Wie funktioniert eine Wärmepumpe

Viele wundern sich wie dieses Wundergerät aus kalter Luft warmes Wasser für die Heizung zaubert.
In diesem Beitrag werden wir diesen Zauberapparatus entzaubern indem wir die Grundlagen erläutern, anhand von Beispielen und Analogien die Funktionsweise verstehen lernen und am Ende ein breites Wissen über Wärmepumpen aufbauen.
Wissenschaftliche Abhandlungen über dieses Thema gibt es im Internet und gedruckt auf toten Bäumen. Wir wählen den Weg, den wir aus der Sendung mit dem Dönertier kennen: bunt, in Farbe und für Kinder verständlich.

Grundlagen

Die Natur gibt uns ein paar Regeln an die Hand, die uns das Leben erleichtern. Diese Reglen sind einfach da, man kann diese selbst entdecken und zu seinem Gunsten nutzen.

Wenn wir z.B. mit dem Fahrrad unterwegs sind und über einen Nagel fahren, dann verliert unser Reifen Luft. D.h. die Natur versucht Druckunterschiede auszugleichen.
Genauso funktioniert es mit Wärme. Wenn wir einen Topf mit heissem Wasser draußen hinstellen, dann kühlt das Wasser ab. Die Natur versucht die Temperaturunterschiede auszugleichen. Das Ganze geschieht ohne daß wir irgendetwas tun müssen. Es ist für uns kostenlos.

Auch in kalter Luft (z.B. -10°C) steckt eine menge Wärme. Erst bei um -273°C ist keine Wärme mehr vorhanden. D.h. bei -10°C ist es etwa 263°C wärmer als der absolute Wärmenullpunkt.

Um eine Flüssigkeit zu verdampfen wird Wärme benötigt (siehe Wasserkocher). Wird ein Gas abgekühlt so wandelt es sich zu einer Flüssigkeit (Wasserdampf kondensiert an kalter Oberfläche).

Ein Exkurs in die alte Zeit

Stellen wir uns einen Bauern vor, der vor 4000 Jahren sein Feld bestellen wollte. Neben dem Feld ist ein See. Damit die Pflanzen wachsen muss er das Feld bewässern. Leider will das Wasser nicht von alleine aus dem See hüpfen und sich auf dem Feld verteilen. Da er selbst keine Zeit hat das Feld zu bewässern, stellt er einen Wasserträger ein, der mit einem Eimer das Wasser aus dem See holt und auf dem Feld verteilt. Wenn mehr bewässert werden soll, dann muss der Bauer weitere Wasserträger einstellen. Die laufenden Kosten sind direkt proportional zu der benötigten Wassermenge.
Um die laufenden Kosten zu reduzieren und die Leistungsfähigkeit zu erhöhen musste sich der Bauer etwas überlegen. So dachte sich der Bauer daß es doch möglich sein muss die kostenlose Kraft der Natur zu nutzen.
Er wusste, dass das Wasser ohne Kraftaufwand in den getauchten Eimer fliesst. Ebenso fliesst das Wasser aus dem Eimer völlig kostenfrei wenn der Eimer über dem Feld gekippt wird. Er musste also es schaffen dass die Eimer in den See wandern und dann über dem Feld ausgekippt werden ohne dass Kosten entstehen. So entliess er seine Wasserträger, stellte einen Tierpfleger ein und kaufte 4 Esel und 16 Eimer. Je 4 Eimer wurden an jeden Esel befestigt und der Tierpfleger brachte die Esel dazu mit leeren Eimern in den See zu gehen und die vollen Eimer über dem Feld auszukippen. Die Esel ernährten sich kostenfrei vom Gras, welches überall wuchs.
Damit hat der Bauer erreicht, dass er mit einer einmaligen Investition in Eimer und Esel und mit geringen laufenden Kosten für den Tierpfleger sein Feld bewässern konnte. Die meiste Arbeit erledigte dabei die für ihn kostenlosen Regeln der Natur.
Irgendwann stellte der Bauer fest, dass ein Tierpfleger bis zu 10 Esel betreuen konnte aber nie weniger als 3 Esel gleichzeitig arbeiten durften. Sonst würde sich der Tierpfleger langweilen und kündigen. So “erfand” der Bauer die Modulation der Bewässerung von 30% (3 Esel) bis 100% (10 Esel) .

Die Wärmepumpe pumpt Wärme

Wir wollen mit der Kraft der Natur unser Haus beheizen. Leider geht Wärme von alleine nur vom warmen ins kalte. Also wird niemals Wärme aus der kalten Außenluft (z.B. -10°C) in unser Haus wandern (Solltemperatur 23°C).
Wie der Bauer aus unserem Beispiel müssen wir die Regeln der Natur nutzen um mit wenig Aufwand viel Wärme ins Haus zu übertragen.
Wir haben als Beispiel:
– -10°C kalte Außenluft
– den zu entwickelnden Apparatus den wir als Wärmepumpe bezeichnen wollen
– das Haus, welches eine Raumtemperatur von 23°C haben soll

Schritt 1 – Die Luftwärme soll in die Maschine

Damit die Natur die Luftwärme in die Maschine für uns kostenfrei schiebt, muss die Maschine kälter sein als die Außenluft.
Kälte können wir erzeugen indem wir eine Flüssigkeit verdampfen. Also gehen wir in die Küche und mischen Kohlenstoff mit Wasserstoff und werfen eine Priese Fluor dazu. So entsteht Difluormethan welches wir abgekürzt R32 nennen. Wir stellen fest, dass diese Flüssigkeit sofort aus unserem Küchentopf entweicht. Also basteln wir uns einen druckfesten Topf und bauen ein Ventil an den Topf um die Flüssigkeit nach Bedarf entweichen zu lassen.
Öffnen wir das Ventil so verdampft die Flüssigkeit und es entsteht ein kaltes Gas. Dieses Gas wird sofort von der Umgebungsluft aufgewärmt. Damit haben wir zwar den Wärmefluss von der Umgebungsluft zu unserem Gas erfolgreich in Gang gebracht. Einen Nachteil hat die Sache aber, das Gas entweicht in die Atmosphäre und ist damit weg. Damit das nicht passiert nehmen wir ein Kupferrohr und montieren außen Bleche. Das eine Ende des Rohrs wird am Ventil des Topfes mit der Zauberflüssigkeit befestigt.
Wenn wir jetzt das Ventil öffnen, dann verdampft die Flüssigkeit im Rohr. Das Rohr wird kalt und die Wärme aus der Umgebungsluft wandert von alleine durch das Rohr in das Gas. Leider entweicht das warme Gas (Temperatur = ca. Umgebungstemperatur) weiterhin durch das offene Rohr in die Atmosphäre. Das Rohr nennen wir “Verdampfer”.

Schritt 2 Die Wärme soll ins Haus

Das von der Natur kostenlos “erwärmte” Gas muss uns jetzt irgendwie helfen das Haus zu erwärmen. Wir nehmen uns einen Verdichter der das Gas ansaugt und auf einen höheren Druck verdichtet. Das verdichtete Gas erwärmt sich. Der Verdichter wird elektrisch betrieben.
Unser Ziel ist es die Wärme, die uns die Natur kostenlos in das kalte Gas gepumpt hat irgendwie zu nutzen um das Heizungswasser zu erwärmen.
Wir leiten das Gas also in ein weiteres Rohr, welches in Wasser getaucht ist um seine Wärme an das Heizungswasser abzugeben. Plötzlich stellen wir fest, daß am Ende dieses Rohrs kein Gas austritt sondern eine Flüssigkeit. Da die Rohre dicht sind, muss es sich um die ursprüngliche Flüssigkeit aus unserem Topf handeln. Wir nennen das von Wasser umflossene Rohr in dem das Gas plötzlich kondensiert “Kondensator”. Die Flüssigkeit leiten wir wieder in unseren Topf.
Die Wärme, die an das Heizungswasser abgegeben wurde ist viel höher als das was der Verdichter an Energie aufgenommen hat. Wir folgern, dass es sich um die Wärme handeln muss, die aus der Umgebungsluft stammt.

Fazit

Wir haben es geschafft, wie unser Bauer aus dem Beispiel, mit wenig Aufwand die Kräfte der Natur zu nutzen um unsere Ziele zu erreichen. Die kalte Umgebungsluft hat unser Haus erwärmt.

Wann ist eine Wärmepumpe nicht die richtige Heizung?

Eine Luft-Wasser Wärmepumpe ist in vielen Fällen das richtige Werkzeug um Ihr Haus zu beheizen und warmes Wasser zu produzieren. Aber es gibt auch Fälle in dennen die Wärmepumpe nicht geeignet ist.

Hohe Vorlauftemperatur

Wärmepumpen können bis auf ca. 45°C das Heizungswasser sehr effizient erwärmen. Darüber hinaus sollte man sich überlegen ob eine Wärmepumpe eingesetzt werden soll.
Selbstverständlich kann man seine Heizungshydraulik wärmepumpentauglich gestalten. Z.B. größere Heizkörper einsetzen, Niedertemperaturheizkörper verwenden oder Flächenheizungen einbauen.

Selten bewohnte Objekte

Werden Objekte selten genutzt und während der Abwesenheit nur im Frostfreihaltemodus beheizt, dann muss der Einsatz der Wärmepumpe gut überlegt werden.
Luft-Wasser Wärmepumpen von Panasonic haben eine Schutzschaltung gegen das Einfrieren der Komponenten. Diese Schutzschaltung wird aktiv, wenn die Rücklauftemperatur unter 19°C fällt. In diesem Fall wird der Verdichter abgeschaltet und der Heizstab zugeschaltet. Deshalb ist es unbedingt notwendig daß die Rücklauftemperatur immer über 19°C beträgt. In einem ständig genutzten und damit beheiztem Objekt ist dies gewährleistet. In Objekten die nur frostfrei gehalten werden, z.B. während der Abwesenheit soll die Raumtemperatur nur 15°C betragen, wird die Rücklauftemperatur unter 19°C fallen und damit wird der Heizstab aktiviert, was eine hohe Stromrechnung zur Folge hat.
In diesem Fall kann man z.B. einige Heizkreise abschalten und die übrigen Heizkreise mit einer höheren Vorlauftemperatur dauerhaft benutzen.

Schlechte Hydraulik

Eine nichtwärmepumpentaugliche Hydraulik ist nur selten ein Grund die Wärmepumpe nicht einzubauen. Oft kann die Hydraulik mit ein paar Kniffen für die Wärmepumpe verwendet werden.
1. Geringe Querschnitte und damit geringer Volumenstrom
Dieses Problem lässt sich durch Entkopplung der Wärmepumpe mittels einer hydraulischen Weiche beheben. Z.B. PAW-BTANK50l-2 (siehe Shop)
2. Kleine Heizkörper
Kleine Heizkörper resultieren in hoher Vorlauftemperatur. In vielen Fällen lassen sich diese Heizkörper gegen Niedertemperaturheizkörper (siehe Shop) tauschen.
Möglich ist auch eine Nachrüstung einer Flächenheizung im Trockenbau (siehe Shop).

Nachbarn die das Gras wachsen hören

Diese soll es geben. In diesem Fall hilft vermutlich auch die zusätzliche Schalldämmung nicht. Die Wärmepumpe wird zu Schlaflosigkeit, Kopfschmerzen und sonstigen Beschwerden führen, auch wenn diese noch nicht in Betrieb ist.
In diesem Fall kann die Wärmepumpe an einer anderen Seite des Hauses aufgestellt werden oder eine Umhausung nimmt den Nachbarn die Sicht auf das Gerät (Motto: was man nicht sieht, stört auch nicht).

Grüner Wasserstoff, Ökogas und Veganheizöl

Sobald diese Energiequellen endlich marktreif sind wird es schwer sein gute Argumente für eine Wärmepumpe zu finden.

Das haben wir schon immer so gemacht

Das wichtigste Argument gegen eine Wärmepumpe und für Gas und Heizöl kommt am Schluss.

Monoblock und der Winter

Aufgrund des kalten Wintereinbruchs in Europa bitten wir Sie folgende Hinweise zu beachten:

Luft Wasser Monoblock Wärmepumpen die mit reinem Wasser betrieben werden, sind einfriergefährdet sobald die Wärmepumpe in eine Störung läuft oder der Strom abgeschaltet wird.

In diesem Fall muss, wenn die Störung nicht sofort behoben werden kann, das Wasser aus der Wärmepumpe hausgelassen werden. Dazu schliesst man die Ventile an den Zuleitungen im Haus und lässt das Wasser aus der Wärmepumpe am Anschlussstück (kleine schwarze Schraube) und am Filter (über die Wartungsklappe erreichbar) raus.

Bleibt die Wärmepumpe aus und das Wasser in der Wärmepumpe, drohen Schäden durch die Volumenzunahme wenn das Wasser gefriert (Plattenwärmetauscher, Umwälzpumpe, Filtergehäuse können platzen und undicht werden)

Maßnahmen um einen Ausfall zu verhindern

Glykol

Wie von Panasonic vorgeschrieben sollte im Heizkreis ein Wasserglykolgemisch verwendet werden, welches bis -20°C frostsicher ist.

Smart Cloud

Das Smart Cloud modul (CZ-TAW1) informiert Sie über Störungen per email. Damit erfährt man auch wenn man nicht vor Ort ist, daß die Wärmepumpe ein Problem hat.
Zusätzlich können Sie rjTec.eu als Installateur freischalten, damit wir Ihnen bei der Lösung der Störung helfen können.

Externe Heizung

Dieser Tipp ist eher für die handwerklich begabten. Leider existiert kein fabrikfertiges Produkt welches wir empfehlen könnten und diese Lösung funktioniert nur, wenn die Stromversorgung nicht unterbrochen ist.
Ein thermostatgesteuertes Heizkabel wird um die wasserführenden Zuleitungen der Wärmepumpe unter die Isolierung gewickelt und beheizt diese bei Unterschreiten einer Temperatur von z.B. 5°C.

Zusätzliche Umwälzpumpe

Wenn die Wärmepumpe ausfällt, kann das Einfrieren der Wasserleitungen und der Wärmepumpe verhindert werden, indem eine im Haus befindliche Umwälzpumpe zugeschaltet wird. Diese sollte nicht permanent hydraulisch im System eingebunden sein um die normale Zirkulation nicht zu behindern, sondern per Ventilen zugeschaltet werden können.

Biblock- bzw. Splittwärmepumpe

Eine Splitt-Wärmepumpe hat draußen keine wassergeführten Leitungen die einfrieren können. Damit ist eine Splittwärmepumpe deutlich störsicherer als eine Monoblockwärmepumpe.

Panasonic Wärmepumpe Fehler H70

Die Panasonic Wärmepumpen haben mehrere eingebaute Schutzmechanismen. Hier wird der Fehler H70 Abnormal Back-up Heater OLP (Fehler Überlastschuth interner Heizstab)

Vorwort

In jeder Panasonic Wärmepumpe ist ein interner Heizstab verbaut. Dieser hat entweder 3 oder 9 kW Leistung. Die Leistung des Heizstabes lässt sich aus der Typbezeichnung herauslesen. Z.B. WH-MXC09H3E8 deutet auf einen 3kW Heizstab hin (Dritte Stelle von hinten, im Beispiel fett dargestellt).

Der Heizstab ist in einem zylinderförmigen Gehäuse in der Wärmepumpe verbaut. Bei Splittgeräten ist dieser im Innengerät verbaut.

Heizstab in einem 5kW Monoblock der Generation J

Sicherheitshinweis

Arbeiten auch Prüfungen am Stromkreis sollten nur von ausgebildeten Personen durchgeführt werden. Bei Arbeiten an Stromkreisen die Netzspannung 230V oder 400V führen entsteht Lebensgefahr durch elektrischen Schlag. Es ist vorteilhaft die Überprüfung einer anderen Person zu überlassen. Ein weiteres Paar Augen sieht meist mehr.

Absicherung des internen Heizstabes

Abgesichert wird der Heizstab durch eine Übertemperatursicherung und über Spannungsdetektierung.

Spannungsdetektierung

Spannungsdetektierung: ist der Stromanschluss PS2 nicht bestromt (die richtige Spannung liegt nicht an) dann kann dies den Fehler H70 auslösen. Deshalb ist zuerst die richtige Spannungsversorgung zu überprüfen.

Häufige Fehler

  • kein Kabel am PS2 angeschlossen
  • keine Spannung am Anschluss PS2
  • Kabelklemmen falsch angezogen (auch im Schaltschrank überprüfen)
  • RCD am PS2 ausgeschalten

Übertemperaturschutz

Es gibt einen doppelten Übertemperaturschutz. Direkt am Heizstab befindet sich der elektrische Anschluss. Die Kabel werden auf einen Block mit Übertemperaturschaltern gesteckt. Jede Phase wird durch einen eigenen Übertemperaturschalter geführt. Zusätzlich gibt es einen weiteren Übertemperaturschalter der direkt an die Hauptplatine das Auslösen des Übertempraturschalters meldet.

Überprüfen des Meldetemperaturschalters

Der Meldeschalter kann überprüft werden, indem der Stecker CN-OLP1 abgezogen und auf Durchgang überprüft wird. Diese Überprüfung soll spannungslos (Netzspannung ausschalten) erfolgen.
Selten passiert es, daß der Stecker schlechten Kontakt zur Buchse hat. In diesem Fall reicht es die Kontakte zu überprüfen und den Stecker mehrfach abzuziehen und wieder zu stecken. In der Regel haben die Kabel eine blaue Isolierung und sind von einem schwarzen Schlauch geschützt.

Überprüfen der Temperaturschalter für die Phase(n)

Diese Übertemperaturschalter können direkt am Anschlussblock am Heizstab überprüft werden, indem (bei ausgeschalteten Sicherungen) die Kabel vom Anschlussblock abgezogen werden und auf Durchgang überprüft wird.

Zurückstellen des Übertemperaturschutzes

Sollte der Übertemperaturschutz ausgelöst haben, so muss dieser zurückgestellt werden. Dazu ist die schwarze Abdeckung am Heizstab zu entfernen und mit einem spitzen Gegenstand der Stift leicht zu drücken.

Übertemperaturschutz (schwarzer Knopf unterhalb des türkisen Punktes)

Ursachen für das Auslösen des Übertemperaturschalters

Häufige Ursachen für das Auslösen des Übertemperaturschalters sind:
– Luft im System
– Wenig Volumenstrom
– zu hohe Wassertemperatur
– Defekt im Übertemperaturschalter

Überprüfen des internen Heizstabes

Der interne Heizstab lässt sich nur überprüfen, wenn die elektrische Spannungsversorgung korrekt anliegt und das hydraulische System gefüllt und betriebsbereit ist.
Das Wartungsmenu erreichen man, indem man bei ausgeschalteter Wärmepumpe (grüne LED leuchtet nicht) gleichzeitig die Tasten:
Zurück, Eingabe und Pfeil rechts
5 Sekunden lang drückt.
Im Wartungsmenu wird der Punkt Aktor Test aufgerufen und dort der Heizstab ausgewählt.

Altenativ kann die Wärmepumpe kurz im Notmodus betrieben werden. Der Notbetrieb lässt sich über das Schnellmenü erreichen (Taste links unten). Dann Auswahl Notbetrieb.

Grafik für Notheizbetrieb im Schnellmenu


Steigt die Vorlauftemperatur an und zeigt der Stromzähler den zur Heizstableistung passenden Strombedarf, dann kann man von einem funktionierenden internen Heizstab ausgehen.

Meldung eines Gewährleistungsfalls

Sollten Sie mit einem bei uns gekauften Geräte Probleme haben und einen Gewährleistungsfall auslösen wollen, dann bitten wir Sie die folgenden Daten per email zu senden:

Daten zum Kauf

Name:
Adresse:
Rechnungsnummer:

radmin

Daten zum Gerät

Bezeichung des Geräts:
Einbaudatum:
Eingebaut durch:
Inbetriebnahmeprotokoll bitte als PDF beifügen (insbesondere wichtig bei Wärmepumpen)

Fehlerbeschreibung

Bitte beschreiben Sie das Problem möglichst genau. Erwähnen Sie bitte ggf. Fehlermeldungen des Geräts und nennen möglichst viele Parameter wie z.B. Temperatur, Wasserdruck, etc. Welche Tätigkeiten wurden an dem Gerät in letzter Zeit durchgeführt?

Änderungen der Förderung für Wärmepumpen ab 1.1.2021

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWi hat neue Richtlinien für die Förderung der Wärmepumpen veröffentlicht.
Details können direkt beim BMWi angefordert werden.

Die bis jetzt bekannte Förderung der Wärmepumpe (BAFA Förderung) wird es nur noch im Bestand geben.

Die Bundesregierung hat mit dem Bundesförderung für effiziente Gebäude – Einzelmassnahme (BEG-EM) Gesetz eine wichtige Neuerung eingebracht:
– selbst beschafftes Material wird nicht mehr gefördert
– Eigenleistungen und dabei entstandene Materialkosten sind aufgrund der notwendigen Qualitätssicherung nicht förderfähig, sondern nur Leistungen von Fachunternehmen und die Kosten des durch ein Fachunternehmen verbauten Materials.

Selbstverständlich ist die Förderung weiterhin möglich, wenn Sie mit rjTec.eu das Vorhaben realisieren.

Preisanpassung ab 1.1.2021

Ab dem 1.1.2021 werden alle unsere Preise, bedingt durch die Mehrwertsteuernormalisierung auf 19%, eine Anpassung erfahren.
Leider haben auch unsere Lieferanten angekündigt die Preise zu erhöhen.

So schreibt ein Lieferant:
auf Grund von starken Materialpreiserhöhungen von Vorlieferanten sind wir gezwungen, ab dem 1. Januar 2021 unsere Preise um 3 % (gerundet) anzuheben.

Ein anderer Dienstleister schreibt:
Ab dem 1. Januar 2021 gilt die von der Bundesregierung erhobene CO 2 -Steuer unter anderem auch für Transportdienstleistungen. Ebenso wird die Anhebung des Mindestlohns von mehr als 10% im europäischen Ausland eine weitere Kostenerhöhung mit sich bringen […] ist es erforderlich, die Preise zum 1. Januar 2021 um 3,6 % anzupassen.

Ein weiterer Dienstleister teilt mit:
die Corona-Pandemie […] nehmen wir auch das Thema Umweltschutz sehr ernst […] Trotz unserer Kostenoptimierung können wir die aktuelle Kostenentwicklung nicht mehr kompensieren.
Im Ergebnis steigen die Preise um ca. 3,9%

Wir erwarten noch weitere Anpassungen die sich logischerweise aus dem Umgang mit COVID-19 und den Notwendigkeiten zum Klimaschutz ergeben.

Rechnen Sie bitte ab 1.1.2021 mit einer Preiserhöhung von, je nach Produkt, 4-6% (MwSt + Zulieferer).

Auch ein anderer Zulieferer hat die Preise (wie jedes Jahr ab dem 2. Quartal) um etwa 4-5% erhöht. Mit der normalen MwSt sind wir dann bei einer Preierhöhung um ca. 7% ggü. 2020.

Bitte beachten Sie ab 1.1.2021 auch die Änderungen bei der staatlichen Förderung für Wärmepumpen.

Für das Jahr 2021 wünschen wir Ihnen und uns Gesundheit und endlich die Freiheit zurück, die wir vor den Maßnahmen zur erfolglosen Eindämmung der Covid-19 Pandemie hatten. Unserer Regierung wünschen wir die Weisheit sinnvolle Entscheidungen zu treffen.

“Ich weiß es besser als die Anleitung” Hitparade

oder “irgendjemand im Forum hat gemeint, man braucht es nicht” Hitparade

Jeder Wärmepumpe liegt ein großes Faltblatt bei. Diese Installationsanleitung ist im Detail zu beachten.
Panasonic stellt auch ein Planungshandbuch für die Aquarea Serie zur Verfügung.

Leider kommt es immer wieder vor, dass wesentliche Teile dieser wichtiger Dokumente missachtet werden.

Für Schäden, die entstehen, weil die Installationsanleitung nicht beachtet wurde, haftet der Betreiber der Anlage.

Platz 1

Unangefochten auf Platz 1: den Heizstab (Power supply 2) nicht anzuschliessen.

Platz 2

Die Hydraulik mit dünnen Röhrchen hat doch auch beim Gas funktioniert.

Platz 3

Ich brauche eine übergroße Wärmepumpe

Platz 4

Ich verstelle Parameter, die ich nicht verstehe, und wundere mich, daß die Wärmepumpe seltsam funktioniert.

Die Liste wird laufend erweitert.

Hilfe, mein Auto fährt zu schnell…

… ich gebe Vollgas und habe schon die Handbremse angezogen um langsamer zu werden aber jetzt ist der Motor aus und die Bremsen stinken.

So ähnlich läuft es wenn man die Wärmepumpe mit zu hoher Vorlauftemperatur betreibt und die Raumtemperatur mit Einzelraumreglern reguliert.

Mindestvolumenstrom

Die Wärmepume braucht einen Mindestvolumenstrom im Heizkreis. Bei den kleinen WP beträgt dieser 7l/Min bei den großen 11l/Min. Wird der Mindestdurchfluss unterschritten, dann kommt schnell die Meldung H62.

Deshalb

  • Den Mindestvolumenstrom nie unterschreiten
  • Einzelraumregler nur in wenigen Räumen aktiv halten
  • Wenn generell zu warm, dann Heizkurve runter
  • Wenn einige Räume generell zu warm/kalt, dann hydraulischen Abgleich machen
  • Wenn einige Räume zeitweise zu warm/kalt, dann Einzelraumregler benutzen

Wärmepumpe und PV

Oft stellen unsere Kunden die Frage nach der Möglichkeit den eigenen PV Strom zu Heizzwecken zu verwenden. Dieser Artikel soll helfen zu verstehen welche Möglichkeiten die Panasonic Wärmepumpe bietet um den Eigenstromverbrauch zu erhöhen.

Wenn die Sonne scheint

Erzeugt die eigene PV Anlage “sauberen” Strom. Gleichzeitig wird die Außentemperatur höher und die Sonne erwärmt das Haus durch die Fenster.

Sommer

Im Sommer haben wir eine direkte Beziehung zwischen zu viel Wärme, viel eigenem Strom und Kühlbedarf.
Die Wärmepumpe kann das Haus zu einem großen Teil mit Eigenstrom kühlen.

Winter

Im Winter sieht die Beziehung nicht mehr so einfach aus. Jeder Hausbesitzer muss eine Strategie, die zu seinem Haus und seinem Geldbeutel passt, wählen.

Winterstrategie 1: wenig Aufwand, wenig Kosten

Da die Sonne meist nur tagsüber scheint und damit die PV Analge nur tagsüber Strom erzeugt, lässt man die Wärmepumpe timergesteuert tagsüber laufen.
Wenn das Haus, wegen mangelnder Isolierung, in der Nacht auskühlt so kann man die Wärmepumpe nachts im leistungsreduzierten Betrieb (Ruhemodus 1-3) laufen lassen.
Mit dieser einfachen Strategie hat man in den meisten Fällen eine Menge erreicht.

Winterstrategie 2: mittlerer Aufwand

Eine Verbesserung des Eigenstromverbrauchs erreicht man indem man die Wärmepumpe entsprechend der PV Überproduktion steuert.
Dazu muss zuerst die PV Überproduktion bestimmt werden. Z.B am Verbrauch-/Einspeisezähler.

Wenn der Einspeisezähler meldet, dass elektrische Energie ins Netz wandert (Erzeugung größer Verbrauch), dann kann die Wärmepumpe dazu bewegt werden, mehr Strom zu verbrauchen um damit mehr Wärme ins Haus zu liefern.
Auch der umgekehrte Weg ist möglich. Wenn am Netzanschlusspunkt festgestellt wird, dass elektrische Energie vom Netz bezogen wird, dann kann die Wärmepumpe die Wärmeerzeugung reduzieren.
Die Panasonic Wärmepumpen bieten dazu zwei Eingänge (Smart Grid) auf der optionalen Platine CZ-NS4P an.

Mit diesen zwei Eingängen lassen sich drei Stufen schalten: normal, Stufe 1 und Stufe 2.

Jede Stufe beeinflust die Sollvorlauftemperatur. Normal ist die unveränderte Sollvorlauftemperatur (laut Heizkurve oder laut Festwert). Stufe 1 oder Stufe 2 kann auf einen Wert zwischen 50 und 150% konfiguriert werden. Z.B. Stufe 1 80% und Stufe 2 120%.
Ein Beispiel: Die Vorlauftemperatur ist auf 30°C eingestellt.
Bei aktiven Smart Grid Zustand normal, würde die Wärmepumpe einen Vorlauf mit 30°C erzeugen.
Bei aktiven Smart Grid Zustand Stufe 1, würde die Wärmepumpe 80% von 30°C also 24°C erzeugen
Bei aktiven Smart Grid Zustand Stufe 2, würde die Wärmepumpe 120% von 30°C also 36°C erzeugen.

Somit kann die Stromaufnahme der Wärmepumpe indirekt beeinflusst werden.

Die Wärmepumpe bietet keine Möglichkeit vorzugeben wie viel elektrische Leistung aufgenommen werden soll. Es ist nicht möglich vorzugeben dass die Wärmepumpe z.B. 800W aufnehmen soll.

Winterstrategie 3: KNX oder MODBUS

Dies ist die Erweiterung der zweiten Winterstrategie. Die Wärmepumpe lässt sich mittels KNX oder MODBUS steuern (PAW-A2W-KNX-H oder PAW-A2W-MBS-H). Damit sind auch gradgenaue Vorgaben der Vorlauftemperatur möglich. In diesem Fall ist eine Logikeinheit notwendig, welche den Stromfluss am Netzanschlusspunkt misst und dementsprechend die Vorlauftemperaur und damit indirekt die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe bestimmt.

Bemerkungen zur Winterstrategie 2 und 3

Scheint die Sonne, so wird es bei grossen Fenstern auch im Haus immer wärmer. Wenn dann die Wärmepumpe noch eine höhere Vorlauftemperatur liefert, kann es sehr schnell unangenehm warm werden. Bei Häusern, die schattig gelegen sind, ist das meist kein Problem.

Diese beiden Strategien funktionieren besser in thermisch trägen Häusern mit Flächenheizungen mit viel thermischer Masse als in Häusern mit Trockenestrich.

Pufferspeicher

Im Zusammenhang mit PV Strom Eigenverbrauch wird oft an einen Pufferspeicher für das Heizungswasser gedacht. Die Idee is in auf den ersten Blick gut: bei PV Überschuss wird das Wasser im Pufferspeicher von der Wärmepumpe hochgeheizt um dann später diese Wärme für Heizzwecke zu nutzen.

In 1000l Wasser kann pro 1K Temperaturerhöhung ca. 1,16kWh Energie gespeichert werden. Wenn wir also für Heizzwecke 35°C benötigen und die maximale Temperatur, die von der Wärmepumpe erzeugt werden kann 60°C beträgt, dann beträgt die nutzbare Temperaturerhöhung 25K.
Bei einem 1000l Pufferspeicher kann man dann 1,16kWh/K*25K, etwa 29kWh Energie speichern.
29kWh Wärmeenergie können von der Wärmepumpe bei einem COP von 3 aus ca. 10kWh Strom erzeugt werden.
D.h. eine Stunde Stromerzeugung einer üblichen 10kWp PV Anlage kann in einem 1000l Pufferspeicher gespeichert werden.

Wenn das Haus eine Heizlast von 4kW hätte, dann könnte die Heizung für 7 Stunden überbrückt werden (halbe Nacht im Winter).

Mittels der optonalen Platine CZ-NS4P kann die Temperatur im Pufferspeicher um 150% erhöht werden (von 35°C auf 52,5°C in unserem Beispiel. So kann nicht die komplette Kapazität des Puffespeichers ausgenutzt werden). Die Verwendung von einem KNX oder Modbus Modul ist hier technisch überlegen.

Eine separate Steuerung könnte einen Heizstab zusätzlich einschalten, dieser könnte die Temperatur im Pufferspeicher bis auf über 90°C erhöhen und damit könnte noch mehr Energie eingespeichert werden.

Der technische Aufwand und damit die Investitionskosten sind recht hoch. Benötigt wird der Speicher, eine Pumpengruppe und eine Steuerung.

Batteriespeicher

Ist ein Batteriespeicher vorhanden, so dient dieser nicht nur zur Speicherung von Strom für die Wärmepumpe. Der gespeicherte Strom kann auch für andere Zwecke verwendet werden. In diesem Fall wird die Wärmepumpe in der Regel normal ohne irgendeine besondere Einstellung zur Erhöhung des Eigenstromverbrauches betrieben.