Wärmepumpen in Kaskadenschaltung - Aufbau, Vorteile, Kosten
Die Wärmepumpe erfreut sich angesichts steigender Kosten für fossile Energieträger zunehmender Beliebtheit, da sie sehr effizient arbeitet und die Heizkosten nachhaltig senkt. Schaltet man mehrere Wärmepumpen in Kaskade, kann man die Kosten weiter senken, da die Kaskadierung mehrerer Wärmepumpen eine Leistungsanpassung des Betriebes an den jahreszeitlich schwankenden Wärmebedarf ermöglicht.
Außerdem steigert man so die Versorgungssicherheit und die Betriebssicherheit. In welchen Fällen sich die Kaskadierung der Wärmepumpe lohnt, erfahren Sie im nachfolgenden Artikel.
Allgemeines und Funktionsweise
Die Kaskadenschaltung stellt eine Sonderform des bivalenten Betriebes von Wärmepumpen dar und ist nicht mit der Kaskadenschaltung von Stromzählern für Photovoltaik-Anlagen zu verwechseln. Bei der Kaskadierung von Wärmepumpen werden zwei oder mehrere Wärmepumpenheizungen parallel oder in Reihe geschaltet, anstatt ein großes Gerät zu installieren.
Dadurch kann die Heizleistung besser an den jeweiligen Wärmebedarf angepasst werden als mit einer reinen On / Off -Lösung einer Wärmepumpe. Im Detail heißt das, dass eine Wärmepumpe die Grundlast abdeckt, während die zweite zugeschaltet wird, wenn der Wärmebedarf steigt.
So können selbst Spitzenlasten problemlos abgedeckt werden. Sinkt der Wärmebedarf wieder, kann die zweite Wärmepumpe heruntergefahren werden, während der Betrieb der anderen an den aktuellen Wärmebedarf angepasst werden kann. Dabei sind die Wärmepumpen je nach Bedarf in ihrer Leistung modulierbar. Dadurch erhöht die Kaskadenschaltung die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe(n) und ermöglicht so einen effizienteren Betrieb. Letztlich spart man dadurch Betriebskosten für die Wärmepumpenheizung(en) und schont die Umwelt.
Die Kaskadierung von Wärmepumpen ist sinnvoll für Gebäude mit hohem Wärmebedarf und ermöglicht die bedarfsorientierte Leistungsanpassung der Wärmepumpen. Das spart Heizkosten und schont die Umwelt.
Wann ist eine Kaskadenschaltung sinnvoll?
Die Kaskadenschaltung der Wärmepumpe lohnt sich immer dann, wenn der Wärmebedarf in der Spitzenlast sehr hoch ist und / oder eine hohe Lastfluktuation vorliegt (z. B. in Hotels oder Mehrfamilienhäusern, Nahwärmenetzen). Durch die Kaskadierung der Wärmepumpen kann nicht nur die Grundlast zuverlässig und bedarfsgerecht geregelt werden.
Auch die Leistungsanpassung an Spitzenlasten lässt sich so optimal modulieren. Außerdem wird die Versorgungssicherheit durch die Redundanz mehrerer Wärmepumpen gewährleistet und die Betriebssicherheit wird auch deutlich erhöht. Dazu kommt, dass die Investitionskosten für mehrere Wärmepumpen häufig niedriger sind, als für eine Großwärmepumpe bzw. eine an die Bedarfssituation angepasste Sonderanfertigung.
Welche Wärmepumpen sind geeignet?
Es gibt verschiedene Varianten der Kaskadierung von Wärmepumpen. Die häufigste ist die aus Luft-Wasser-Wärmepumpen, die in Reihe oder parallel geschaltet werden. Es kommen aber auch Erd-Wärmepumpen mit Erdsonde zum Einsatz. Sie sind besonders effizient, da die Wärmequelle ganzjährig stabil ist und eignen sich besonders gut für die Kaskadierung.
Und schließlich gibt es noch die Kombination aus Erd-Wärmepumpe und Luft-Wasser-Wärmepumpe. Hier deckt die Erd-WP die Grundlast ab, während die Luft-Wasser-WP für Spitzenlasten zugeschaltet wird. Kaskadierungen mit zwei unterschiedlichen Wärmequellen machen Wärmequellenmanagement notwendig.
Vorteile und Nachteile
Die Kaskadierung von Wärmepumpen bietet viele Vorteile: Die Wärmepumpen können effizienter arbeiten, da ihr Betrieb im gesamten Leistungsbereich flexibel an den jeweiligen Wärmebedarf angepasst werden kann. Durch die Redundanz erhöht sich auch die Ausfall- und Betriebssicherheit - fällt eine Wärmepumpe aus, kann die / eine andere den Heizwärmebetrieb übernehmen.
Außerdem erhöht sich die Versorgungssicherheit - so kann z. B. mit verschiedenen Wärmepumpen im Sommer gekühlt und gleichzeitig Warmwasser erzeugt werden. Es gibt aber auch Nachteile: kommen zwei Erd-Wärmepumpen zum Einsatz, können sie die Wärmequelle nach und nach „auslaugen”. Die Temperatur im Erdreich sinkt dann mittelfristig, was die Effizienz der Anlage senkt. In der folgenden Tabelle finden Sie einen Überblick.
| Vorteile der Kaskadenschaltung | Nachteile der Kaskadenschaltung |
|---|---|
| Flexible Anpassung an den Wärmebedarf im gesamten Leistungsbereich | Wärmequelle der Erdwärmepumpe kann übermäßig beansprucht werden, Temperatur kann mittelfristig sinken |
| Steigerung der Wärmepumpeneffizienz | Lohnt sich nur bei grundsätzlich hohem Wärmebedarf |
| Erhöhung der Ausfall- und Betriebssicherheit | |
| Im Fall einer Störung eines Gerätes kann ein anderes die Funktion übernehmen | |
| Erhöhung der Versorgungssicherheit |
Kosten für eine Wärmepumpenkaskade
Wie viel eine Wärmepumpenkaskade kosten wird, lässt sich nicht pauschal beziffern. Die Kosten entstehen abhängig vom Hersteller bzw. den verwendeten Wärmepumpenmodellen, ihrer Anzahl und ihrer Leistung. Außerdem beeinflussen die Kosten für Wärmespeicher und Installation den Preis für eine Wärmepumpenkaskade.
Eine Wärmepumpenkaskade aus zwei Vaillant ARO Therm VWL 105/6 A S2 mit einer Nennleistung von insgesamt 18 kW für ein Zweifamilienhaus (ZFH) kostet ohne Wärmespeicher ca. 15.500 Euro. Die zwei Wärmespeicher bzw. ein großer kosten weitere 5.000 bis 7.500 Euro. Die Installation schlägt mit ca. 3.000 bis 6.000 Euro zu Buche. Insgesamt ist also mit Kosten von 23.500 bis 28.500 Euro zu rechnen.
| Bauteil / Posten | Kosten |
|---|---|
| Wärmepumpenkaskade aus 2 x Vaillant Wärmepumpe, Nennleistung 18 kW für ZFH | 15.500 € |
| Wärmespeicher (2.000 Ltr.) | 5.000 - 7.500 € |
| Installation | 3.000 - 6.000 € |
| Gesamtkosten | 23.500 - 28.500 € |
Sparen mit Wärmepumpen-Förderung
Das Bundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle (BAFA) vergibt für die Installation einer Wärmepumpe(nkaskade) im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) 25 Prozent der Investitionskosten als Förderung. Dabei handelt es sich um einen einmaligen Zuschuss, der nicht zurückgezahlt werden muss.
Tauscht man die Wärmepumpen gegen eine alte Gasheizung oder eine alte Ölheizung, erhält man zusätzlich 10 Prozent Förderung - also insgesamt 35 Prozent. Wird das Erdreich als Wärmequelle erschlossen, kommen nochmals 5 Prozent dazu - also insgesamt 40 Prozent. In der folgenden Tabelle finden Sie einen Überblick.
| Förderinstitut | Basis-Förderung | Heizungstausch Bonus | Erdreich als Wärmequelle | Förderung gesamt |
|---|---|---|---|---|
| BAFA (BEG EM) | 25 % der förderfähigen Investitionskosten von max. 60.000 €, bis zu 15.000 € | - | - | 15.000 € |
| 10 % der förderfähigen Investitionskosten von max. 60.000 €, bis zu 6.000 € | - | 35 % der förderfähigen Investitionskosten von max. 60.000 €, bis zu 21.000 € | ||
| 5 % der förderfähigen Investitionskosten von max. 60.000 €, bis zu 3.000 € | 30 % der förderfähigen Investitionskosten von max. 60.000 €, bis zu 18.000 € | |||
| 10 % der förderfähigen Investitionskosten von max. 60.000 €, bis zu 6.000 € | 5 % der förderfähigen Investitionskosten von max. 60.000 €, bis zu 3.000 € | 40 % der förderfähigen Investitionskosten von max. 60.000 €, bis zu 24.000 € |
Fazit von Energieheld
Die Installation einer Wärmepumpenkaskade lohnt sich für Haushalte und Betriebe mit hohem Wärmebedarf und / oder hoher Lastfluktuation. Das trifft z. B. meist auf Mehrfamilienhäuser, Hotels oder Krankenhäuser sowie Nahwärmenetze zu. Es können aber auch Einfamilienhäuser mit vielen Haushaltsmitgliedern von der Kaskadierung der Wärmepumpe profitieren. Die Kaskade ermöglicht eine bedarfsgerechte Modulierung der Wärmepumpenleistung in Grund- und Spitzenlast und steigert so die Jahresarbeitszahl und damit die Effizienz der Wärmepumpenheizung. So spart man Heizkosten.
Bei einem normalen Wärmebedarf sollte man jedoch lieber beim klassischen Modell mit nur einer Wärmepumpe bleiben. Ob es sich lohnt, eine Wärmepumpe in Kaskade zu schalten, muss letztlich im Einzelfall kalkuliert und bewertet werden. Sollten Sie Fragen hierzu haben, wenden Sie sich an unsere Kundenberater. Sie kennen sich bestens mit der Kaskadierung von Wärmepumpen aus und helfen Ihnen gerne bei der Planung einer Wärmepumpenkaskade.
