung weggelassen werden soll. Die Heizung im ganzen Haus würde dann ja "nur" durch die Heizkurve der Wärmepumpe erfolgen. Also je kälter es draussen ist, desto mehr heizt die Wärmepumpe. Dann aber ja alle Räume und zwar ständig - so stelle ich mir das jedenfalls vor. Eine Regulierung, wenn etwa ein Raum durch Sonne besonders aufheizt, ist dann doch nicht mehr möglich. Der würde dann, wie alle anderen Räume auch, weiter geheizt. Oder verstehe ich da etwas falsch?

Aus Euren Antworten ergeben sich sicher weitere Fragen.
Vielen Dank erst einmal für Eure Mühe.

 

[wpuser]

Wenn ich nun einzelne Räume (z.B. 100 qm) nicht beheizen möchte, weil diese zB für ein paar Tage nicht genutzt werden, resultieren daraus Probleme für die Wärmepumpe?

Die handelsüblichen WP erzeugen bauartbedingt (einfache Ausführung des Wärmetauschers) einen geringen Temperaturhub (Temperaturdifferenz zwischen Rücklauf und Vorlauf). Dieser kleine Wärmetauscher wird mit einem sehr hohen Heizungswasserdurchfluß betrieben der auf jeden Fall gewährleistet sein muß, damit der Wärmetauscher nicht überhitzt. Sonst schaltet der Überhitzungsschutz die WP ab. Taktet also, ohne die Solltemperatur erreicht zu haben. Eine mit Ventilen geregelte Fußbodenheizung gewährleistet diesen hohen Durchfluß nicht immer. Kann also vorkommen, daß die WP laufend abschaltet, obwohl die Temperatur nicht erreicht wurde. Aus diesem Grund werden eine hydraulische Weiche oder ein Pufferspeicher dazwischen geschaltet. Einige handelsübliche WP nutzen das Heizwasser beim Abtauvorgang des Kollektors und pumpen dadurch kaltes Wasser in den Vorlauf. Allein schon aus diesem Grund, macht ein ausreichend großer Pufferspeicher Sinn.

Oder kann die Wärmepumpe einfach ihre Leistung "herunterregeln" (So wie eine Gastherme mit "kleinerer" Flamme heizt?)

Eine geregelte WP kann ihre Leistung herunter regeln, allerdings in einer begrenzen Spanne. Das hat etwas mit dem Funktionsprinzip des Kältekreislaufs zu tun. Neben Kompressordrehzal und Durchluß des Expansionsventils, muß auch die sich im Kreislauf befindliche Masse an Kältemittel verändert werden. Sonst geht die Gleichung nicht auf. Das geschiet über eine Art Sammler. Der Eintrag und Austrag in und aus diesem Sammler, benötigt eine gewisse Zeit. Ist die Regelung schlampig ausgeführt, reicht die Zeit nicht um eine Leistungsreduzierung zu erreichen und die WP schaltet sich aus. Taktet also. Das sind die Regelungen welche nur die Solltemperatur beachten, nicht aber den laufenden Temperaturanstieg in Richtung Solltemperatur. Ist die untere Regelgrenze erreicht, taktet die natürlich auch. Ein ausreichend großer Puffer kann bei entsprechend ausgeführter Regelung diese Probleme weitgehend abfangen.

Oder läuft es bei der Wärmepumpe dann so, dass dieser ständig an und aus schaltet, was ja schlecht für die Lebensdauer der Wärmepumpe sein soll?

Im Idealfall, sollte die WP einfach mit der passenden Leistung durchlaufen. Dann hat der Kältekreislauf genügend Zeit sein Gleichgewicht zu finden. Inverter betriebene Kompressoren mit sanftem Anlauf verkraften inzwischen auch eine gewisse Taktung, macht aber aus den genannten Gründen nicht viel Sinn.

Damit hängt möglicherweise auch meine andere Frage zusammen: Ich habe an anderer Stelle gelesen, dass aus Gründen der Effizienz die Einzelraumsteuerung weggelassen werden soll. Die Heizung im ganzen Haus würde dann ja "nur" durch die Heizkurve der Wärmepumpe erfolgen. Also je kälter es draussen ist, desto mehr heizt die Wärmepumpe. Dann aber ja alle Räume und zwar ständig - so stelle ich mir das jedenfalls vor. Eine Regulierung, wenn etwa ein Raum durch Sonne besonders aufheizt, ist dann doch nicht mehr möglich. Der würde dann, wie alle anderen Räume auch, weiter geheizt. Oder verstehe ich da etwas falsch?

Ein weiterer Grund für einen Pufferspeicher. Dieser wird von der WP auf den Außentemperatur abhängigen Vorlauf gehalten. Der Pufferspeicher sollte auch mit Heizstäben bestückbar sein. So ergibt sich eine Betriebssicherheit bei Ausfall der WP oder wenn deren Leistung bei sehr niedrigen Außentemperaturen nicht mehr reichen sollte.

 

[chulius]

Mir wurde im Nachbarforum davon abgeraten, einen Pufferspeicher zu verwenden, vor allem bei Erdwärme.
Könnt ihr an dieser Stelle noch einmal etwas dazu sagen?

 

[cephalopod]

Ich habe an anderer Stelle gelesen, dass aus Gründen der Effizienz die Einzelraumsteuerung weggelassen werden soll. Die Heizung im ganzen Haus würde dann ja "nur" durch die Heizkurve der Wärmepumpe erfolgen. Also je kälter es draussen ist, desto mehr heizt die Wärmepumpe. Dann aber ja alle Räume und zwar ständig - so stelle ich mir das jedenfalls vor. Eine Regulierung, wenn etwa ein Raum durch Sonne besonders aufheizt, ist dann doch nicht mehr möglich. Der würde dann, wie alle anderen Räume auch, weiter geheizt.

Das gilt für jede Heizung und nicht nur bei WP.
Eine ERR die bei Sonne schließt ist aufgrund der Trägheit der FBH IMHO entbehrlich.

 

[Ms01]

Vielen Dank für die ausführliche Erklärung. Das hat mir schon mal viel weitergeholfen. Ich muss sagen, es ist wirklich ein tolles Forum hier! Echt super.

Die Argumente für den Puffer/Speicher kann ich nachvollziehen. Was ich noch nicht so richtig verstanden habe ist, ob für meine beschriebene Anwendung ein Parallelspeicher oder ein Reihenspeicher am Rücklauf besser wäre? Könnt Ihr mir da weiterhelfen?

Eine ERR die bei Sonne schließt ist aufgrund der Trägheit der FBH IMHO entbehrlich.

Das leuchtet mir ein.

 

[wpuser]

Parallelspeicher oder ein Reihenspeicher am Rücklauf besser wäre?

Persönlich habe ich mit einem Parallelspeicher (bezogen auf deine gepostete Grafik) an der Wärmepumpe gute Erfahrungen gemacht. Die WP
hält den Speicher auf Temperatur, die Heizkreise bedienen sich daraus. Es bedarf mehrerer Umwälzpumpen, die sind heute aber sehr unproblematisch und weniger anfällig als die Ventile.

Die abgebildete Grafik mit Reihenspeicher macht irgendwie Sinn, bei einer sehr schwach ausgelegten WP, damit der Vorlauf schneller in die Gänge kommt, den Parallelspeicher lässt man aber auch nicht abkühlen.

Was die Unterstützung mit einem Heizstab im Speicher selbst betrifft, oder der Ersatzbetrieb allein mit Heizstab, sollte die WP mal ausfallen und Reparaturen nötig werden, macht nur der Parallelspeicher Sinn.

 

[Ms01]

den Parallelspeicher lässt man aber auch nicht abkühlen.

Ich verstehe noch nicht so ganz, was Du damit meinst. Kannst Du das noch mal anders erklären?

 

[wpuser]

Ich verstehe noch nicht so ganz, was Du damit meinst. Kannst Du das noch mal anders erklären?

Ich wollte damit sagen, daß der Parallespeicher auf Vorlauftemperatur gehalten wird, wodurch sein Rücklauf (zur WP hin) nicht zu stark abkühlt.

Es läuft ja so, daß der Parallelspeicher auf den gewünschten Vorlaufwert aufgewärmt wird. Die Heizkreise nehmen sich daraus das Heizwasser und die Speichertemperatur fällt. Unter einem gewissen eingestellten Schwellwert, wird der wieder aufgeheizt. Eine modulierende WP deren Modulation sich im Idealfall laufend an den Wärmebedarf anpassen könnte, würde dauerhaft laufen und den Speicher auf Solltemperatur halten. Kann die das nicht, schaltet die sich ab, sobald der Speicher-Sollwert erreicht wurde, schaltet sich wieder ein, sobald der untere eingestellte Speicher-Grenzwert unterschritten wurde.

Der technische Idealfall wäre, wenn die WP immer genau die jeweils nötige Heizlast erzeugen könnte. Bei entsprechend ausgelegten Heizkreisen, würde sich der Speicher, in der Betrachtung als reines Regelglied, auch erübrigen. Der hat ja aber auch weitere eventuell erwünschte Eigenschaften wie Auftauhilfe oder bei entsprechender Größe, eine Pufferung über eine längere Zeit, oder als Überbrückung, wenn die WP auch einen Brauchwasserspeicher mit versorgen soll. Hängt eben von der jeweiligen Hausanlage ab.

 

[Austro-Diesel]

Die Nachteile des Speichers sind rasch erklärt: er kostet etwas und braucht Platz. Wenn er im kalten Keller steht ist seine Verlustwärme in der Regel nutzlos verloren. So ein Speicher verliert permanent grob um die 50 W. Ist nicht viel, ist aber auch nicht nichts.

Ansonsten hat ein Speicher eigentlich nur Vorteile. Er entkoppelt die Volumensströme und gibt der Wärmepumpe mehr Zeit zum Regeln und Takten, bietet eine Energiereserve für Abschaltzeiten und Abtauvorgänge. Der angesprochene "Plan B" für Notheizung bei Gebrechen außerhalb der eigentlichen Wärmepumpe ist in Zeiten schwieriger Verfügbarkeit von Personal und Material auch nicht verkehrt.


Zum Thema Fremdwärme wie Sonnenschein bei Fußbodenheizung noch: Eine Fußbodenheizung in einem gut isolierten Gebäude zeigt eine relativ deutliche "Selbstregulation".

Bedingt durch die geringe Temperatur im Heizbetrieb verringert sich die abgegebene Wärmeleistung bei steigender Raumtemperatur relativ deutlich. Hat der Boden zB 25° C und der Raum 21° geht deutlich mehr Wärme in den Raum als wenn dieser schon 23° hat (was zB bei Sonneneinstrahlung oder durch einen Feststoffofen passieren kann).

 

[Lewi82]

Bei einer modulierenden Wärmepumpe hat ein Parallelspeicher überhaupt keinen Vorteil. Eher im Gegenteil, die Regelung wird kompliziert und teuer, dazu killt er oft Effizienz. Bei Heizkörpern kann man in den Rücklauf einen einbauen zum Abtauen wenn die Wasservorlage knapp ist, bei einer FBH mit Heizestrich ohne ERR kann man sich das auch sparen bzw. im Neubau befreien lassen. Ich will nicht sagen, dass es keine guten Systeme mit Parallelpuffer gibt, aber die eher sind die Ausnahme.

Austro, wieso sollte man einer Wärmepumpe "Zeit zum takten" geben? Eine ideale Wärmepumpe takten so gut wie gar nicht, sondern fährt den Modulationsbereich ab. Den Rest im Haus macht der Selbstregeleffekt nach dem thermischen Abgleich.

Die Parallelpuffer/hydr. Weiche gibt's nur aus Gründen der Gewährleistung, das kann ein eingestelltes ÜSV genauso.

 

[Austro-Diesel]

Ich dachte dabei mehr an Heizkörper und es gibt auch immer einen Lastbereich, wo es ohne Takten nimmer geht. Die Frage ist ob das überhaupt relevant ist.

 

[Lewi82]

Das ist der Kompromiss in der Auslegung: etwas kleiner mit niedriger Modulation (vmin, entsprechende elektrische Leistungsaufnahme) dafür obenrum den Heizstab, alternativ etwas größer ohne Heizstab, dafür ein paar Takte im Übergang.

 

[Sesamtiffi]

Die Nachteile des Speichers sind rasch erklärt: er kostet etwas und braucht Platz. Wenn er im kalten Keller steht ist seine Verlustwärme in der Regel nutzlos verloren. So ein Speicher verliert permanent grob um die 50 W.

Die Abwärme ist allerdings nicht der einzige (und wohl oft auch nicht der überwiegende) Verlust. Je nach Art des Speichers kommen Verluste durch Vermischung von kaltem und warmem Wasser stark zum Tragen.
Habe kürzlich die Videos von bonotos empfohlen bekommen und kann sie wirklich weiterempfehlen. Passend zum Thema:

 

[Sesamtiffi]

Es läuft ja so, daß der Parallelspeicher auf den gewünschten Vorlaufwert aufgewärmt wird. Die Heizkreise nehmen sich daraus das Heizwasser und die Speichertemperatur fällt. Unter einem gewissen eingestellten Schwellwert, wird der wieder aufgeheizt. Eine modulierende WP deren Modulation sich im Idealfall laufend an den Wärmebedarf anpassen könnte, würde dauerhaft laufen und den Speicher auf Solltemperatur halten. Kann die das nicht, schaltet die sich ab, sobald der Speicher-Sollwert erreicht wurde, schaltet sich wieder ein, sobald der untere eingestellte Speicher-Grenzwert unterschritten wurde.

Ist dass nicht etwas, das man auch mit einem Reihenspeicher im Vorlauf machen kann? Wo sind die Vor- und Nachteile eines Parallelspeichers gegenüber dem Reihenspeicher im Vorlauf?

 

[Lewi82]

Wenn man es genau nimmt, hat der Parallelspeicher überhaupt keine Daseinsberechtigung. Effizienz, Investitionskosten, Betriebskosten und vom Aufwand hinsichtlich der - falls überhaupt möglich - vernünftigen Regelung ganz abgesehen.

 

[Sesamtiffi]

Warum wird er dann verbaut?

 

[Lewi82]

Weil er die einfachste Lösung für die Hersteller ist, die Wärmepumpe von einer vermeintlich schlechten Hydraulik im Haus zu trennen. Damit wird der Volumenstrom jederzeit abgesichert und es kann nicht zu Störungen kommen (Hochdruck).

Gewährleistet ein RL-Speicher mit Überstromventil aber genauso...
Hat inzwischen sogar die Industrie verstanden und es gibt einige Schemen mit RL-Speicher.

 

[Sesamtiffi]

Kann denn mit einem RL-Reihenspeicher auch ein Ersatzbetrieb mit Heizstab gewährleistet werden? Und macht es auch Sinn, PV-Überschuss in einen RL-Reihenspeicher zu laden?

 

[Lewi82]

1. Ja.
2. Macht aus meiner Sicht nie Sinn. Ob RL oder parallel.

Was soll so ein Pufferspeicher mit von mir aus 500l bei einem Volumenstrom von 25l/min auch groß überbrücken? 20 Minuten...dann ist er durchgemischt.

 

[Sesamtiffi]

Deine Antwort auf Punkt 2 verstehe ich nicht. Wieso überbrücken? Es ging darum, ob man PV-Überschüsse zum Puffer-Aufheizen nutzen kann, statt sie zu ca. 8 Cent/kWh einzuspeisen.