Für größere oder stark schwankende Heizleistungsanforderungen bietet sich der Einsatz einer Wärmepumpenkaskade an.

Sowohl im Haus- und Wohnungsbau als auch im industriellen und gewerblichen Bereich spielt der Einsatz von erneuerbaren Energien für Heizung, Kühlung und Warmwasser eine immer wichtigere Rolle. Dies gilt vor allem mit Blick auf den Umweltschutz sowie auf bestehende Fördermöglichkeiten. Zunehmend häufiger kommen deshalb Wärmepumpen zum Einsatz, die zusätzlich auch den Kühlbetrieb unterstützen. Um größere, parallele oder stark schwankende Leistungsanforderungen möglichst effizient und sicher zu decken, bietet sich eine Wärmepumpenkaskade an.

Der Einsatz von Wärmepumpenkaskaden ist vor allem überall dort möglich, wo

• große Heizleistungen erforderlich sind,
• der Heiz-, Warmwasser- und Kühlbedarf stark schwankt oder parallel gedeckt werden muss,
• selbst Großwärmepumpen an ihre Leistungsgrenze stoßen.

Bei einer Kaskadenschaltung werden projektorientiert mindestens zwei Wärmepumpen hydraulisch und regelungstechnisch so miteinander gekoppelt, dass sie die jeweilige Aufgabenstellung möglichst zuverlässig, energieeffizient und kostengünstig erfüllen können. Die Bandbreite der Anwendungsfälle reicht von Mehrfamilienhäusernund größeren Wohnungsbauobjekten über Büro-, Verwaltungs- und Hotelgebäude bis hin zu gewerblichen Objekten. Auch große Einfamilienhäuser mit besonderen Anforderungen können zu den potentiellen Einsatzfeldern einer Wärmepumpenkaskade zählen.

Welche generellen Vorteile bietet eine Wärmepumpenkaskade?

Am häufigsten kommt die Kombination mehrerer Luft/Wasser-Wärmepumpen zum Einsatz. Die generellen Vorteile einer Wärmepumpenkaskade sind:

• Der Einsatz kleinerer und kaskadierbarer Wärmepumpen kann – bezogen auf die Investitionskosten– günstiger sein, als der von projektbezogen gefertigten Spezialmodellen und von bestimmten Großwärmepumpen.
• Es besteht die Möglichkeit einer staatlichen Förderung des Kaskadensystems, insbesondere im Rahmen der "Bundesförderung für effiziente Gebäude" (BEG) bei Wohn- und Nichtwohngebäuden.
• Der redundante Betrieb mehrerer Wärmepumpen kann die Betriebssicherheit erhöhen. Denn sollte ein Aggregat ausfallen oder eine Wartung notwendig werden, lässt sich die Gesamtanlage weiter betreiben – meistens sogar ohne spürbare Nachteile für die Nutzer bzw. Betreiber. Dies ist z.B. in vermieteten (Wohn-)Gebäuden mit Blick auf die Zufriedenheit der Bewohner und potentiell drohende Mietkürzungen ein nicht zu unterschätzender Vorteil.
• Eine Kaskade mit intelligenter Einschalt- und Laufzeitoptimierung verringert den Verschleiß bzw. die Wartungsintervalle sowie die Ausfallwahrscheinlichkeit.
• In verschiedenen Objekten ist phasenweise gleichzeitig eine hohe Heizleistung für Raumwärme und zur Warmwasserbereitung notwendig. An heißen Tagen kann zudem Bedarf nach einem kontinuierlichen Kühlbetrieb bestehen, selbst während der Warmwasserbereitung. Solche Anforderungen lassen sich i.d.R. nur mit einer Kaskade effizient lösen.
• Die Anpassung der produzierten Leistung an die jeweils tatsächlich benötigte Heizleistung (Teillastbetrieb) ist insbesondere mit kaskadierten, modulierenden Modellen wesentlich besser möglich als z.B. mit einer Großwärmepumpe, die nur ein- oder zweistufig arbeitet. Liegt ein sehr geringer Leistungsbedarf vor, schalten sich nicht benötigte Wärmepumpen aus. Mit diesen und weiteren Strategien kann sich die energetische Effizienz (wie beispielsweise COP-Werte) in bestimmten Fällen, z.B. während der klimatischen Übergangszeit, erheblich verbessern.
• Der Einsatz mehrerer Wärmepumpen mit kleiner Leistung ermöglicht die Nutzung von selbst erzeugtem Photovoltaik-Strom. Dies gilt insbesondere in Phasen, in denen nur geringere Leistungen durch die PV-Anlage zur Verfügung gestellt werden können.
• Kommen im Freien aufgestellte Luft/Wasser-Wärmepumpen zum Einsatz, wie z.B. die umweltfreundliche WOLF "CHA-Monoblock", wird im Gebäude selbst nur relativ wenig Platz für das Wärmeerzeugungssystem benötigt. Meist arbeiten die kleineren Modelle auch leiser als eine typische Großwärmepumpe. Dies kann z.B. in Wohngebieten ein großer Vorteil sein.
• Luft/Wasser-Wärmepumpen wie die WOLF "CHA-Monoblock" verfügen über einen hermetisch dichten Kältekreis mit dem natürlichen Kältemittel "R290", das ein sehr geringes Treibhauspotential (Global Warming Potential; auch GWP genannt) von 3 besitzt. Das Wärmepumpenmodell "CHA-Monoblock" kann mit bis zu fünf Geräten in einer Kaskade betrieben werden.

Flexible Einsatzmöglichkeiten von Kaskaden

Egal, ob bei einem Projekt hohe Ansprüche für Warmwasser, Heizung oder Kühlung zeitlich getrennt oder parallel bestehen – mit einer Wärmepumpenkaskade lässt sich eine Vielzahl von Anforderungen flexibel lösen. Dazu werden die Wärmepumpen an einen gemeinsamen Vorlauf angebunden, der dann beispielsweise in einer hydraulischen Weiche mündet.

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