Verschaltung von Warmwasser bei Wärmepumpe und Solarthermie über Weiche

Hallo zusammen,
bei uns ist die Installation der Wärmepumpe vorgesehen. Dazu diskutieren wir über die Sinnhaftigkeit der Beibehaltung der Solarthermie für das Brauchwasser und einer möglichen Verschaltung. Die vollständige Integration der Solarthermie wird nicht gewünscht, da die Solarthermie schon 20 Jahre in Betrieb ist und daher grundsätzlich ein Risiko darstellt.
Aktuell geschieht die Brauchwassererwärmung über Solarthermie und angeschlossener Ölheizung. Die Systeme haben voneinander unabhängige Steuerungen. Die Solarthermie arbeitet, sobald das Temperaturdelta zwischen Sonnenkollektoren und dem unteren Bereich des Warmwasserspeichers groß genug ist. Die Ölheizung arbeitet, sobald sie eingeschaltet ist und die Temperatur im oberen Bereich des Warmwasserspeichers unter eine vorgegebene Temperatur fällt.
Wir haben die Idee, die Brauchwassererwärmung über Solarthermie weiter zu betreiben.
Ausgangssituation: Unsere Solarthermie funktioniert zusammen mit der Ölheizung einwandfrei. Von April bis September konnte bisher die Ölheizung abgeschaltet werden. Die Brauchwassererwärmung über Solarthermie reichte aus. (Schema „Aktueller Stand“)

Idee: Die Solarthermie könnte weiterbetrieben werden, die Ölheizung soll allerdings durch Wärmepumpe ersetzt werden. Es soll keine Integration der Solarthermie in die Wärmepumpe erfolgen, sondern eine Parallelschaltung der Brauchwassererwärmung durch die Solarthermie über eine Weiche. Beide Systeme sollen autark mit jeweils eigenen Speichern bleiben. (Schema „Verschaltung über Weiche mit Wärmepumpe“)
Über eine Weiche erfolgt die Brauchwasserversorgung entweder von Solarthermie oder Wärmepumpe mit jeweils autarkem Betrieb. Die Absperrventile sollen rein manuell betätigt werden:
Heizperiode (WP an, Absperrventil 1 zu)
Sommer (WP aus, Absperrventil 2 zu)

Bei Lebensdauerende der Solarthermie könnte diese einfach abgekoppelt und zurückgebaut werden, ohne dass die Wärmepumpe betroffen wäre. (Schema „Rückbau Solarthermie“)

Erhoffte Vorteile:
Kein Heizstabbetrieb im Sommer
Schonung der WP durch Betriebszeitreduktion
Keine Vernetzung der Steuerungen von Solarthermie und Wärmepumpe
Bei Lebensende der Solarthermie einfacher Rückbau

Risiken:
Beeinflussung von WP und Solar?
Druckverhalten
Wärmeverluste
Lebensdauer Solar
Wie reagiert WP auf lange Betriebspause?

Fragen:
Weitere Ventile erforderlich: z.B. Rückschlagventil, Druckbegrenzungsventil?
Legionellen?
Weitere Aspekte?
Brauche ich einen Ausgleichsbehälter im Wasserkreislauf?

Gibt es schon Erfahrungen mit der Verschaltung über Weiche? Feedback oder weitere Ideen würden mich freuen.

So mal ganz allgemein:

a.) Laut Deiner Zeichnung ist Dein Solarspeicher ein Warmwasserspeicher, der Brauchwasser vorhält. Da dort Wasser steht, muss dieser so hoch beheizt werden, damit keine Legionellengefahr besteht.

b.) Du solltest mal prüfen (lassen), wie hoch die Heizleistung des Heizkreises für die Ölheizung im Warmwasserspeicher ist. Daraus könnte mal ableiten, ob die geringeren Vorlauftemperaturen der WP ausreichen, um den Speicher ausreichend auf Temperatur zu bringen. Reicht das aus, kannst Du den Speicher u.U. weiterverwenden. Besonders wirtschaftlich wird das allerdings nicht sein, da ja auch für eine WP dann die Anforderung „Legionelleschutz“ besteht, und je höher die Vorlauftemperatur der WP, je schlechter der COP. Der schlechte COP im Winter wird aber durch die kostenlose Energie vom Dach im Sommer kompensiert.

c.) Wenn der aktuelle Puffer für eine WP nicht brauchbar ist, dann würde ich über eine WP mit Solarthermieunterstützung nachdenken. Manche WPs haben das fest mit verbaut, kannst Du anschließen, wenn Du eine hast. Die Regelung übernimmt dann die WP.
Pufferseitig ist die effizienteste Methode ein Pufferspeicher für WP mit nachgeschalteten Wärmetauscher. Da hier keine Legionellengefahr besteht (Du hast so gut wie kein stehendes Wasser), kannst Du den mit deutlich niedrigeren Temperaturen befüttern. Der Puffer muss allerdings dann so groß sein, dass der Wärmetauscher genug Energie bekommt um ausreichend Wasser mit Deiner Wunschtemperatur zu liefern. Als Faustregel: Für 100L WW (10 → 40 Grad Winter) brauchst Du etwa 300 L Puffer mit 10 Grad Hub, sprich 10 Grad + Übertemperatur = 52-53 Grad im Vorlauf von der WP.
Deinen vorhandenen Speicher wirst Du aber (je nach Leistung) mit über 60 Grad beheizen müssen, was sich deutlich in einem schlechteren COP bemerkbar macht.

d.) Es gibt auch Pufferspeicher mit einer Solarthermie-Option. Da allerdings hier die WP nichts von der Solarthermie-Option weiß, brauchst Du eine entsprechende Steueroption (z.B. mit 3 Wegeventil), damit die WP weiß, wann sie Wärme liefern muss.

Was die Frage nach Ventilen und Ausgleichsbehältern betrifft, da würde ich den Installationsanweisungen der Hersteller folgen. Wo auch immer Du unterschiedliche Temperaturen im System hast, brauchst Du auch entsprechende Ausgleichsbehälter in passender Größe. Wasser dehnt sich bei Erwärmung nun mal aus, das müssen die Ausgleichsbehälter auffangen, damit die Druckverhältnisse stabil bleiben.

Bei einer Wärmepumpe würde ich nicht mit einem Trinkwasserspeicher für WW arbeiten, da Du mit der WP wirtschaftlich nicht die Legionellendesinfektion betreiben kannst.

Bei mir erwärmt die Wärmepumpe einen Pufferspeicher (bei mir reichen da 42-45 Grad Puffertemperatur um damit über einen Plattenwärmetauscher (Frischwasserstation) stets ausreichend warmes Duschwassser für die Bäder zu haben.

Kläre vor Beauftragung ab, welche Durchflussmenge Deine Heizkreise (HK, FBH) erreichen und mit welcher minimalen Vorlauftemperatur Du Dein Haus im Winter (-5 Grad) warm halten kannst.
Wenn Du 1200 bis 1500 Liter Wasserumlauf/h erreichst benötigst Du keinen Pufferspeicher für den Heizkreis.
Ich habe nur einen einfachen Pufferspeicher für die Trink-Frischwasserstation. Der Puffer muss je nach Warmwasserbedarf 500 bis 1.000 Liter haben wenn Du mit geringen Temperaturen (45 Grad) arbeiten willst um einen guten COP bei WW Betrieb zu erreichen.

Zur Einkoppelung der bestehenden Solarthermie schau mal auf den Kanal von Energie& Hobby. Der hat eine elegante Lösung.

Gut geplant ist halb gewonnen.
Viel Erfolg.

@ Bembi und Wohltemperiert, vielen Dank für Eure Stellungnahmen. Daraus entnehme ich grundsätzlich den Hinweis auf Gefährdung durch Legionellen des stehenden Wassers entsprechend Punkt a) von Bembi sowie Antwort von Wohltemperiert.

Die weiteren Erläuterungen gehen an meiner Frage bzw. Aufgabenstellung vorbei. Vielleicht habe ich mich auch undeutlich ausgedrückt. Deshalb nochmals in anderen Worten:

Ich bekomme demnächst eine Wärmepumpe mit integriertem kleinem Brauchwasserspeicher. Soweit ist damit alles klar und daran will ich nichts ändern.

Jetzt der Diskussionspunkt: Wir haben eine funktionierende Solarthermie, die das Brauchwasser erwärmt. Warum soll ich diese verschrotten? Gibt es Möglichkeiten, sie weiter zu betreiben? Grundsätzlich bräuchte ich die Solarthermie nicht.

Die Wohnraumheizung wird in meinem Anliegen absolut nicht tangiert.

Meine Anforderungen:

  • Die Solarthermie-Anlage hat aufgrund des Alters ein Versagensrisiko. Eine Reparatur oder Erneuerung wird sich nicht rentieren.
  • Somit soll sie dann demontiert werden, sobald sie versagt. Dabei soll die Wärmepumpe nicht beeinflusst oder geändert werden.
  • Keine Änderung an Solarthermie gewünscht

Idee für Betriebskonzept:

  • Die Solarthermie läuft nur dann, wenn WP ausgeschaltet ist bzw. umgekehrt (Manuelle Umschaltung). Sprich: Im Sommer läuft das Leitungswasser in den Solarspeicher und von dort aus in die Warmwasserleitung. Im Winter wird der Pfad über den Speicher der WP genommen.
  • Keine gegenseitige Erwärmung und damit keine Verbindungen von Heizleitungen zwischen Solarspeicher und WP

Benefit:

  • Reduktion der Betriebszeit der WP und geringerer Strombedarf durch Verzicht auf Heizstabbetrieb.

Jetzt mein Anliegen:

  • Hat jemand so ein Konzept umgesetzt oder kann von ähnlichen Erfahrungen berichten?

  • Welche Risiken werden gesehen (z. B. Legionellen - wurden schon genannt):

  • Ist eine Schädigung an der WP durch die lange Sillstandzeit zu befürchten?

  • Wird die Solarthermie durch lange Betriebspause geschädigt (Im Kollektor erzeugte Wärme wird ggf. nicht oder nicht ausreichend abgeführt)

  • Beim Aufheizen der Solarthermie kann aktuell der Systemdruck bis auf 8bar ansteigen, bevor das Überdruckventil „abbläst). Schadet der Druck der WP?

  • weitere Aspekte?

Wie könnte die Verrohrung aussehen:

  • Sollten jeweils Kaltwasser- und beide Warmwasserleitungen (meine Zirkulationsleitungen sind ohne Zirkulation-Pumpe) des Solarthermie- und Wärmepumpen-Brauchwasserpads durch Absperrventile versehen werden? (In meiner Skizze habe ich nur jeweils ein Absperrventil auf der Kaltwasser-Zulaufleitung)
  • Wie ist mit dem Systemdruck umzugehen? Beispielsweise Ergänzung mit Ausgleichsbehälter, Überdruckventil (welches Druckniveau). Aktuell bläst die Solarthermie über ein Überdruckventil bei >8 bar einfach ab ( kein Ausgleichsbehälter im Brauchwassersystem)
  • Müsste bei Betriebsumstellung von Solarspeicher auf WP oder umgekehrt das Wasser des jeweils stillstehendes Systems abgelassen werden? (Korrosion zu beachten?)

Gibt es weitere Risiken wie z. B. Korrosion, Ablagerung, Geräusche, Pulsationen, …

Wie könnte man das Legionellen-Problem lösen? Permanent oder jeweils nur bei Betriebsartwechsel?

Liebe Forumsmitglieder, Eure Gedanken und/oder Eure Erfahrungen zum konkreten Anliegen würden mich interessieren. Hat schon jemand diese Konstellation ausprobiert?

Moin Toni,

Du stellst viele Fragen, die sich pauschal nicht beantworten lassen, ohne die Anlage nicht betrieben zu haben. In der Kombi alt und neu hast Du natürlich immer Komponenten im System, deren Zustand man kontrollieren muss. Einige Fragen beantwortet Dir aber schon der gesunde Menschenverstand:

Korrosion hat etwas mit chemischen Reaktionen zu tun, i.d.R. Sauerstoff. Bläst die Anlage irgendwo ab, muss frisches Wasser wieder rein. Der im Wasser vorhandene Sauerstoff reagiert. Wie, das hängt von den verbauten Komponenten an. Dauer sollte Wasserkreisläufe möglichst geschlossen sein. Sprich Ausgleichbehälter sollte groß genug sein, um die Druckunterschiede auszugleichen.

Den Wasserzustand im System kann man prüfen. Etwas einfacher mit einer Leitfähigkeitsprüfung, komplexer im Labor. Deine Stadtwerke liefern Dir aber auch chemische Daten, zumindest über das, was aktuell aus der Leitung kommt. Das gibt Dir heute Aufschluss darüber, wie Deine Anlage heute läuft. Die Hersteller machen i.d.R Vorgaben für die Wasserqualität. Ist das Wasser heute sauber und weitgehend in den Spezifikationen (einer Neuanlage), hast Du meist kein Problem, Alt und Neu zu kombinieren. Hast Du Reaktionsrückstände, also Rost, Schwebstoffe, chemische Veränderungen, dann ist Vorsicht angesagt. Deutliches Zeichen sind Korrosionsschäden an Muffen, Lötstellen etc, also immer dort, wo unterschiedliche Materialien aufeinander kommen. Hat sich früher niemand einen Kopp drum gemacht. Rost aus Heizkörpern mögen die Verdichter in WPs gar nicht. Sollte man entkoppeln. Neben der Taktung ist auch das ein Grund, warum man statt Reihenspeicher (oder ggf. ganz ohne) einen Parallel-Speicher verbaut.

Legionellen: Ideal ist eben ein Pufferspeicher mit Wärmetauscher (Frischwasserstation = Durchlauferhitzer-Prinzip). Das kalte Wasser wird direkt erhitzt und verbraucht. Muss man sich keinen Kopp drum machen.
Ein Warmwasserspeicher hat immer stehendes Wasser. Deshalb sollte man den ausreichend hochheizen, damit eben sich Legionellen eben nicht vermehren bzw. abgetötet werden. Anderes Verfahren ist ausreichend Durchlauf. In vielen WPs ist der fest verbaute Speicher deshalb eher klein und die haben auch ein Desinfektionsprogramm, um den Puffer in regelmäßigen Abständen zu desinfizieren (60 Grad). Wird das Wasser oft genug getauscht, erreichen Legionellen - sofern vorhanden - keine kritische Masse. Die kleinen Puffer reichen dafür aber eben nicht für 3 Leute hintereinander Wellness-Duschen. Ist ein Kompromiss. Mitdenken muss man aber. 4 Wochen während des Urlaubs den Speicher auf Temperatur zu halten bedeutet, vorhandene Keime können sich 4 Wochen lang vermehren. Das ist das eigentliche Problem.

Ventile verbaut man dann, wenn man damit etwas konkretes bewirken will. Da gibt es den Grund des einfachen Tausches von Teilen der Anlage. Sinn ist, dass man nur geringe Mengen Wasser verliert, wenn mal etwas getauscht werden muss (z.B. Pumpe, Zähler, Heizkörper etc). Der andere Grund ist das Ändern der Hydraulik. Dazu zählt auch das manuelle Zuschalten oder Trennen von Kreisläufen. Man man aber eher heute elektronisch gesteuert. An manchen Stellen sind sie auch einfach vorgeschrieben und/oder vom Hersteller so vorgesehen. Bei offenen Leitungen (z.B. Kalt-, Warmwasser) ist der Grund meist, dass man das Wasserniveau im Reparaturfalle absenkt. Oder im Schadenfalle nur den schadhaften Teil ausser Betrieb nehmen muss. Wenn Dir im WW-Kreis ein Eckventil kaputt geht, dann willst Du ja nicht die ganze Anlage still legen sondern nur das WW-Niveau soweit absenken, dass Du das Ventil tauchen kannst. Damit bleibt der Speicher unter Wasser, aber das Eckventil ist trocken und drucklos. Dafür werden ja auch an verschiedenen Stellen Ablassventile verbaut, damit Du das Wasserniveau in einem Teilsystem absenken kannst.

Solarthermie: Nutze sie so effizient wie möglich solange sie liefert. Ideal wäre eben eine WP, die Solarthermie direkt unterstützt. Dann macht die WP das selbst. Ist die Solarthermie kaputt, drehst Du den Hahn zu und fertig. Ansonsten findest Du hier im Forum viele Fragen und Antworten zu diesen Thema in unterschiedlichen Kombinationen und Lösungen. Es ist eine Abwägungs- (also Kosten-) Frage, wie Du es konstruierst. Und Ausgangsbasis ist, was die Anlage heute liefert, bzw. beisteuern kann. Was Du immer brauchst ist irgendwo ein Drei-Wege Ventil (bei Kombi-WPs im Gerät verbaut). Denn irgendwann im Jahr reicht die Dachwärme nicht mehr und Du mußt irgendwie zuheizen. Heizstäbe wäre da bei mir überhaupt nicht die Frage (COP=1), die paar Takte der WP für Warmwasser im Sommer macht, machen den Kohl nicht wirklich fett. Also reduziere das Thema auf den Beitrag, den die Solarthermie beisteuern kann, und welche Investitionen dagegen stehen, die ja in der Restlaufzeit der Module wieder reinkommen soll. Sind die Dinger kaputt, ist auch die Konstruktion überflüssig.

Stillstand: Also ausser dem zeitlich bedingten Verschleiß kämen mir nur so ganz klassische Argumente in den Sinn, warum Stillstand einer WP schaden sollte (Wasser-Chemie). Ansonsten ist das ja ein geschlossenes System. Der einzige Effekt ist, dass es für die WPs meist ein Procedere gibt, welches man einhalten sollte. Steht meist in der Gebrauchsanleitung was dazu. Viele WPs haben aber auch mehr oder weniger ein elektronisches Anlaufprogramm. Da ist vermutlich die Sumpfheizung das Kriterium. Vereinfacht gesagt, das Ding muss sich selbst erstmal auf „Betriebstemperatur“ bringen. Wenn ich meine WP länger ausschalte, dann braucht die gefühlte 24h, bis die überhaupt anfängt zu heizen.
Ausschalten macht daher Sinn, weil eine WP immer Bereitschaftsstrom verbraucht. Daher ist der echte COP im Sommer auch eher schlecht, weil der Strom nicht fürs WW drauf geht, sondern für Pumpen und Elektronik. Gebrauchsanleitung des Herstellers beachten.

Betriebsdrücke Auch hier gilt, Herstellerdokumentation lesen. Da steht immer was zu maximalen und für den Dauerbetrieb ausgelegten Drücken drin. Wenn Du da drüber liegst, hilft eben ein Ausgleichbehälter, das ist ja Sinn und Zweck der Dinger. Ein Überdruckventil ist immer eine Sicherheitsinstallation, um die Anlage zu schützen. Der Sinn und Zweck ist aber nicht, das es wirklich auslöst. Ist das der Fall, dann stimmt die Hydraulik nicht.

Wasser ablassen Machst Du in Deiner Heizung auch nicht, die rennt im Idealfall mit den gleichen Wasser 20 Jahre lang und mehr. Die Wasserchemie pendelt sich irgendwann auf ein Niveau ein. Alles was reagieren kann hat dann reagiert und dann ist nahezu Ende. Es sei denn, Du hast Materialien verbaut, die z.B. galvanische Effekte erzeugen, also einen permanenten chemischen Prozess provozieren. War früher mit Stahlradiatoren unvermeidbar, heute achten man darauf, was man verbaut. Die Systeme werden heute auch mit (Teil-) entsalztem Wasser befüllt. Das schreiben die Hersteller meist schon vor um eben Leitfähigkeiten zu verringern. Es ist demnach (zumindest heute) nicht vorgesehen, das Wasser abzulassen (s. auch Ventile). Einziger Grund wäre, wenn eine Anlage gespült werden muss, weil sie eben stark versifft ist. Meist durch „Fehler“ der Vergangenheit. Anderer Grund wäre die vollständige Stilllegung eines Wasserkreises.

Ja, auch keine direkte Antwort auf Deine Fragen, aber Denkanstöße.