Die Vorteile einer modularen Anlage zeigen sich vor allem mit Blick auf die besonderen Anforderungen, bei tages- und jahreszeitlichen Schwan- kungen durch die Bewohner. (Foto: Kermi)

Auch bei großem und schwankendem Wärmebedarf, wie er typischerweise in größeren Wohnanlagen entsteht, können ressourcenschonende Wärmepumpen wirtschaftlich eingesetzt werden. Besonders effizient gelingt das zum Beispiel mit einer Kaskadenschaltung, bei der mehrere Geräte aufeinander abgestimmt zusammenarbeiten. Was es dabei zu beachten gilt und warum diese Lösungen Vorteile gegenüber einer einzelnen Großwärmepumpe haben, wird im nachfolgenden Text erklärt?

Im Neubau ist der Einbau einer klimafreundlichen Heizung in vielen Fällen bereits durch das Gebäudeenergiegesetz (GEG) vorgeschrieben – und auch der Gebäudebestand muss auf längere Sicht umgerüstet werden. Wärmepumpen spielen bei diesem Umstieg auf erneuerbare Energien eine entscheidende Rolle, denn sie gewinnen Heizwärme ressourcenschonend aus kostenloser Umweltenergie – für eine nachhaltige Energieversorgung im Gebäudesektor.

Wärmepumpen in großen Gebäuden

Um den hohen Wärmebedarf in größeren Gebäudekomplexen mit Wärmepumpen zu decken, gibt es im Grunde zwei Möglichkeiten: eine einzelne große Wärmepumpe oder eine Kaskadenschaltung. Kaskadenschaltung bedeutet, dass mehrere kleinere Wärmepumpen parallel betrieben werden, um gemeinsam die benötigte Gesamtleistung zu erreichen.

Bei KERMI lassen sich auf diese Weise zum Beispiel bis zu fünf Luft/Wasser-Wärmepumpen x-change dynamic pro L kombinieren und so Leistungsanforderungen bis 100 kW abdecken. Je nach aktuellem Wärmebedarf werden die einzelnen Wärmepumpen dabei bedarfsgerecht zu- bzw. abgeschaltet.

Schwankender Wärmebedarf als besondere Herausforderung

Die Vorteile einer solchen modularen Anlage zeigen sich vor allem mit Blick auf eine besondere Anforderung, die sich bei größeren Wohnimmobilien ergibt: Der Wärmebedarf ist starken tages- und jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen. So entstehen hohe Spitzenlasten, etwa morgens oder abends, wenn viele Bewohner heizen oder warmes Wasser nutzen. Gleichzeitig gibt es Zeiten mit geringem Wärmebedarf, beispielsweise nachts oder in Übergangszeiten.

Eine einzelne große Wärmepumpe müsste hier dennoch für die maximal auftretenden Leistungsspitzen dimensioniert werden. Die meiste Zeit aber würde sie in einem niedrigeren Leistungsbereich unterhalb der optimalen Auslegung arbeiten, was den Wirkungsgrad reduziert und die Betriebskosten erhöht. Insgesamt ist eine einzelne Wärmepumpe in der Regel somit meist überdimensioniert. Das hat zudem zur Folge, dass sie vermehrt taktet – sie schaltet sich also häufig ein und aus. Auch das reduziert den Wirkungsgrad und wirkt sich zusätzlich negativ auf die Lebensdauer der Anlage aus.

Eine Kaskade kann sich den schwankenden Leistungsanforderungen flexibler anpassen. So laufen immer nur so viele Wärmepumpen, wie zur Deckung des aktuellen Bedarfs nötig sind. Das sorgt für einen sparsamen und effizienten Betrieb. Zudem können die Wärmepumpen die meiste Zeit im idealen Auslegungsbereich und damit mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten, was den Gesamtenergieverbrauch reduziert.

Gleichzeitig erhöht sich durch die modulare Bauweise die Ausfallsicherheit: Fällt eine einzelne Wärmepumpe aus, können die übrigen Geräte weiterhin Wärme liefern.

Umsetzung der Kaskadenschaltung

Besonders einfach ist eine Kaskadenschaltung mit Luft/Wasser-Wärmepumpen für die Außenaufstellung umzusetzen. Sie benötigen keine Erdbohrungen, sodass einfach die entsprechende Anzahl an Geräten im Außenbereich der Gebäude installiert wird. Über ein intelligentes Regelungssystem werden die Wärmepumpen miteinander vernetzt.

Bei KERMI sorgt beispielsweise die Wärmepumpenregelung x-center pro für ein optimales Zusammenspiel und passt den Betrieb bedarfsgerecht an. Das bedeutet, sie schaltet die einzelnen Geräte je nach Anforderung zu oder ab. Dabei kann zum einen darauf geachtet werden, dass die Last gleichmäßig auf die Geräte verteilt wird, um Verschleiß und Betriebskosten zu minimieren. Zum anderen kann die Steuerung den Betrieb so regeln, dass die einzelnen Wärmepumpen jederzeit mit höchstmöglicher Effizienz und somit möglichst energiesparend arbeiten.

Entscheidender Faktor: Intelligente Regelung der Kaskade

Die Leistungsfähigkeit des gesamten Kaskadensystems hängt somit entscheidend von einer ausgefeilten Regelungstechnik ab. Es lohnt sich also, bei der Auswahl der Wärmepumpen auf gut ausgestattete Steuerungssysteme mit übersichtlichen, intuitiven Kontroll- bzw. Bedienoptionen zu achten.

Besonders hilfreich ist dabei eine Heizkreisübersicht, die das Gesamtsystem – inklusive Wärmepumpe, Speicher und Heizkreise – im Blick behält. Vor allem bei der Verwaltung von größeren Gebäuden oder mehreren Wohnanlagen bietet auch die Möglichkeit der Fernüberwachung per Tablet, Smartphone oder PC Vorteile.

Gleichermaßen wichtig sind eine genaue Planung sowie die exakte Einstellung des kompletten Kaskadensystems durch erfahrenes Fachpersonal. Aus diesem Grund ermöglichen Hersteller wie KERMI oftmals technische Unterstützung und Einweisung sowohl bei der Planung als auch während Inbetriebnahme und Wartung, damit die Kaskade ihr ganzes Potenzial ausschöpfen kann.

Wichtige Auswahlkriterien bei Wärmepumpen

Neben der Regelungstechnik sollte man bei der Planung einer Kaskadenlösung zudem weitere Aspekte und Eigenschaften der Wärmepumpe im Blick haben. Unter Berücksichtigung dieser Kriterien kann das Heizsystem optimal an die spezifischen Anforderungen der jeweiligen Wohnanlage angepasst werden:

Effizienz: Ein zentraler Faktor ist der COP-Wert (Coefficient of Performance), der angibt, wie viel Wärmeenergie im Verhältnis zur eingesetzten elektrischen Energie erzeugt wird. Je höher der COP, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe.

Lautstärke: Gerade in dicht bebauten Wohngebieten spielt auch die Geräuschemission eine Rolle. Um diese auf ein Minimum zu reduzieren, sind moderne Wärmepumpen oft mit schalloptimierten Gehäusen und Komponenten ausgestattet. Dadurch ermöglichen sie einen flüsterleisen Betrieb, was die Akzeptanz bei den Bewohnern erhöht. Durch die Aufteilung auf mehrere Geräte ist die Schallemission zudem geringer als bei einer größeren Wärmepumpe.

Zusatzfunktionen: Die Kombination einer Wärmepumpenkaskade mit einer PV-Anlage ermöglicht eine wirtschaftlichere Nutzung des erzeugten Stroms, selbst bei geringeren Erträgen, da jede Wärmepumpe mit einer kleineren Stromaufnahme bedarfsgerecht zugeschaltet und in ihrer Modulation hochgefahren werden kann.

Optik: Wenn Wärmepumpen sichtbar im Außenbereich installiert werden, sollten auch die optische Wirkung und die Baugröße berücksichtigt werden. Kompakte und ansprechende Designs erleichtern die Integration in das Wohnumfeld.

Fazit

Insgesamt bietet eine gut geplante Kaskadenschaltung von Wärmepumpen somit eine zukunftsfähige und effiziente Lösung, um den hohen und variierenden Wärmebedarf in Mehrfamilienhäusern zuverlässig zu decken. Im Vergleich zu einer großen Einzelanlage profitiert man von einer flexibleren Leistungsanpassung und einer höheren Ausfallsicherheit.