Betrieb & Monitoring der Wärmepumpe

Die erste Heizperiode gehört zum Systemverständnis.

Bei der Inbetriebnahme werden zunächst technische Grundeinstellungen vorgenommen. Wie gut diese Einstellungen zum realen Gebäude passen, zeigt sich jedoch häufig erst während der Heizperiode. Dann lassen sich Fragen beantworten wie:

• Werden alle Räume ausreichend warm?
• Welche Vorlauftemperaturen werden tatsächlich benötigt?
• Passt die Heizkurve zum Gebäude?
• Wie häufig startet der Verdichter?
• Wie arbeitet die Warmwasserbereitung?
• Gibt es auffällige Heizkreise oder Speicherverluste?

Die erste Heizperiode bietet deshalb die Möglichkeit, Planung und realen Betrieb miteinander abzugleichen.

Nur so warm wie erforderlich.

Die Heizkurve bestimmt, welche Vorlauftemperatur die Anlage abhängig von der Außentemperatur bereitstellt. Ist sie zu hoch eingestellt, steigt das Temperaturniveau unnötig. Ist sie zu niedrig, werden einzelne Räume nicht ausreichend versorgt.

Deshalb suchen wir nicht nach einem pauschalen Einstellwert. Wir beobachten, welche Temperaturen das Gebäude unter unterschiedlichen Außenbedingungen tatsächlich benötigt.

Ziel ist:

ausreichender Komfort bei möglichst niedrigem Temperaturniveau.

Heizkurve und hydraulischer Abgleich gehören dabei zusammen.

Heizlast & Heizflächen →

Die zentrale Regelung sollte möglichst viel übernehmen.

Ein häufiges Problem besteht darin, dass die Heizungsanlage mit vergleichsweise hoher Vorlauftemperatur arbeitet und die einzelnen Räume anschließend über Thermostatventile gedrosselt werden. Damit erzeugt die Wärmepumpe zunächst mehr Temperatur als notwendig.

Bei einer gut abgestimmten Anlage sollte die Heizkurve möglichst nah am tatsächlichen Gebäudebedarf liegen. In der Einregulierungsphase kann es deshalb sinnvoll sein, die Heizflächen zunächst weit zu öffnen und das Temperaturniveau über Heizkurve und Parallelverschiebung einzustellen.

Die Einzelraumregelung bleibt anschließend als Korrektur- und Begrenzungsmöglichkeit erhalten – nicht als dauerhafter Gegenspieler zur zentralen Regelung.

Wie häufig startet der Verdichter?

Eine Wärmepumpe sollte ihre Leistung möglichst an den aktuellen Wärmebedarf anpassen. Kann sie ihre Leistung nicht weit genug reduzieren oder wird die erzeugte Wärme nicht ausreichend abgeführt, entstehen häufigere Ein- und Ausschaltvorgänge. Mögliche Ursachen können sein:

• zu hohe Geräteleistung,
• zu geringer Volumenstrom,
• stark schließende Heizkreise,
• ungünstige Speicherhydraulik,
• zu enge Regelhysterese
• oder eine ungeeignete Regelstrategie.

Die Anzahl der Starts allein erklärt das Problem noch nicht. Sie ist ein Hinweis, der zusammen mit Laufzeiten, Temperaturen und Lastzuständen betrachtet werden muss.

Vorlauf und Rücklauf erzählen einen Teil der Betriebsgeschichte.

Temperaturen geben Hinweise darauf, wie Gebäude und Anlage zusammenarbeiten. Relevant sind beispielsweise:

• Außentemperatur,
• Vorlauftemperatur,
• Rücklauftemperatur,
• Warmwassertemperatur
• und gegebenenfalls Speichertemperaturen.

Interessant ist dabei nicht nur ein einzelner Messwert. Entscheidend ist die Entwicklung über Zeit. So lässt sich beispielsweise erkennen:

• ob die Heizkurve unnötig hoch liegt,
• wie sich die Temperaturspreizung verändert,
• ob Speicher vermischen
• oder wie stark die Warmwasserbereitung den Betrieb beeinflusst.

Betrieb und Hydraulik lassen sich nicht trennen.

Eine Wärmepumpe benötigt ausreichenden Volumenstrom. Im Betrieb kann sichtbar werden, ob Heizkreise, Pumpen und Ventile die geplanten Bedingungen tatsächlich bereitstellen. Auffällig können beispielsweise sein:

• stark schwankende Volumenströme,
• zu kleine oder ungewöhnlich große Spreizungen,
• häufig schließende Heizkreise
• oder Pumpen, die dauerhaft mit hoher Leistung arbeiten.

Messwerte helfen dabei, solche Beobachtungen von Vermutungen zu unterscheiden.

Hydraulik & Pufferspeicher →

Ein anderer Betriebsfall als Raumheizung.

Die Wärmepumpe arbeitet für die Raumheizung häufig mit vergleichsweise niedrigen Temperaturen. Bei der Trinkwarmwasserbereitung muss sie dagegen höhere Temperaturen bereitstellen. Das beeinflusst Leistung und Effizienz.

Deshalb betrachten wir im Betrieb unter anderem:

• Warmwassersolltemperatur,
• Ladezeiten,
• Ladehäufigkeit,
• Speicherverluste,
• Zirkulation
• und gegebenenfalls elektrische Zusatzheizung.

Besonders bei größeren Warmwassersystemen kann dieser Betriebsbereich einen erheblichen Einfluss auf den Gesamtenergieverbrauch haben.

Monitoring braucht eine Fragestellung.

Mehr Daten bedeuten nicht automatisch mehr Erkenntnis. Vor einer Messung sollte deshalb klar sein:

Welche Frage möchten wir beantworten?

Für eine Wärmepumpenanlage können je nach Aufgabe beispielsweise sinnvoll sein:

Nicht jede Anlage benötigt alle Messgrößen. Wir wählen die Daten nach der technischen Frage aus.

Eine Kennzahl ist hilfreich – aber sie erklärt nicht die Ursache.

Aus elektrischer Arbeit und abgegebener Wärmemenge lässt sich die Effizienz über einen Zeitraum bewerten. Eine Jahresarbeitszahl kann zeigen, wie Anlage und Gebäude über eine Heizperiode zusammengearbeitet haben. Sie sagt jedoch allein noch nicht, warum ein Ergebnis gut oder schlecht ausgefallen ist.

Dafür müssen unter anderem berücksichtigt werden:

• Außentemperaturen,
• erforderliche Systemtemperaturen,
• Warmwasseranteil,
• Nutzung,
• Gebäudezustand
• und Betriebsstrategie.

Die Kennzahl ist deshalb ein Ausgangspunkt für die Analyse – nicht deren Ende.

Monitoring ohne Auswertung ist nur Datensammlung.

Der Mehrwert entsteht erst, wenn aus Messwerten eine technische Frage beantwortet wird. Zum Beispiel:

So entsteht aus Monitoring eine Betriebsoptimierung.

Jahresertrag allein beschreibt die Kopplung nicht.

Eine Photovoltaikanlage kann einen Teil des Wärmepumpenstroms bereitstellen. Der höchste Heizbedarf liegt jedoch typischerweise nicht in den Zeiten mit der höchsten PV-Erzeugung. Deshalb betrachten wir die zeitliche Überlagerung:

• Wann läuft die Wärmepumpe?
• Wann produziert die PV-Anlage?
• Wann wird Warmwasser benötigt?
• Welche thermischen Speichermöglichkeiten besitzt das Gebäude?
• Welche weiteren elektrischen Verbraucher bestehen?

Bei geeigneten Anlagen können Sollwerte oder Betriebszeiten begrenzt verschoben werden. Das Ziel ist jedoch nicht, möglichst viel Wärme auf Vorrat zu erzeugen. Die Kopplung muss zum Gebäude, zum Komfort und zur Effizienz der Wärmepumpe passen.

Mehrere Systeme brauchen eine gemeinsame Logik.

Bei komplexeren Gebäuden arbeiten Wärmepumpe, Lüftung, Kühlung, PV, Speicher und weitere Verbraucher zusammen. Dann reicht eine einzelne Geräteinstellung nicht mehr aus. Es muss definiert werden:

• welches System wann freigegeben wird,
• welche Sollwerte gelten,
• welche Betriebsarten existieren,
• welche Messwerte benötigt werden
• und wie Abweichungen erkannt werden.

Damit wird Automation zur Verbindung zwischen Planung und Betrieb.

Nicht jede Wärmepumpe braucht ein umfangreiches Messsystem.

Bei einer kleinen und unauffällig arbeitenden Anlage kann eine einfache Betriebsbeobachtung ausreichen. Vertieftes Monitoring wird besonders interessant, wenn:

• die Anlage technisch komplex ist,
• mehrere Wärmeerzeuger zusammenarbeiten,
• hohe Energieverbräuche auftreten,
• Taktung oder Temperaturen auffällig sind,
• mehrere Heizkreise vorhanden sind
• oder der tatsächliche Betrieb von der Planung abweicht.

Die Untersuchungstiefe sollte dem Problem folgen.