Optimierungen

Für den effizienten Betrieb und eine lange Lebensdauer der Wärmepumpe gibt es einige Optimierungen, die man selbst vornehmen kann. Diese Optimierungen sind abhängig von den lokalen Gegebenheiten und persönlichen Vorlieben und unterscheiden sich daher von Wärmepumpe zu Wärmepumpe. Nachfolgend sind einige dieser Optimierungen - von einfach bis etwas komplexer - aufgeführt.

Für einen effizienten Betrieb gilt grundsätzlich:

Je geringer die Temperatur(-differenz), desto geringer der Energieverbrauch!

Grobe Faustregel: jedes zusätzliche Grad erhöht den Energieverbrauch um ca. 2,5% [Quelle]

Warmwasseraufbereitung

10-20% des jährlichen Energiebedarfs der Wärmepumpe wird für die Warmwasseraufbereitung verwendet. Daher können Optimierung auch hier einen beträchtlichen Anteil beitragen.

Temperatur

Wenn möglich sollte man versuchen, die Warmwassertemperatur möglichst niedrig einzustellen. Das hat den weiteren Vorteil, dass mit niedrigerer Temperatur auch weniger Mineralsalze auskristallisieren und so weniger Kalkablagerungen entstehen, die zusätzlich die Effizienz beeinträchtigen. Demgegenüber steigt die Legionellengefahr, wenn das Wasser nicht ausreichend erhitzt wird. Eine regelmäßige Umwälzung oder thermische Desinfektion kann hier Abhilfe schaffen [bwp].

Die Warmwassertemperatur kann man mit der Stopptemperatur festlegen. Siehe auch Einstellungen zur Warmwasseraufbereitung.

Ladedelta

Eine weitere Einstellung bei der Warmwasseraufbereitung ist das Ladedelta. Das Ladedelta definiert, wie hoch die Vorlauftemperatur gegenüber der Warmwassertemperatur angehoben wird (siehe Einstellungen zur Warmwasseraufbereitung). Je höher das Ladedelta, desto schneller wird das Warmwasser aufgeheizt. Das bedeutet aber auch, dass bei einer Stopptemperatur von 48 °C und einem Ladedelta von 12 K, die Vorlauftemperatur am Ende auf 60 °C angehoben wird. Reduziert man die Ladetemperatur hingegen auf 6 K, so muss am Ende lediglich auf 54 °C aufgeheizt werden, aber natürlich dauert die Warmwasseraufbereitung entsprechend länger.

Tageszeit

Mit steigender Außentemperatur kann die Wärmepumpe mehr Energie aus der Umgebungsluft gewinnen. Wie man im nachfolgenden Diagramm sieht, ist die durchschnittliche Außentemperatur in Deutschland am frühen Nachmittag am höchsten (Daten von energy-charts.de). Es ist daher sinnvoll, die Warmwasseraufbereitung auf den frühen Nachmittag zwischen 13 und 15 Uhr zu legen.

Dazu kann man die Auto Modusauswahl mit beispielsweise 4 Zeitprogrammen und 2 Modi nutzen:

• 13-17 Uhr = bevorzugte Zeit → Eco
  • Starttemperatur: 41 °C
  • Stopptemperatur: 48 °C
• 17-21 Uhr = akzeptable Zeit → Eco+
  • Starttemperatur: 33 °C
  • Stopptemperatur: 40 °C
• 21-8 Uhr = inakzeptable Zeit → Aus
• 8-13 Uhr = akzeptable Zeit → Eco+
  • Starttemperatur: 33 °C
  • Stopptemperatur: 40 °C

In diesem Beispiel wird zwischen 13-17 Uhr das Warmwasser aufbereitet, wenn dessen Temperatur unter 41 °C gefallen ist. Falls sie in den Stunden zuvor oder danach unter die Schwelle von 33 °C fällt, wird in den noch akzeptablen Vormittag- oder Abendstunden aufgeheizt. In der Nacht wird nicht aufgeheizt.

Die obigen Einstellungen funktionieren nur gut, wenn ihr dem Warmwasserspeicher an üblichen Tagen etwa 7-14 °C entnehmt. Dann sollte an diesen üblichen Tagen die Warmwasseraufbereitung in die bevorzugte Zeit fallen. Liegt euer täglicher Verbrauch jedoch höher, so solltet ihr die Eco-Stopptemperatur entsprechend nach oben verschieben. Liegt euer täglicher Verbrauch niedriger, so solltet ihr die Eco-Stopptemperatur so anpassen, dass die Warmwasseraufbereitung auf jeden zweiten Mittag fällt. Überprüfen könnt ihr die aktuelle Warmwassertemperatur entweder am Startbildschirm des lokalen Bedienelements, in der App oder über ein Smarthome-System. An dieser Stelle möchte ich nochmals eindringlich darauf hinweisen, dass ihr bei derart niedrigen Wassertemperaturen entweder eine wöchentliche thermische Desinfektion oder einen Wasseraustausch aller Leitungen innerhalb weniger Tage sicherstellen müsst [bwp].

Auch für Besitzer von Photovoltaik-Anlagen und im Sinne der Energiewende kann die oben beschriebene Einstellung sinnvoll sein, denn in der Regel ist der höchste PV-Ertrag in Deutschland gegen 13 Uhr zu erwarten (siehe energy-charts.de). Wer eine PV-Anlage besitzt, kann noch einen Schritt weiter gehen und die Warmwasseraufbereitung mit PV-Überschuss optimieren. Dafür kommt der in den oben genannten Einstellungen nicht genutzte Komfortmodus zum Einsatz. Weitere Details zur Realisierung könnt ihr beispielsweise der Anleitung für evcc entnehmen.

Warmwasserzirkulation

Steht Wasser länger in der Leitung kühlt es ab. Um beim Aufdrehen der Dusche oder des Wasserhahns gleich mit warmem Wasser begrüßt zu werden, wurden früher in vielen Häusern so genannte Zirkulationsleitungen verbaut. Mit Hilfe dieser zusätzlichen Leitung wird warmes Wasser aus dem Warmwasserspeicher, der sich oft im Heizungskeller befindet, in die anderen Stockwerke zirkuliert. Somit verschwendet man weniger Wasser, das unnötig in den Abfluss laufen würde, bis endlich warmes Wasser den Wasserhahn oder die Dusche erreicht. Klingt erst einmal sinnvoll, um sparsam mit der kostbaren Ressource Wasser umzugehen.

Problem daran ist jedoch, dass durch die Zirkulation des warmen Wassers durch die Leitungen im kälteren Mauerwerk Wärmeenergie verloren geht. Im Winter könnte man argumentieren, dass damit zusätzlich das Haus mitgeheizt wird und somit keine Energie verloren geht. Da das Brauchwasser jedoch in der Regel eine höhere Temperatur als das Heizungswasser hat und dadurch mehr elektrische Energie nötig war, um es zu erzeugen, verschenkt man damit einiges an Potenzial.

Eine logische Schlussfolgerung wäre die Zirkulationspumpe einfach abzustellen. Aufgrund der Gefahr von Legionellen ist dies aber keine gute Idee. Eine erste Optimierung ist die Laufzeit der Zirkulationspumpe in den Einstellungen der Wärmepumpe zu reduzieren. Alternativ kann man sich die Zirkulationspumpe an eine eigene Steckdose legen lassen. Dann nutzt man einen programmierbaren Zwischenstecker, z.B. von Shelly, der zu Bedarfszeiten, z.B. morgens und abends, die Zirkulation für 5 Minuten aktiviert. Damit spart man Wasser und gleichzeitig reduziert man den Energieverlust der Zirkulation auf ein Minimum.

Wer möchte, kann noch einen Schritt weitergehen und den Zwischenstecker bei Warmwasserbedarf mit einem Shelly-Button oder einer Amazon Alexa Routine einschalten. Dann drückt man einfach den Button oder sagt “Alexa, duschen” um die Zirkulationspumpe für 5 Minuten zu starten.

Heizkurve und Thermischer Abgleich

Nun gehen wir vom Warmwasser zur Optimierung der Heizung. Wie beim Warmwasser ist es essentiell, dass die Vorlauftemperatur gerade so niedrig ist, dass die Räume gerade noch so warm werden wie nötig. Dabei sollen nicht die Einzelraumregelungen (ERR) durch Takten, d.h. durch ständiges Öffnen und Schließen des Wasserzulaufs, die Raumtemperatur regeln - ähnlich wie bei einem Auto, das ständig auf Maximalgeschwindigkeit beschleunigt und dann wieder zum Stillstand abgebremst wird, anstatt mit einer konstanten Geschwindigkeit zu fahren. Ziel ist es daher, dass die Räume ununterbrochen mit der minimal notwendigen Wassertemperatur versorgt werden. Und so braucht die Wärmepumpe nur auf die minimale Vorlauftemperatur aufheizen, die gerade notwendig ist, um alle Räume auf Wohlfühltemperatur zu erwärmen.

Die Einstellung dieser minimalen Vorlauftemperatur und die Feinjustierung des Durchflusses wird durch den so genannten thermischen Abgleich erzielt. Die folgende 4-Schritt-Anleitung für den thermischen Abgleich stammt von Energiewende.eu:

1. Beginnen Sie mit dem am schlechtesten beheizten Raum des Gebäudes. Dies ist Ihr “Leitraum”. Öffnen Sie das Ventilunterteil maximal und ändern Sie dann die Heizkurve, bis dieser Raum perfekt temperiert ist.
2. Typischerweise werden die anderen Räume dann zu warm sein. Gehen Sie in jenen Raum, der am stärksten überhitzt ist und drehen das Ventilunterteil der Heizkörper dort etwas ein. Beobachten sie die Temperatur dieses Raumes mindestens einen Tag lang und justieren ggf. nach. Je nach Qualität Ihrer Gebäudehülle kann es bis zu 3 Tage dauern, dass sich die Temperatur eingeschwungen hat.
3. Wenn dieser Raum perfekt geheizt wird, gehen Sie zurück in den Leitraum. Da Sie die Gesamtmenge reduziert haben, wird der Leitraum wahrscheinlich zu warm geworden sein. Passen Sie die Heizkurve an, bis dieser Raum wieder korrekt temperiert ist.
4. Ermitteln Sie, welcher Raum nun am stärksten überhitzt ist (dies ist u.U. derselbe wie zuvor oder ein anderer). Drehen Sie dort das Ventilunterteil etwas ein und justieren dessen Temperatur über einige Tage nach. Wiederholen Sie die Schritte 3 und 4 so lange, bis alle Räume die perfekte Temperatur haben.

Das Vorgehen sollte an einem kalten Tag mit Minustemperaturen und geringer Sonneneinstrahlung vorgenommen werden. Für die Anpassung der Heizkurve in Schritt 3 reduziert man dann die Vorlauftemperatur an der Normaußentemperatur (NAT). Hierbei ist noch zu bemerken, dass es keinen Sinn macht, wenn sich die Solltemperaturen in benachbarten Räumen stark unterscheiden. Einige wenige Grad Unterschied sind in Ordnung, aber wenn die Unterschiede zu groß sind, werden die kalten Räume einfach durch die warmen Räume mitgeheizt und man braucht wiederrum eine höhere Vorlauftemperatur im wärmeren Raum.

Bevor man die Heizkurve an der NAT justiert, sollte man noch die Heizgrenztemperatur einstellen. Dazu einfach im Herbst bei Außentemperaturen um die 15°C prüfen, ab welcher Temperatur man im Haus die Wohlfühlgrenze verlässt. Das ist natürlich individuell unterschiedlich. Um unnötiges Takten zu verhindern, ist eine niedrigere Heizgrenztemperatur vorzuziehen.

Abgleich der Volumenströme

Um den Abgleich der Volumenströme zwischen Primär- und Heizkreis zu verstehen, muss man Regelung der Kreise etwas genauer betrachten. Im Primärkreis wird als Zielgröße die Temperaturdifferenz dT zwischen Vorlauf (TC3) und Rücklauf (TC0), die so genannte Spreizung, eingestellt. Das Erreichen der Spreizung wird über den Volumenstrom der drehzahlgesteuerten Pumpe (PC0) geregelt. Ist die Spreizung zu niedrig, reduziert PC0 den Volumenstrom, damit das Wasser im Verflüssiger mehr Wärme aufnehmen kann und die Spreizung steigt. Ist die Spreizung zu hoch, erhöht PC0 den Volumenstrom.

Im Heizkreis hingegen wird der Differenzdruck eingestellt und die Spreizung ergibt sich aus der Wärmeabnahme der Heizkörper bzw. Fußbodenheizung. Bei gleichbleibendem Differenzdruck nimmt das Haus immer gleich viel Energie ab und die Spreizung bleibt auf nahezu dem selben Wert. Leichte Veränderungen ergeben sich bei niedrigerer Außentemperatur durch die steigende Vorlauftemperatur. Diese Veränderung kann aber vernachlässigt werden.

Wenn nun

1. der Primärkreis einen höheren Volumenstrom aufweist als der Heizkreis abnehmen kann - dann zieht der Primärkreis warmes Wasser wieder direkt in den Rücklauf und die Wärmepumpe geht aus - oder
2. der Primärkreis einen niedrigeren Volumenstrom aufbringt als der Heizkreis abnimmt - dann befördert der Heizkreis kälteres Wasser aus seinem Rücklauf direkt wieder in seinen Vorlauf (T0 > TC1).

Standardmäßig ist bei der Bosch CS 5800/6800i und Buderus WLW 176/186 die Spreizung des Primärkreises auf 4,5 K bei Fußbodenheizung und 7,5 K bei Heizkörpern und ein Differenzdruck von 250 mbar hinterlegt.

Grundsätzlich ist eine niedrigere Spreizung effizienter, denn um beispielsweise eine mittlere Temperatur von 30 °C zu erreichen, muss die Spreizung bei 4 K den Vorlauf auf 32 °C erwärmt werden. Bei einer Spreizung von 8 K müsste der Vorlauf auf 34 °C erwärmen.