Kaskadenschaltung von Wärmepumpen
Hartnäckig hält sich das Vorurteil, dass eine Wärmepumpe nicht als Energielieferant für Heizung, Warmwasser und Kühlung in Mehrfamilienhäusern, Gewerbeimmobilien oder Pflegeeinrichtungen geeignet ist. Das Gegenteil ist der Fall. Auch für die Wärmeversorgung im Großmaßstab mit 100 kW Leistung und mehr gibt es eine ganze Reihe möglicher Anlagen-Varianten und Konfigurationen. In jedem Fall ist aufgrund des vielfältigen Nutzungsverhaltens und des schwankenden Wärme- oder Kältebedarfs eine flexible Anpassung der Leistung für einen effizienten und zuverlässigen Betrieb essenziell. Daher bietet sich eine Kombination aus mehreren miteinander verschalteten Wärmepumpen mit Luft-Wasser-Technologie oder Sole-Wasser-Technologie an.
Die Themen im Überblick
Was ist eine Kaskadenschaltung?
Spricht man in der Heiztechnik von einer Kaskadenschaltung, meint man damit, dass mehrere gleichartige Wärmeerzeuger parallel oder in Reihe geschaltet werden. In diesem Beitrag zeigen wir Dir auf, wann die Kaskadierung von Wärmepumpen sinnvoll ist und welche Vorteile dies mit sich bringt.
Eine kleine Anmerkung vorab: Dieser Glossarbeitrag beschreibt ausschließlich die Kaskadenschaltung von Wärmepumpen. Der Kaskadenschaltung aus Photovoltaikanlage und Wärmepumpe, bei der die Stromzähler der PV-Anlage und der Wärmepumpe für die sogenannte Kaskadenmessung hintereinander geschaltet werden, widmen wir uns in einem anderen Beitrag.
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Kaskadenschaltung zweier Sole/Wasser-Wärmepumpen der Marke alpha innotec
Konfiguration nach dem Master-Slave-Prinzip?
Gängige kaskadenfähige Wärmepumpen – auch die der ait-Marke alpha innotec – werden überwiegend nach dem Master-Slave-Prinzip parallel geschaltet. Dabei übernimmt ein definiertes Mastergerät die Regelung der untergeordneten Slave-Geräte, kümmert sich also um das Zuschalten oder Modulieren bei erhöhtem Leistungsbedarf.
Die Vorteile der Wärmepumpenkaskade
Auch bei einer Wärmepumpenkaskade gilt das bekannte Motto: Das Ganze ist mehr als die Summe seiner Teile.
Nachfolgend haben wir für Dich die wichtigsten Vorteile einer Kombination von zwei oder mehr Wärmepumpen zusammengefasst:
Flexible Bereitstellung hoher Leistung
Bei einer kaskadierten Anlage addiert sich zum einen die Heizleistung der einzelnen Wärmepumpen, zum anderen kann sie flexibel und bedarfsgerecht bereitgestellt werden, da sie sich auf mehrere Geräte verteilt.
Modulierender Betrieb
Moderne Inverter-Wärmepumpen passen ihre Leistung dem tatsächlichen Bedarf an. Eine einzelne Wärmepumpe mit Invertertechnologie ist für sich jedoch nicht in der Lage, große Heizleistungen an einen stark schwankenden Wärmebedarf anzupassen. Die Kaskadenschaltung bietet die Möglichkeit, auch die Heizleistung von On-Off-Wärmepumpen zu modulieren – immer vorausgesetzt, die Geräte sind untereinander kompatibel. Die effizienteste und energiesparendste Lösung ist jedoch eine Inverter-Wärmepumpen-Kaskade, denn die Anpassung der Kompressor-Drehzahlen ermöglicht eine noch exaktere und schnellere Modulation.
Energieeffizient
Da eine Wärmepumpenkaskade die Leistung sowohl an die jahreszeitlichen als auch an die nutzerbedingten Schwankungen des Wärmebedarfs anpassen kann, arbeitet sie effizienter.
Platzsparend
Fehlt der Platz für eine Großanlage, oder gibt es keine Möglichkeit, Erdsonden, Zisternen oder Eis-Energiespeicher zu installieren, ist eine Kaskade mit zwei oder mehr Luft-Wasser-Wärmepumpen in vielen Fällen eine gangbare Lösung. Die kompakten Geräte können auch durch enge Türöffnungen oder Treppenaufgänge transportiert werden und lassen sich platzsparend gruppieren.
Materialschonend
Man kann davon ausgehen, dass parallel geschaltete Wärmepumpen eher im optimalen Betriebspunkt laufen. Damit sind sie auch materialschonender als Einzelgeräte.
Höhere Betriebssicherheit
Fällt eine Wärmepumpe aus, können die anderen Wärmepumpen in der Kaskade ihre Funktion übernehmen.
Niedrigere Investitionskosten
Reicht die kombinierte Leistung aus zwei oder mehr Luft-Wasser-Wärmepumpen für die Wärmeversorgung aus, kann auf eine leistungsfähige, geothermische Wärmepumpe mit den damit verbundenen höheren Kosten für Anschaffung und Installation oftmals verzichtet werden.
Fazit zur Kaskadenschaltung von Wärmepumpen
Um das gesamte Potenzial einer Kaskade zu nutzen, sind mehrere Dinge entscheidend: moderne, möglichst invertergesteuerte Wärmepumpen, eine intelligente Regelungstechnik sowie die Installation durch einen erfahrenen Heizungsbaubetrieb. Denn ohne Kommunikation von Wärmepumpe A mit Wärmepumpe B und C sowie einem übergeordneten „Manager“, der entscheidet, wann welche Geräte hinzugeschaltet werden, wird es nichts mit dem effizienten Betrieb und damit dem Sparen von Strom.
