Kaskadenschaltung mit Wärmepumpen: nützlich bei hohem Wärmebedarf in großen Bauten
Können Wärmepumpen eigentlich auch richtig große Gebäudekomplexe beheizen? Aber klar doch: Hier kommt die Kaskadenschaltung ins Spiel. Durch die Kombination mehrerer Wärmepumpen entsteht eine besonders leistungsfähige und flexible Heizungsanlage. Wie eine solche Wärmepumpenkaskade funktioniert und wo sie sinnvoll ist, erfährst du in diesem Artikel.
Das Wesentliche in Kürze
Was ist eine Wärmepumpen-Kaskadenschaltung? Mindestens zwei Wärmepumpen werden miteinander kombiniert, um einen sehr hohen und/oder schwankenden Wärmebedarf besonders wirtschaftlich abzudecken.
Wo ist eine solche Kaskade sinnvoll? Vor allem in sehr großen Gebäuden – etwa in Mehrfamilienhäusern, Hotels, Schulen, Gewerbeobjekten oder Industrieanlagen.
Funktionsweise: Dank des modularen Aufbaus können sich mehrere kleine Wärmepumpen die Aufgaben teilen. Eine Wärmepumpe deckt dann zum Beispiel die Grundlast ab, während sich weitere Geräte bei steigendem Wärmebedarf automatisch zuschalten.
Vorteile: Eine Wärmepumpenkaskade aus mehreren kleinen Einzelgeräten kann effizienter, flexibler und betriebssicherer sein als ein extrem großes Einzelgerät. Das hängt natürlich immer von den Anforderungen vor Ort ab.
Bekannt aus
Was ist eine Wärmepumpenkaskade?
Bei einer Wärmepumpen-Kaskadenschaltung werden zwei oder mehr Wärmepumpen zusammengeschaltet, anstatt ein einzelnes großes Gerät zu betreiben. Auf diese Weise kann die Heizungsanlage den Wärmebedarf in sehr großen Gebäuden besonders effizient sichern. Je nach erforderlicher Leistung arbeiten nur die tatsächlich benötigten Geräte, andere werden bei Bedarf dazugeschaltet.
Eine Kaskade ist ein in Stufen angelegter Wasserfall. In der Wirtschaft versteht man darunter auch Prozesse, die in aufeinander folgenden Schritten aufbauen und so je nach Bedarf allmählich stärker werden können.
Wo und wann ist eine Kaskadenschaltung mit Wärmepumpen sinnvoll?
In Standard-Einfamilienhäusern bieten sich Wärmepumpenkaskaden in der Regel nicht an. Hier reicht in den allermeisten Fällen eine einzige Wärmepumpe aus, um den Wärmebedarf selbst an eisigen Wintertagen zu decken – im Neubau wie im Bestand.
Richtig interessant wird die Wärmepumpen-Kaskadenschaltung dagegen in besonders großen Gebäuden. Also dort, wo der Wärmebedarf besonders hoch ist und oft stark schwankt. Das hartnäckige Gerücht, wonach Wärmepumpen nicht für Mehrfamilienhäuser oder noch größere Gebäude geeignet seien, kannst du also getrost über Bord werfen.
Mehrfamilienhäuser mit mehreren Wohneinheiten
kommunale Einrichtungen wie Schulen oder Krankenhäuser
Gewerbe- und Industriegebäude
Wie funktioniert eine Wärmepumpe in Kaskadenschaltung?
Eine Wärmepumpenkaskade ist mehr als die Summe ihrer Teile. Eine intelligente Steuerung sorgt dafür, dass jedes einzelne Modul hocheffizient arbeitet und die Anlage so besonders wirtschaftlich läuft.
Dank des modularen Aufbaus lassen sich mehrere Geräte oft wesentlich besser an den tatsächlichen Heizbedarf anpassen als mit einer einzigen Großwärmepumpe. Eine Wärmepumpenkaskade kann sogar zur gleichen Zeit unterschiedliche Temperaturen auf effiziente Weise bereitstellen.
Besonders betriebssicher ist eine solche Kaskade ebenfalls. Sollte ein Gerät ausfallen, kann ein anderes Modul die Aufgabe übernehmen. Zwei Beispiele aus der Praxis:
Stellen wir uns vor, ein Mehrfamilienhaus braucht morgens und abends viel Heizungswärme und viel heißes Wasser. Ein Kaskadenmodul mit hoher Vorlauftemperatur kümmert sich um die Erhitzung des Warmwasserspeichers. Ein anderes Modul versorgt auf wesentlich geringerem Temperaturniveau (und damit sehr wirtschaftlich) die Heizung.
Was bedeutet Vorlauftemperatur?
Die Vorlauftemperatur bezeichnet die Temperatur des Heizungswassers, wenn es vom Wärmeerzeuger – in unserem Fall also von der Wärmepumpe – in das Heizungssystem gepumpt wird. Je niedriger die Vorlauftemperatur, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe.
Auch in der Industrie zeigt sich, wie vielfältig eine solche Kaskade genutzt werden kann. Für verschiedenste Anwendungen kommen Module mit unterschiedlichen Leistungen und Vorlauftemperaturen zum Einsatz. Besonders clever: Die Abwärme aus Industrieprozessen lässt sich nutzen, um mit Hilfe der Wärmepumpenkaskade neue Wärme zu erzeugen.
Anforderungen einer Wärmepumpenkaskade am Beispiel Mehrfamilienhaus
Willst du als Besitzer oder Besitzerin dein Mehrfamilienhaus mit einer Wärmepumpenkaskade ausstatten, solltest du dir über folgende Anforderungen im Klaren sein:
Platz und Aufstellmöglichkeiten
Natürlich brauchst du – je nach Modell – im oder am Haus den Platz für mehrere Wärmepumpen. Je größer das Gebäude, desto mehr Wärme wird gebraucht, und umso größer muss deine Kaskade ausfallen. Vielleicht ist aber der Ort, an dem früher die Öl- oder Gasheizung stand, schon ausreichend.
Energiebedarf
Die Wärmepumpenkaskade muss der Größe des Hauses und der Anzahl der darin lebenden Personen bzw. ihrem Heizbedarf angemessen dimensioniert sein.
Geräuschentwicklung
Mehrere Wärmepumpen machen logischerweise auch mehr Geräusche als ein einzelnes Gerät – dennoch sind moderne Wärmepumpen insgesamt schon sehr leise. Betreibst du Außengeräte, sollte der Schall sich vom Gebäude weg entwickeln können – mit Begrünung oder Lärmschutzwänden kannst du aber auch einiges erreichen. Achte außerdem auf Geräte mit niedrigen Dezibelwerten.
Abrechnung
Bedenke, dass du für dein neues Heizsystem auch ein geeignetes Zählersystem benötigst.
Einbindung der PV-Anlage
Hast du eine Solaranlage auf deinem Mehrfamilienhaus, sollte auch die natürlich an dein Heizsystem angeschlossen werden. Du willst schließlich so viel wie möglich deines selbst produzierten Stroms im Haus verwenden.
Du siehst, eine Wärmepumpenkaskade stellt einige Anforderungen. Lass sich von einem qualifizierten Fachbetrieb beraten, welche Art von Wärmepumpe, welcher Aufstellort usw. für deine Situation am besten funktionieren. Dann bist du auf der sicheren Seite und kannst die Menschen in deinem Haus problemlos mit sauberer Wärme versorgen.
Vorteile und Nachteile der Wärmepumpenkaskade
Fassen wir zusammen: Die Kaskadenschaltung von Wärmepumpen bietet in großen Gebäuden entscheidende Vorteile. Mögliche Knackpunkte sind die unter Umständen höheren Anschaffungs- und Installationskosten im Vergleich zu einer einzelnen Großpumpe. Das hängt aber immer vom Einzelfall ab. Hier im Überblick die drei wichtigsten Vor- und Nachteile:
Effizienter und robuster Betrieb, weil die Leistung auf mehrere kleine Wärmepumpen verteilt wird
Die Wärmeleistung wird optimal auf den erhöhten und schwankenden Bedarf abgestimmt.
Sollte ein Gerät ausfallen, kann ein anderes Modul die Aufgabe übernehmen.
Unter Umständen höhere Anschaffungs- und Installationskosten
Komplexere Steuerung, um den Betrieb der Module präzise aufeinander abzustimmen
Möglicherweise erhöhter Wartungsaufwand durch die Vielzahl der Komponenten
Nicht verwechseln: Kaskadenschaltung und Kaskadenmessung
Oft ist im Zusammenhang mit Wärmepumpen auch von einer anderen Kaskade die Rede: der von Wärmepumpe und PV-Anlage. Dabei geht es aber häufig nicht um die Kaskadenschaltung der beiden Geräte, sondern um die Kaskadenmessung. Hierbei werden zwei Stromzähler hintereinandergeschaltet, um den alleinigen Stromverbrauch der Wärmepumpe messen zu können.
Ein konventioneller Digitalzähler erfasst den Haushaltsstromverbrauch.
Ein zweiter digitaler Zweirichtungszähler misst den gesamten Stromverbrauch von Haushalt und Wärmepumpe sowie den erzeugten PV-Strom.
Zur Messung des Stromverbrauchs der Wärmepumpe zieht man den Stand des konventionellen Zählers vom Stand des Zweirichtungszählers ab.
Die Kaskadenmessung kann also sinnvoll sein, wenn du den Strom deiner PV-Anlage für deine Wärmepumpe nutzen willst und zudem weiteren Strom für den Betrieb der Wärmepumpe hinzukaufen musst. Der zusätzliche Bedarf wird dann über den speziellen Wärmestromtarif gedeckt. Dieser ist in der Regel einige Cent pro kWh günstiger als herkömmliche Tarife.
Dieses Messkonzept lohnt sich aber nur, wenn die Einsparungen durch den Wärmestromtarif größer sind als die Kosten für das Zweizähler-Messsystem (etwa 100–130 Euro jährlich). Je höher der Bedarf an zugekauftem Strom, desto eher rentiert sich die zusätzliche Investition.
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