Hydraulikschema Wärmepumpe mit Pufferspeicher: Die 6 praxisbewährten Varianten

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Eine effiziente Wärmepumpenanlage beginnt mit einer fachkundig geplanten Hydraulik. Die richtige Einbindung eines Pufferspeichers beeinflusst Systemtemperaturen, Laufzeiten und letztlich die Effizienz und Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpe entscheidend.

In diesem Beitrag werden die sechs gebräuchlichsten und praxisbewährtesten Hydraulikschemas für Wärmepumpen mit Pufferspeicher vorgestellt und deren Funktionsweise beschrieben. Ein Teil der Schemas basiert auf anerkannten Standards wie dem Wärmepumpen-Systemmodul (WPSM) und den Richtlinien des Bundesverbands Wärmepumpe (BWP). Der andere Teil stammt aus der Praxis der Planung mittlerer bis großer Wärmepumpensysteme.

Der Artikel zeigt, wie unterschiedliche Pufferspeicher-Schemas die Gesamtperformance einer Wärmepumpe beeinflussen und welche Varianten sich für Anwendungen mit Kaskaden, Spitzenlastkesseln oder Frischwasserstationen eignen. Besonders bei Großanlagen ab 50 kW gewinnt die Wahl der Hydraulik weiter an Bedeutung, da Komponenten wie externe Frischwasserstationen oder Kältepufferspeicher zunehmend relevant werden.

Wie wird ein Pufferspeicher optimal in den hydraulischen Kreislauf eingebunden?

Damit ein Pufferspeicher seine Funktion zuverlässig erfüllt, muss er sowohl auf die Wärmeerzeugung als auch auf die Verbraucherseite abgestimmt sein. In der Planungsphase sind daher mehrere zentrale Fragen zu klären:

• Wie soll die Wärmeerzeugung erfolgen? Durch eine einzelne Wärmepumpe, eine Kaskade mehrerer Wärmepumpen oder ein hybrides System mit zusätzlichen Erzeugern wie Gas- oder Biomassekesseln bzw. Solarthermie?
• Wie soll der Pufferspeicher hydraulisch eingebunden werden? Soll er die Wärmeerzeugung (z.B. Wärmepumpe) und die Verbraucher (z.B. Fußbodenheizung) entkoppeln? Sind zwei Pufferspeicher im Hydraulikschema vorgesehen? Wenn ja, sollen sie parallel oder seriell angeschlossen werden?
• Welche Vorlauftemperatur fordern die Verbraucher (z. B. Fußbodenheizung, Radiatoren, Frischwasserstation)? Wie lassen sich diese im hydraulischen Schema zuverlässig bereitstellen, ohne dass es zu ungewollter Vermischung oder unnötigen Energieverlusten kommt?

Zur Vereinfachung der Planung stehen etablierte Standards wie WPSM (CH) oder BWP (DE) zur Verfügung. Sie definieren bewährte Pufferspeicher-Schemas und liefern klare Vorgaben zur Auslegung.

Schema Pufferspeicher: Best-Practices aus der Schweiz (WPSM)

Das Wärmepumpen-Systemmodul (WPSM) ist ein Schweizer Standard zur Planung und Inbetriebnahme von Wärmepumpenanlagen bis ca. 15 kW. Es enthält erprobte Hydraulikschema-Varianten, welche die Effizienz maximieren und einen stabilen Betrieb sicherstellen. 

Im Folgenden wird eines der gebräuchlichsten Hydraulikschemata für Wärmepumpen mit Pufferspeicher erläutert. Dieses wird nachher mit einem Hydraulikschema für den gleichen Anwendungsfall gemäss dem Deutschen Standard BWP verglichen.

WPSM Schema 4: Seriell eingebundener Pufferspeicher im Rücklauf

In der DACH-Region sind Luft-Wasser-Wärmepumpen die mit Abstand am häufigsten installierte Art von Wärmepumpen, wobei sie oft zur Warmwasserbereitung sowie Heizwasserbereitung eingesetzt werden. 

In dem Hydraulikschema ist ein Pufferspeicher im Rücklauf eingebunden. WPSM empfiehlt, einen Pufferspeicher in ein Hydraulikschema zu integrieren, wenn der Wasserinhalt der Radiatoren bzw. der Fußbodenheizung gering ist. Der Pufferspeicher erhöht den Wasserinhalt, wodurch längere Laufzeiten der Wärmepumpe ermöglicht und ineffiziente Taktzyklen vermieden werden.

Ein entscheidender Aspekt ist die korrekte Anordnung: Der Trinkwarmwasserspeicher muss im Schema vor dem Heizkreislauf angeschlossen sein, sonst würde der Pufferspeicher bei jeder Warmwasserladung mit aufgeheizt, was die Effizienz der Anlage verschlechtern würde. 

Hydraulikschema Wärmepumpe mit Pufferspeicher in Deutschland (BWP): Parallel eingebundener Pufferspeicher

Während der WPSM-Standard klare Vorgaben und Hydraulikschemas für Wärmepumpen mit Pufferspeichern für Anlagen bis 15kW liefert, beinhalten die BWP-Leitfäden allgemeine Hinweise – ohne spezifische Informationen zu Hydraulik-Größen oder Einsatzbereichen. Im Folgenden wird ein BWP-Hydraulikschema vorgestellt, das die gleiche Funktion wie das Schema von WPSM gewährleistet. Der Anschlussplan der Pufferspeicher erfolgt jedoch parallel, was sich auf die Effizienz der Anlage auswirkt.

BWP Schema 3: Vier-Anschluss Pufferspeicher

Im BWP-Hydraulikschema befinden sich zwei parallel angeschlossene Speicher, wobei der Pufferspeicher über vier Anschlüsse verfügt. Der Vorlauf der Wärmepumpe ist oben am Speicher angeschlossen. Die Wärmeerzeugung ist hydraulisch von den Verbrauchern entkoppelt, was eine einfache und stabile Betriebsweise ermöglicht.

Pufferspeicher Schema: Vergleich WPSM und BWP

Im WPSM-Schema ist der Pufferspeicher in den Rücklauf eingebunden. Dadurch kann die Wärmepumpe das Heizwasser direkt in die Fußbodenheizung leiten. Eine Zwischenspeicherung in einem Pufferspeicher ist nicht nötig, was zu einer Effizienzsteigerung führt. Die Wärmepumpe versorgt die Fußbodenheizung direkt, ohne dass es zu einer Entkopplung von Wärmepumpe und Verbraucher kommt. Über das gesamte Jahr hinweg weist die Wärmepumpe eine Verbesserung des COP-Werts um etwa 0,2 auf.

Aspekt	WPSM Schema 4	BWP Schema 3
Pufferspeicher Einbindung	Seriell (Rücklauf bevorzugt).	Parallel über vier Anschlüsse.
Vorteil	Die direkte Versorgung des Heizkreises steigert die Effizienz.	Einfache und bewährte hydraulische Entkopplung.
Nachteil	Speziell für Kleinanlagen bis 15 kW konzipiert.	Geringere Effizienz im Vergleich zum WPSM Schema.

Dieses Beispiel verdeutlicht die Rolle der seriellen oder parallelen Einbindung eines Pufferspeichers in den Heizkreislauf. Weitere Informationen zu Hydrauliken mit mehreren Pufferspeichern und serieller oder parallelen Einbindung eines Pufferspeichers in den Heizkreislauf finden Sie in unserem Fachbeitrag Pufferspeicher parallel oder in Reihe.

Pufferspeicher mit Frischwasserstation Schema: Frischwasserstation vs. Wendel-Wärmetauscher

Wenn eine Wärmepumpe sowohl Warmwasser als auch Heizwasser liefern soll, stellt sich die Frage, ob beide in einem Pufferspeicher, einem sogenannten Kombispeicher, vereint werden sollten. Diese Lösung ist auf dem Markt für ihre Platzersparnis und Effizienzsteigerung beliebt und wird bei rund 40 % der Neubauten eingesetzt. 

Während bei kleineren Anlagen häufig Wendel-Wärmetauscher im Pufferspeicher verwendet werden, bieten bei größeren Anlagen externe Frischwasserstationen deutliche Vorteile. Im Folgenden wird ein Schema mit Pufferspeicher und Frischwasserstation angezeigt.

Frischwasserstationen und Wendelwärmetauscher unterscheiden sich darin, wie sie Warmwasser vorbereiten. Während der Wendel-Wärmetauscher das Trinkwasser innerhalb des Trinkwasserspeichers erhitzt, wird eine Frischwasserstation außerhalb der Trinkwasserspeicher eingesetzt und erwärmt Trinkwasser erst dann, wenn es benötigt wird. Sie ist hydraulisch vom Pufferspeicher getrennt und nutzt einen Plattenwärmetauscher für die Wärmeübertragung. Eine Anlage mit einer Frischwasserstation hat folgende Vor- und Nachteile:

Vorteile Frischwasserstation:

• Hygiene: Die Trinkwassererwärmung in einer Frischwasserstation eliminiert das Risiko der Legionellenbildung, da das Wasser nicht in einem Tank bevorratet wird. 
• Flexibilität: Eine Frischwasserstation kann sehr flexibel an den Bedarf angepasst werden und ist in verschiedenen Leistungsgrößen erhältlich. 
• Wartung: Wartungs- und Reparaturarbeiten am Wärmetauscher sind einfach, da das Modul extern ist und die Anlage nicht komplett entleert werden muss.

Nachteile Frischwasserstation:

• Kosten und Platzbedarf: Eine Frischwasserstation mit Speicher ist in der Anschaffung teurer als ein Speicher mit Wendelwärmetauscher. Sie benötigt zudem zusätzlichen Platz für die Montage.
• Zusätzliche Komponenten: Das System benötigt eine eigene Pumpe und eine elektronische Regelung, was zusätzliche Stromkosten und potenzielle Störquellen mit sich bringt.
• Kalkbildung: Bei hartem Wasser kann sich Kalk am Plattenwärmetauscher ablagern, was die Effizienz mindert und regelmäßige Wartung erfordert.

Im Folgenden wurde ein Hydraulikschema mit Kältepufferspeicher angezeigt, welches auch die Kühlung ermöglicht.

Pufferspeicher Kälte Schema: Heizen und Kühlen

Mit zunehmenden Sommertemperaturen wird Kühlung immer häufiger nachgefragt, um neben dem Winter auch im Sommer eine angenehme Raumtemperatur zu gewährleisten. Die Integration eines Kältespeichers in ein Hydraulikschema mit Wärmepumpe trägt zur effizienten Deckung des Kühlbedarfs des Gebäudes bei.

Im Gegensatz zu den vorangegangenen Beispielen, die auf Luft-Wasser-Wärmepumpen basierten, kommt in diesem Schema eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe in Verbindung mit einer Erdwärmesonde zum Einsatz. Eine Besonderheit dieses Hydraulikschemas ist der ergänzende Luft-Wasser-Wärmetauscher, der spezifisch für die Kühlfunktion integriert wurde. Damit bietet die Anlage volle Flexibilität und deckt zwei Betriebsarten ab: den Heiz- sowie den Kühlbetrieb. Dies ist mit den folgenden Abbildungen dargestellt.

Heizbetrieb: Wärmepumpe mit Pufferspeicher

Im Heizbetrieb entzieht die Wärmepumpe dem Erdwärmesonden-Kreislauf thermische Energie. Dies zeigt sich daran, dass die Austrittstemperatur aus der Sonde höher liegt als die Eintrittstemperatur. Unter Einsatz von elektrischem Strom hebt die Wärmepumpe diese Umweltwärme auf die erforderliche Soll-Vorlauftemperatur der Sekundärseite an. Der Pufferspeicher nimmt die erzeugte Wärme auf und leitet sie bedarfsgerecht an die Fußbodenheizung weiter, womit der Heizwärmebedarf des Gebäudes effizient gedeckt ist.

Kühlbetrieb: Wärmepumpe mit Kältespeicher

Im Kühlbetrieb ist es notwendig, die Temperatur im Kältespeicher – und folglich im Kühlelement – unterhalb der Sollvorlauftemperatur zu halten. Hierzu senkt die Wärmepumpe das Temperaturniveau des Speichers aktiv ab, indem sie die überschüssige Wärme über den Luft-Wasser-Wärmetauscher an die Umgebung abführt.

Zudem bindet das Hydraulikschema die Erdwärmesonde in den Prozess ein: Das erwärmte Trägermedium durchströmt zunächst das Erdreich, gibt dort Wärme ab und tritt vorgekühlt wieder in die Wärmepumpe ein. Dieser Effekt bewirkt eine thermische Regeneration des Sondenfeldes, was Vorteile wie etwa einen reduzierten Bohraufwand bietet. Erfahren Sie mehr im unserem Fachartikel zu diesem Thema.

Für Projekte mit höherem Leistungsbedarf kann eine Erweiterung des Konzepts nötig. Hier stellen Kaskadensysteme eine effiziente Lösung dar – dargestellt im folgenden Schema.

Pufferspeicher Schema mit Wärmepumpen in Kaskade

Bei der Planung von Großanlagen (50 kW+) ist in der Regel ein Planer beteiligt, der eine maßgeschneiderte, optimale Hydraulik vorbereitet. Diese Anlagen sind komplexer, da sie beispielsweise Wärmepumpen in Kaskade kombinieren und verschiedene Anforderungen erfüllen müssen.

Mehr Informationen zur Auslegung von Wärmepumpenkaskaden parallel oder in Serie finden Sie in unserem Fachbeitrag.

Pufferspeicher Schema mit Wärmepumpe und Gaskessel

In älteren, schlecht gedämmten Gebäuden, die Vorlauftemperaturen von über 55 °C benötigen, kann eine Kombination aus Wärmepumpe und Gaskessel besonders sinnvoll sein. Dabei übernimmt die Wärmepumpe die Basislast und der Gaskessel schaltet nur an sehr kalten Tagen oder bei Spitzenlast hinzu. So lassen sich die Kriterien des Gebäudeenergiegesetztes (GEG) erfüllen, wonach mindestens 65 Prozent des Heizbedarfs durch die Wärmepumpe abgedeckt werden müssen. 

Pelletheizung mit Pufferspeicher Schema: Wärmepumpe und Pelletskessel kombinieren

Alternativ zum Gaskessel, kann auch ein Pelletkessel in einem Pufferspeicher-Schema eingesetzt werden, um die erneuerbaren Energie im System zu maximieren. Auch hier übernimmt die Wärmepumpe die Grundlast, während die Pelletheizung bei sehr niedrigen Außentemperaturen oder bei Spitzenlast zuschaltet. Damit werden die Vorgaben des GEG deutlich übertroffen, typischerweise liegt der Anteil erneuerbarer Energien bei 80–95 %.

Die Wärmepumpe lädt den Pufferspeicher bevorzugt. Der Pelletskessel ist hoch am Speicher angeschlossen und heizt bei Bedarf auf 60–75 °C auf. Somit wird auch an extrem kalten Tagen oder bei hohem Warmwasserbedarf genügend Leistung gewährleistet. Eine Frischwasserstation übernimmt die Trinkwasserbereitung und dank der Schichtung werden die Fußbodenheizung und/oder die Radiatoren temperaturgerecht mit Wärme versorgt.

Dieses Schema lässt sich auch mit Holzkessel verwenden. Dazu wird der Pelletskessel einfach durch einen Holzkessel ersetzt:

Wie findet man die optimale Variante für ein spezifisches Projekt oder Anwendungsfall?

Bei mittleren Wärmepumpensystemen lohnt es sich, verschiedene Auslegungsvarianten zu simulieren und das Wärmepumpensystem zu optimieren. Mithilfe einer Simulationssoftware wie Polysun können Planer oder Energie-Contractor:innen die verschiedenen Auslegungsvarianten mittels Vorlagen effektiv erstellen.

Da alle gewünschten Anforderungen – wie die Integration einer Kühlfunktion oder die Einbindung zusätzlicher Erzeuger (z. B. Pelletskessel) – korrekt in die Hydraulik integriert werden müssen, kann die Abbildung der Hydraulik schnell umfangreicher werden. 

Fehler bei der Auslegung oder Planung können kostspielig sein, zu Komforteinbußen führen und die Amortisationszeit des Projekts erheblich verlängern.  Bei größeren Anwendungsfällen wie Mehrfamilienhäusern, Hotels oder Krankenhäusern lassen sich mittels Anlagesimulation und Variantenvergleich gegenüber der Standardauslegung bis zu 40 % der Kosten einsparen.

In der Planungssoftware Polysun stehen mehr als 1.000 erprobte Hydraulikschemas als Vorlagen zur Verfügung. Der Planer kann diese Vorlagen an sein Projekt anpassen und seine häufig verwendeten Hydrauliken als benutzerdefinierte Vorlagen speichern oder zur schnellen Wiederauffindbarkeit Vorlagen markieren. Bei Großkunden werden die wiederkehrenden Anwendungsfälle gemeinsam in einem Workshop erarbeitet und als spezifische, parametrisierte Firmenvorlagen dem Team zur Verfügung gestellt. So ist bei all den vielen Projekten der Großkunden eine optimale Planung sichergestellt.

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