Die Wärmepumpe, die Warmwasser macht und nebenbei die Wohnung kühlt

Eine Brauchwasser-Wärmepumpe, die ihre Energie aus dem Heizkreislauf zieht – und im Sommer damit auch die Wohnung kühlt. Was dahintersteckt, und was Berechnungen zur Kühleffekt und Kosten ergeben.

Auf wien.rocks hat sich aus einem Scherz eine ernsthafte Frage entwickelt. Ob schon mal wer probiert habe, die Wärmepumpe mit einer Zeitmaschine zu verbinden – »jetzt die Wohnung in einem halben Jahr heizen, das wäre doch die Idee«. Eine »Zeitpumpe« also, am besten als Open-Source-Gerät.

Etwas, das fast genauso schlau ist, gibt es tatsächlich: eine Wärmepumpe, die das Warmwasser aus dem Heizkreislauf der Wohnung holt – und dabei im Sommer einen Kühleffekt erzeugt. @dasgrueneblatt hat darauf mit einer ganzen Reihe berechtigter Einwände geantwortet: zu groß, zu aufwändig, hygienisch heikel, rechnet sich das überhaupt?

Das lässt sich im Microblog nicht beantworten – darum hier, was ich mir dazu denke, ausführlich aufgeschrieben. Ich habe auch ein eigenes Interesse daran: Ich plane das Gerät gerade für ein eigenes Bauvorhaben, und die Zahlen unten stammen aus dieser Planung. Es handelt sich um einen Neubau, mit zwei kleinen Wohneinheiten für je 1-3 Personen in Igls bei Innsbruck.

Was eine Brauchwasser-Wärme­pumpe überhaupt macht

Eine Wärmepumpe arbeitet wie ein umgekehrter Kühlschrank: Sie entzieht einer Quelle Wärme auf niedrigem Temperaturniveau und hebt sie mit etwas Strom auf ein höheres Temperaturniveau. Aus einer Kilowattstunde Strom werden so – je nach Situation – drei bis vier Kilowattstunden Wärme.

Eine Brauchwasser-Wärmepumpe erzeugt mit diesem Prinzip Warmwasser. Üblicherweise nimmt sie die Wärme aus der Raum- oder Kellerluft. Das funktioniert, hat aber zwei Haken: Sie kühlt den Aufstellraum aus, und im Winter ist das genau die Wärme, die man eigentlich drinnen behalten möchte.

Der Clou: die Wärme kommt aus dem Heizkreis

Die hier diskutierte OVUM-OPW (Produktname »Passivwarmwasser«) macht es anders. Sie ist eine sogenannte Rücklaufwärmepumpe: Ihre Wärmequelle ist nicht die Raumluft und – anders als @dasgrueneblatt zunächst vermutet hat – auch nicht das Abwasser, sondern der Heizkreislauf der Wohnung. Das Gerät wird einfach an den Heizkreis­verteiler angeschlossen und entnimmt dem Heizungswasser Wärme. (»Rücklaufwärmepumpe« deswegen, weil sie am Heizungsrücklauf angeschlossen wird, also dort, wo während der Heizsaison das schon von den Heizkörpern abgekühlte Wasser in Richtung Heizung läuft.)

Daraus ergeben sich zwei Vorteile:

• Keine Zirkulations­verluste. Das Warmwasser entsteht dort wo es gebraucht wird, nicht zentral im Haus mit kilometerlanger, ständig warmgehaltener Zirkulations­leitung. Die Verluste einer Warmwasser­zirkulation entfallen – und nebenbei damit auch die unerwünschte Erwärmung des Hauses im Sommer. Doch das ist der kleine Kühleffekt, der größere kommt jetzt …
• Kühleffekt im Sommer. Wird dem Heizungswasser Wärme entzogen, kühlt das die Bauteile, mit denen der Heizkreis verbunden ist – und damit den Raum. Im Sommer ist das willkommen. Voraussetzung ist, dass das Heizungswasser auch im Sommer zirkuliert. Doch das ist technisch einfach und der Stromverbrauch dafür ist minimal.

Technisch ist das Gerät kompakt und unspektakulär: ein 166 Liter fassender Edelstahlspeicher mit aufgesetzter Wärmepumpe. Der COP Wirkungsgrad auch Jahreszahl oder Englisch Coefficient of Performance liegt laut Datenblatt zwischen 2,93 und 4,2 (Quellentemperatur 10 bzw. 35 °C).

Die Einwände – der Reihe nach

Vier Punkte gilt es zu klären: ⊕ Brauchwasserspeicher mit integrierter Wärmepumpe - nicht viel größer als ein üblicher E-Boiler OVUM

»Das ist doch ein ziemlicher Aufwand, so ein zusätzlicher Speicher.« Das Gerät ist kein zusätzlicher Speicher, sondern ersetzt den bisherigen Boiler. Es ist in etwa so groß und schwer wie ein üblicher Heiß­wasser­speicher. Es lässt sich wandhängend oder als Standgerät montieren. Der »Aufwand« ist also vergleichbar mit dem eines normalen Warmwasser­bereiters – nur dass dieser eine Wärmepumpe eingebaut hat.

»Das ist eine 1-kW-Wärmepumpe. Wie viel Wasser mit welcher Temperatur muss im Heizkreis sein, damit sich das ausgeht?« Eine gute Frage – und das Datenblatt beantwortet sie: Die OPW braucht 100 Liter Heizungswasser pro Stunde im Winter, 200 Liter im Sommer. Die Quelle darf zwischen 18 °C (kurzfristig 10 °C) und 50 °C warm sein. Wichtig ist die Lesart der »1 kW«: Das ist die thermische Leistung des Kältekreises, nicht der Stromverbrauch. Der Kompressor zieht real nur 349 W elektrisch. Bei einem COP von gut vier entnimmt die Wärmepumpe dem Heizkreis also rund 0,75 kW thermisch und liefert daraus etwa 1 kW ins Warmwasser.

»Das 2-kW-Heizelement legt nahe, dass das Ding als alleinige Warmwasserversorgung gedacht ist. Aber 166 Liter von 20 auf 40 °C mit 2 kW zu erwärmen, dauert zwei Stunden.« Richtig erkannt – es ist als alleinige Versorgung gedacht. Nur macht nicht der Heizstab die Hauptarbeit, sondern die Wärmepumpe. Die Tagesleistung liegt bei 1.675 Litern, und nachgeladen wird kontinuierlich, nicht erst, wenn der Speicher leer ist. Der 2-kW-Heizstab ist Reserve für Spitzenlast und für die regelmäßige Legionellen­schaltung auf 62 °C. Wärmepumpe und Heizstab zusammen liefern maximal 3 kW. Die Zwei-Stunden-Sorge trifft also nur den theoretischen Fall, dass ausschließlich der Heizstab heizt – und der tritt im Normalbetrieb nicht ein.

»Von September bis Mai will ich nicht kühlen. Das ist dann hygienetechnisch spannend.« Das ist der Punkt, an dem das Bauchgefühl in die Irre führt – und ehrlich gesagt habe auch ich ein paar Nächte darüber schlafen müssen. Die Kühlung ist kein Zweck des Geräts, sondern ein Nebeneffekt, der sich nur dann als echte Temperatur­absenkung zeigt, wenn die Heizung aus ist – also im Sommer. In der Heizsaison liefert die Heizung die entnommene Wärme einfach nach; der Raum wird gar nicht kälter. Die Wärme wird dann nicht »weggekühlt«, sondern aus dem warmen Heizungswasser ins Warmwasser umgeladen. Ein ungewolltes Kühlen der Wohnräume entsteht im Winter also nicht – aber im Winter muss die Heizung etwas mehr Leistung liefern, weil sie ja das Brauchwasser jetzt auch mitheizen muss.

Und damit zur eigentlichen Frage: Wie stark kühlt das Ding im Sommer denn nun?

Nachgerechnet: der Kühleffekt im Sommer

Die Herstellerangaben nennen eine Absenkung der Raumtemperatur um 1 bis 3 K. Das klingt nach Marketing – also habe ich es durchgerechnet, für ein konkretes Gebäude (110 m² Wohnfläche, 3 Personen, Daten aus dem Energieausweis).

Zunächst der Wärmeentzug. Drei Personen verbrauchen rund 150 Liter Warmwasser pro Tag. Diese von 10 °C Zulauf auf 55 °C Speichertemperatur zu erwärmen, kostet:

$$ Q_{\mathrm{WW}} = 150\,\mathrm{L} \times 1{,}163\,\frac{\mathrm{Wh}}{\mathrm{L}\cdot\mathrm{K}} \times 45\,\mathrm{K} \approx 7{,}85\;\mathrm{kWh/Tag} $$

Bei einem COP von 4,2 steuert der Kompressor davon nur den Stromanteil bei:

$$ W_{\mathrm{el}} = \frac{Q_{\mathrm{WW}}}{\mathrm{COP}} = \frac{7{,}85\,\mathrm{kWh}}{4{,}2} \approx 1{,}87\;\mathrm{kWh/Tag} $$

Der Rest – die eigentliche Kühlwärme – kommt aus dem Heizkreis:

$$ Q_{\text{kühl}} = Q_{\mathrm{WW}} - W_{\mathrm{el}} = 7{,}85 - 1{,}87 \approx 5{,}98\;\mathrm{kWh/Tag} $$

Über 24 Stunden gemittelt (die träge Baumasse glättet die Lastspitzen) ergibt das eine mittlere Kühlleistung von rund 249 W.

Jetzt der zweite Baustein: Wie stark senkt diese Leistung die Raumtemperatur? Das hängt davon ab, wie schnell das Gebäude Wärme nachliefert bzw. verliert. Der Energieausweis nennt dafür den Gesamt-Wärme­verlust­koeffizienten – Transmission plus Lüftung – von 117 W/K für das ganze Gebäude (rund 92 W/K für die betrachtete Wohneinheit). Die Absenkung ist dann schlicht Kühlleistung geteilt durch diesen Koeffizienten:

$$ \Delta T = \frac{P_{\text{kühl}}}{H} = \frac{249\,\mathrm{W}}{117\,\mathrm{W/K}} \approx 2{,}1\;\mathrm{K} \quad(\text{Gesamtgebäude}) $$ $$ \Delta T = \frac{249\,\mathrm{W}}{92\,\mathrm{W/K}} \approx 2{,}7\;\mathrm{K} \quad(\text{nur Wohneinheit}) $$

Das Ergebnis: eine mittlere Absenkung von rund 2 bis 3 K. Die Herstellerangabe von 1 bis 3 K ist damit realistisch – sie ist sogar eher konservativ. Warum K und nicht °C? Weil für relative Temperaturunterschiede Kelvin die übliche Einheit ist. Also -1 K ergibt eine Absenkung der Raumtemperatur von bspw. 28 auf 27 °C.

Drei Einschränkungen gehören dazu, damit die Zahl nicht mehr verspricht, als sie kann:

• Es ist eine stationäre Mittelwert­betrachtung. Real schwankt die Temperatur über den Tag; nachts läuft die Wärmepumpe weniger.
• Die Außentemperatur verschiebt nur das Niveau, nicht die Absenkung: Bei 30 °C draußen kühlt die OPW ebenso um 2 bis 3 K wie bei 25 °C – sie senkt relativ, nicht absolut.
• Eine vollwertige Klimaanlage ersetzt das nicht. Es ist eine sanfte, kostenlose Mitnahme – kein Ersatz für aktive Kühlung an Hitzetagen.

Und die Kosten?

Bleibt der wirtschaftliche Einwand. Ich habe drei Varianten über zehn Jahre verglichen (Annahmen: 0,30 Euro/kWh Strom, rund 2.400 kWh Wärmebedarf pro Jahr):

Das Ergebnis: Die Wärmepumpe verbraucht über zehn Jahre nur ein Drittel der Energie (2.400 statt 7.200 Euro Stromkosten). Der höhere Anschaffungspreis frisst diesen Vorteil bei der zentralen Lösung gerade auf – unterm Strich kostet sie praktisch dasselbe wie zwei simple Elektro-Speicher, bei einem Drittel des Energieeinsatzes. Die dezentrale Doppellösung ist am teuersten, hat aber gegenüber der kostengünstigsten Variante mit simplen E-Boilern den Vorteil des sommerlichen Kühleffekts.

Geräuschentwicklung

Nicht übersehen sollte mensch, dass eine Wärmepumpe im Gegensatz zu einem Heizstab bewegte Teile hat. Also ganz ohne Geräusch wird das nicht gehen. Auch ein Grund, warum ich mich dafür entschieden habe, einen großen, statt zweier kleiner und den in einem eigenen Technikraum verstaut zu montieren. Die etwas längeren Leitungswege nehme ich dafür in Kauf.

Wer so was in einem mehrgeschoßigen Mehrparteienhaus einbaut, sollte überlegen bspw. je Etage einen größeren Speicher zu installieren. Das hält die Anschaffungskosten in Grenzen und die Geräuschentwicklung außerhalb der Wohnungen.

Fazit

Die »Zeitpumpe« bleibt ein Scherz – aber die Idee dahinter, Geräte im Haushalt zusammenarbeiten statt gegeneinander arbeiten zu lassen, ist umsetzbar. Eine Brauchwasser-Wärmepumpe, die ihre Energie aus dem Heizkreis zieht, macht es möglich: Sie macht Warmwasser zu einem Drittel der Energie, vermeidet Zirkulations­verluste und liefert im Sommer eine spürbare Kühlung von zwei bis drei Grad gratis dazu. Kein Hexenwerk, keine Zeitmaschine – nur zu Ende gedachte Physik.

Wirtschaftlich leider ein Grenzfall: Die Geräte sind eigentlich zu teuer. Es sei denn, sie laufen wirklich länger als 10 Jahre ohne eine einzige Panne – oder der Strompreis geht durch die Decke. In meinem konkreten Fall, konnte ich für nur zwei Wohneinheiten ein gemeinsames Gerät nehmen. In diesem speziellen Fall sind Leitungen dennoch so kurz, dass es Sinn ergibt.

Quellen

@dasgrueneblatt u.a.. Diskussion über Brauchwasser-Wärmepumpen auf Mastodon (wien.rocks) 🌐

OVUM Heiztechnik GmbH. Passivwarmwasser (OPW) 🌐

OVUM Heiztechnik GmbH. Technisches Datenblatt OPW 170 (Stand 2022)

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