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Hybridwärmepumpe

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Definition: ein bivalentes Wärmepumpensystem, oder eine Wärmepumpe, die als Kompressions- oder Absorptionswärmepumpe arbeiten kann, oder eine Wärmepumpe mit unterschiedlichen Wärmequellen

Englisch: hybrid heat pump

Kategorien: Grundbegriffe, Wärme und Kälte

Autor: Dr. Rüdiger Paschotta

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Ursprüngliche Erstellung: 14.05.2015; letzte Änderung: 15.05.2015

Der Begriff Hybridwärmepumpe wird mit drei völlig unterschiedlichen Bedeutungen verwendet, die in den folgenden Abschnitten erklärt werden.

Bivalentes Wärmepumpensystem

Ein bivalentes Wärmepumpensystem als hybride Wärmepumpe zu bezeichnen, ist etwas missverständlich.

Es gibt bivalente Systeme für die Erzeugung von Wärme, die eine Wärmepumpe mit einer anderen Art von Wärmeerzeuger kombinieren, beispielsweise mit einem Heizkessel in Form eines Brennwertkessels. Ein solches System kann beispielsweise für eine Wärmepumpenheizung mit Warmwasserbereitung in einem kleinen oder auch großen Wohnhaus eingesetzt werden. Die Bezeichnung Hybridwärmepumpe ist in diesem Falle etwas unglücklich, da sie suggeriert, die Wärmepumpe selbst sei irgendwie hybrid, obwohl es sich um keinen besonderen Typ von Wärmepumpe handelt. Etwas klarer wäre die Bezeichnung hybrides Wärmepumpensystem.

In einem typischen Fall besteht eine solche Art von Hybridwärmepumpe aus einer elektrisch angetriebenen Luft/Wasser-Wärmepumpe und einem Erdgas-Brennwertkessel, die in einem gemeinsamen Gehäuse untergebracht werden. Die folgenden Überlegungen zeigen den Sinn dieser Kombination:

Der Nachteil der Luft/Wasser-Wärmepumpe, an kalten Tagen wenig energieeffizient zu sein, kann durch den bivalenten Ansatz vermieden werden.

Eine schwächere Auslegung der Wärmepumpe im Vergleich zu einem monovalenten System senkt die Kosten und erhöht die Energieeffizienz.

Wenn ein bivalent-paralleler Betrieb möglich ist, lässt sich der Anteil der Wärmepumpe erhöhen.

Was genau ist ein optimaler Einsatz der beiden Wärmeerzeuger?

Eine geeignete Steuer- und Regeleinrichtung soll die beiden Wärmeerzeuger abhängig von den jeweiligen Betriebsbedingungen so einsetzen, dass eine optimale Wirtschaftlichkeit erzielt wird. Dieses Optimum kann energetisch definiert werden (beispielsweise als eine Minimierung des gesamten Primärenergieverbrauchs) oder auch finanziell auf der Basis der jeweiligen Kosten der Energieträger Erdgas und elektrische Energie. Im letzteren Fall könnten auch zeitabhängige Stromtarife (mit Hoch- und Niedertarif) berücksichtigt werden.

Für Verbraucher ist es von großer Bedeutung, dass ein solches Hybridsystem vom Hersteller komplett geliefert wird, mit gut aufeinander abgestimmten Komponenten und einer optimierten Steuerung. Ein solches System wäre nämlich nicht so einfach durch Kombination separat eingekaufter Komponenten zu realisieren.

Es sind auch andere Kombinationen von Wärmeerzeugern möglich. Beispielsweise kann eine Sole/Wasser-Wärmepumpe mit einer Solarthermieanlage kombiniert werden. Hier könnte die Wärmepumpe den Wärmebedarf zu allen Zeiten decken, aber ihr Primärenergiebedarf wird durch die Nutzung solarer Wärme, soweit sie zur Verfügung steht, reduziert. Unter Umständen ist es auch möglich, bei niedrigem Strahlungsangebot die Sonnenkollektoren über die Wärmepumpe zu betreiben, d. h. auf abgesenktem Temperaturniveau; dies kann die Wärmeausbeute der Kollektoren erheblich erhöhen und die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe verbessern, da die Wärmepumpe dann im Jahresmittel eine etwas höhere Temperatur der Wärmequelle nutzen kann.

Welcher Anteil des jährlichen Wärmebedarfs von der Wärmepumpe gedeckt wird, hängt nicht nur von der Art der Anlage, sondern auch stark von den jeweiligen Umständen ab. Beispielsweise kann bei der Beheizung eines energetisch sanierten Gebäudes der Anteil der Wärmepumpe steigen, da dann oft eine niedrigere Vorlauftemperatur genügt.

Wärmepumpe mit auf zweierlei Arten arbeitendem Kältekreislauf

Es gibt Wärmepumpen, deren Kältekreislauf auf zwei verschiedene Arten betrieben werden kann:

Die Auswahl der jeweiligen Betriebsart kann durch unterschiedliche Dinge beeinflusst werden. Der Betrieb als Kompressionswärmepumpe bietet sich an zu Zeiten, in denen kostengünstige elektrische Energie (etwa zu einem Schwachlasttarif) verfügbar ist und/oder wenn keine Hochtemperaturwärme zur Verfügung steht. Auch die Verhältnisse im öffentlichen Stromnetz können unter Umständen berücksichtigt werden; beispielsweise kann man den Betrieb als Kompressionswärmepumpe vermeiden in Zeiten, in denen die Kraftwerkskapazitäten knapp sind.

Im Prinzip könnte man statt einer Hybridwärmepumpe auch einfach eine Kompressionswärmepumpe und eine Absorptionswärmepumpe (also zwei separate Geräte) miteinander kombinieren. Die Investitionskosten für eine Hybridwärmepumpe können allerdings niedriger liegen, da ein wesentlicher Teil der Komponenten für beide Betriebsarten genutzt werden kann.

Hybride Wärmepumpen sind eher für größere Anlagen geeignet, beispielsweise zur Speisung von Fernwärme- oder Nahwärmenetzen oder zur Beheizung größerer Gebäude.

Wärmepumpen mit mehreren Wärmequellen

Es gibt Wärmepumpen, die zwei unterschiedliche Wärmequellen nutzen. Beispielsweise gibt es Geräte, die sowohl eine Erdwärmesonde als auch die Außenluft als Wärmequelle nutzen können – je nachdem, welche Wärmequelle momentan die höhere Temperatur bietet. Ein solches Gerät kann also je nach Bedingungen als Sole/Wasser-Wärmepumpe oder als Luft/Wasser-Wärmepumpe arbeiten. Da der Erdsonde so im Jahresmittel weniger Wärme entzogen wird, kann sie kleiner dimensioniert werden. Außerdem ist im Sommerbetrieb für die Warmwasserbereitung eine höhere Leistungszahl möglich, da die Außentemperatur dann deutlich höher liegt als die Temperatur des Erdreichs.

Siehe auch: Wärmepumpe, Luft/Wasser-Wärmepumpe, Wärmepumpenheizung, Warmwasser, Absorptionswärmepumpe, Kompressionswärmepumpe
sowie andere Artikel in den Kategorien Grundbegriffe, Wärme und Kälte

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