Wärmepumpenkaskade: Aufbau, Vorteile & Kosten von Wärmepumpen in Kaskadenschaltung
Von Carlo Förster
Die Wärmepumpe erfreut sich angesichts steigender Kosten für fossile Energieträger zunehmender Beliebtheit, da sie sehr effizient arbeitet und die Heizkosten nachhaltig senkt. Schaltet man mehrere Wärmepumpen in Kaskade, kann man die Kosten weiter senken, da die Kaskadierung mehrerer Wärmepumpen eine Leistungsanpassung des Betriebes an den jahreszeitlich schwankenden Wärmebedarf ermöglicht.
Außerdem steigert man so die Versorgungssicherheit und die Betriebssicherheit. In welchen Fällen sich die Kaskadierung der Wärmepumpe lohnt, erfahren Sie im nachfolgenden Artikel.
Wärmepumpenkaskade: Allgemeines und Funktionsweise
Die Kaskadenschaltung stellt eine Sonderform des bivalenten Betriebes von Wärmepumpen dar und ist nicht mit der Kaskadenschaltung von Stromzählern für Photovoltaik-Anlagen zu verwechseln. Bei der Kaskadierung von Wärmepumpen werden zwei oder mehrere Wärmepumpenheizungen parallel oder in Reihe geschaltet, anstatt ein großes Gerät zu installieren.
Dadurch kann die Heizleistung besser an den jeweiligen Wärmebedarf angepasst werden als mit einer reinen On / Off -Lösung einer Wärmepumpe. Im Detail heißt das, dass eine Wärmepumpe die Grundlast abdeckt, während die zweite zugeschaltet wird, wenn der Wärmebedarf steigt.
So können selbst Spitzenlasten problemlos abgedeckt werden. Sinkt der Wärmebedarf wieder, kann die zweite Wärmepumpe heruntergefahren werden, während der Betrieb der anderen an den aktuellen Wärmebedarf angepasst werden kann. Dabei sind die Wärmepumpen je nach Bedarf in ihrer Leistung modulierbar. Dadurch erhöht die Kaskadenschaltung die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe(n) und ermöglicht so einen effizienteren Betrieb. Letztlich spart man dadurch Betriebskosten für die Wärmepumpenheizung(en) und schont die Umwelt.
Die Kaskadierung von Wärmepumpen ist sinnvoll für Gebäude mit hohem Wärmebedarf und ermöglicht die bedarfsorientierte Leistungsanpassung der Wärmepumpen. Das spart Heizkosten und schont die Umwelt.
Kaskaden Wärmepumpe: Wann ist sie sinnvoll?
Die Kaskadenschaltung der Wärmepumpe lohnt sich immer dann, wenn der Wärmebedarf in der Spitzenlast sehr hoch ist und / oder eine hohe Lastfluktuation vorliegt (z. B. in Hotels oder Mehrfamilienhäusern, Nahwärmenetzen). Durch die Kaskadierung der Wärmepumpen kann nicht nur die Grundlast zuverlässig und bedarfsgerecht geregelt werden.
Auch die Leistungsanpassung an Spitzenlasten lässt sich so optimal modulieren. Außerdem wird die Versorgungssicherheit durch die Redundanz mehrerer Wärmepumpen gewährleistet und die Betriebssicherheit wird auch deutlich erhöht. Dazu kommt, dass die Investitionskosten für mehrere Wärmepumpen häufig niedriger sind, als für eine Großwärmepumpe bzw. eine an die Bedarfssituation angepasste Sonderanfertigung.
Welche Wärmepumpen sind geeignet?
Es gibt verschiedene Varianten der Kaskadierung von Wärmepumpen. Die häufigste ist die aus Luft-Wasser-Wärmepumpen, die in Reihe oder parallel geschaltet werden. Es kommen aber auch Erd-Wärmepumpen mit Erdsonde zum Einsatz. Sie sind besonders effizient, da die Wärmequelle ganzjährig stabil ist und eignen sich besonders gut für die Kaskadierung.
Und schließlich gibt es noch die Kombination aus Erd-Wärmepumpe und Luft-Wasser-Wärmepumpe. Hier deckt die Erd-WP die Grundlast ab, während die Luft-Wasser-WP für Spitzenlasten zugeschaltet wird. Kaskadierungen mit zwei unterschiedlichen Wärmequellen machen Wärmequellenmanagement notwendig.
Wärmepumpenkaskade: Vorteile und Nachteile
Die Kaskadierung von Wärmepumpen bietet viele Vorteile: Die Wärmepumpen können effizienter arbeiten, da ihr Betrieb im gesamten Leistungsbereich flexibel an den jeweiligen Wärmebedarf angepasst werden kann. Durch die Redundanz erhöht sich auch die Ausfall- und Betriebssicherheit – fällt eine Wärmepumpe aus, kann die / eine andere den Heizwärmebetrieb übernehmen.
Außerdem erhöht sich die Versorgungssicherheit – so kann z. B. mit verschiedenen Wärmepumpen im Sommer gekühlt und gleichzeitig Warmwasser erzeugt werden. Es gibt aber auch Nachteile: kommen zwei Erd-Wärmepumpen zum Einsatz, können sie die Wärmequelle nach und nach „auslaugen“. Die Temperatur im Erdreich sinkt dann mittelfristig, was die Effizienz der Anlage senkt. In der folgenden Tabelle finden Sie einen Überblick.
| Vorteile der Kaskadenschaltung | Nachteile der Kaskadenschaltung |
|---|---|
| Flexible Anpassung an den Wärmebedarf im gesamten Leistungsbereich | Wärmequelle der Erdwärmepumpe kann übermäßig beansprucht werden, Temperatur kann mittelfristig sinken |
| Steigerung der Wärmepumpeneffizienz | Lohnt sich nur bei grundsätzlich hohem Wärmebedarf |
| Erhöhung der Ausfall- und Betriebssicherheit | |
| Im Fall einer Störung eines Gerätes kann ein anderes die Funktion übernehmen | |
| Erhöhung der Versorgungssicherheit |
Wärmepumpenkaskade: Kosten & Preise
Wie viel eine Wärmepumpenkaskade kosten wird, lässt sich nicht pauschal beziffern. Die Kosten entstehen abhängig vom Hersteller bzw. den verwendeten Wärmepumpenmodellen, ihrer Anzahl und ihrer Leistung. Außerdem beeinflussen die Kosten für Wärmespeicher und Installation den Preis für eine Wärmepumpenkaskade.
Eine Wärmepumpenkaskade aus zwei Vaillant ARO Therm VWL 125/6 A mit einer Nennleistung von insgesamt 24 kW für ein Zweifamilienhaus (ZFH) kostet ohne Wärmespeicher ca. 22.000 Euro. Die zwei Wärmespeicher bzw. ein großer kosten weitere 2.000 bis 7.000 Euro. Die Installation schlägt mit ca. 7.000 bis 10.000 Euro zu Buche. Insgesamt ist also mit Kosten von 31.000 bis 39.000 Euro zu rechnen.
| Bauteil / Posten | Kosten |
|---|---|
| Wärmepumpenkaskade aus 2 x Vaillant Wärmepumpe, Nennleistung 24 kW für ZFH | 22.000 € |
| Wärmespeicher (2.000 Ltr.) | 2.000 - 7.000 € |
| Installation | 7.000 - 10.000 € |
| Gesamtkosten* | 31.000 - 39.000 € |
Sparen mit Wärmepumpen-Förderung
Die Kreditanstalt für Wiederaufbau (KfW) vergibt für die Installation einer Wärmepumpe bzw. Kaskaden Wärmepumpe im Rahmen der Bundesförderung für effiziente Gebäude (BEG) mit dem Programm KfW 458 mindestens 30 Prozent der Investitionskosten als Förderung. Dabei handelt es sich um einen einmaligen Zuschuss, der nicht zurückgezahlt werden muss.
Tauscht man die Wärmepumpen gegen eine alte Gasheizung oder eine alte Ölheizung, erhält man zusätzlich 20 Prozent Förderung (Klimageschwindigkeitsbonus) – also insgesamt 50 Prozent. Handelt es sich um eine effiziente Wärmepumpe (Sole- oder Wasser-Wärmepumpe) oder wird ein natürliches Kältemittel verwendet, kommen nochmal 5 Prozent obendrauf (Effizienzbonus).
Bei einem zu versteuernden Haushaltseinkommen von höchstens 40.000 Euro zu versteuerndem im Jahr, erhalten Sie weitere 30 Prozent Förderung – den Einkommensbonus. Die Förderung ist jedoch auf maximal 70 Prozent der förderfähigen Investitionskosten von höchstens 30.000 Euro gedeckelt. Das entspricht einem maximalen Zuschuss von 21.000 Euro.
Wärmepumpenkaskade: Fazit von Energieheld
Die Installation einer Wärmepumpenkaskade lohnt sich für Haushalte und Betriebe mit hohem Wärmebedarf und / oder hoher Lastfluktuation. Das trifft z. B. meist auf Mehrfamilienhäuser, Hotels oder Krankenhäuser sowie Nahwärmenetze zu. Es können aber auch Einfamilienhäuser mit vielen Haushaltsmitgliedern von der Kaskadierung der Wärmepumpe profitieren. Die Kaskade ermöglicht eine bedarfsgerechte Modulierung der Wärmepumpenleistung in Grund- und Spitzenlast und steigert so die Jahresarbeitszahl und damit die Effizienz der Wärmepumpenheizung. So spart man Heizkosten.
Bei einem normalen Wärmebedarf sollte man jedoch lieber beim klassischen Modell mit nur einer Wärmepumpe bleiben. Ob es sich lohnt, eine Wärmepumpe in Kaskade zu schalten, muss letztlich im Einzelfall kalkuliert und bewertet werden. Sollten Sie Fragen hierzu haben, wenden Sie sich an unsere Kundenberater. Sie kennen sich bestens mit der Kaskadierung von Wärmepumpen aus und helfen Ihnen gerne bei der Planung einer Wärmepumpenkaskade.
Zum Autor: Carlo Förster
Carlo Förster ist seit 2019 in der digitalen Welt zu Hause und seit 2021 für Energieheld tätig. Verantwortlich ist er nicht nur für die Optimierung der Webseite, er klärt Leser auch mit Begeisterung über den Klimaschutz sowie Energieeffizienz auf. Dafür steht er immerzu im Austausch mit unseren Energieberatern und Sanierungsmanagern. Hier gelangen Sie zu Carlos LinkedIn Profil.
