Wärmepumpenkaskade
Wärmepumpe im Mehrfamilienhaus: Was ist eine Kaskadenschaltung und welche Vorteile hat sie?
Wärmepumpen beheizen Mehrparteienhäuser effizient und umweltschonend. Die Kombination einzelner Wärmepumpen zu einer Kaskade ist die Alternative zu einer Einzel-Wärmepumpe großer Leistung. Erfahren Sie hier, wie eine Kaskadenschaltung funktioniert und welche Vorteile sie bietet.
Was ist eine Wärmepumpenkaskade?
Der Begriff Kaskade bezeichnet die Zusammenschaltung mehrerer gleichartiger Wärmepumpen zu einem Verbund, in dem bedarfsabhängig mehrere dieser Wärmepumpen in Kombination betrieben werden. Der jeweilige Wärmebedarf des Gebäudes gibt vor, wie viele Wärmepumpen zeitgleich im Verbund betrieben werden. Bei einer erhöhten Wärmeanforderung schaltet eine Steuerung zusätzliche Wärmepumpen dazu, um die Wärmeleistung zu erhöhen oder nimmt diese wieder aus der Wärmeproduktion heraus (Abschaltung), falls die Leistung nicht mehr benötigt wird.
Der kombinierte Betrieb einzelner Wärmepumpen kann eine Betriebskostenersparnis ermöglichen, weil die Steuerung die einzelnen Wärmepumpen so effizient wie möglich betreibt. Im Gegensatz zu einer einzelnen Wärmepumpe schaltet die Steuerung einzelne Wärmepumpen gezielt zu oder ab für einen möglichst minimalen Energieverbrauch des Gesamtsystems. Beispielsweise werden zwei Wärmepumpen im Verbund energieeffizienter betrieben als eine einzige Wärmepumpe, wenn deren Betriebspunkte in Summe weniger Strom benötigen als der Betriebspunkt einer einzigen Wärmepumpe größerer Leistung. Die Steuerung kennt diese technischen Zusammenhänge und setzt sie in Betriebsstrategien um. Ein zweiter Vorteil ist die Redundanz einer Kaskade. Bei Ausfall einer Wärmepumpe übernehmen die anderen Wärmepumpen deren Leistungsanteil, so dass ein Totalausfall der Heizung vermieden wird.
Der Begriff Kaskadenschaltung wird auch im Zusammenhang mit Strommessung verwendet – etwa, wenn zwei Stromzähler eingesetzt werden, um den Bezug von Wärmepumpenstrom und die Nutzung von PV-Strom zu ermitteln. Darum geht es in diesem Blogbeitrag jedoch nicht.
Zwei Arten der Kaskadierung: parallel und seriell.
Grundsätzlich lassen sich Wärmepumpenkaskaden auf zwei unterschiedliche Arten realisieren: als parallele oder als serielle Schaltung. Welche Variante sinnvoll ist, hängt unter anderem von der Gebäudegröße, dem erforderlichen Temperaturniveau und den hydraulischen Rahmenbedingungen ab.
Parallele Kaskadenschaltung:
Mehrere Wärmepumpen arbeiten gleichzeitig und unabhängig voneinander. Alle Geräte speisen ihre Wärme auf demselben Temperaturniveau in den zentralen Pufferspeicher des Heizsystems ein. Dabei werden je nach aktuellem Wärmebedarf einzelne Einheiten zu- oder abgeschaltet. Parallel geschaltete Kaskaden passen können ihre Heizleistung flexibel an den Bedarf anpassen, gelten als betriebssicher und lassen sich relativ einfach realisieren. Daher sind sie für Mehrfamilienhäuser mit moderaten Vorlauftemperaturen meist die bevorzugte Lösung.
Serielle Kaskadenschaltung:
Die Einheiten des Systems werden hintereinander in Reihe geschaltet. Dabei heizen die Wärmepumpen das Heizwasser nacheinander in Stufen auf: Gerät 1 hebt die Temperatur beispielsweise von 0 °C auf 20 °C an, Gerät 2 anschließend von 20 °C auf 40 °C usw. Diese Variante der Kaskadierung kommt seltener zum Einsatz, da sie komplexer zu planen und zu regeln ist. Sie kann jedoch dort sinnvoll sein, wo höhere Vorlauftemperaturen erforderlich sind – etwa in Altbau-Mehrfamilienhäusern mit konventionellen Heizkörpern.
Parallele vs. serielle Wärmepumpenkaskade im direkten Vergleich:
Kriterium | Parallele Kaskade | Serielle Kaskade |
|---|---|---|
| Hydraulisches Prinzip | Alle Wärmepumpen speisen gemeinsam in einen Sammelvorlauf ein | Wärmepumpen sind hintereinander geschaltet |
| Vorlauftemperatur | Alle Wärmepumpen erzeugen die gleiche Temperatur | Temperatur wird stufenweise angehoben |
| Typischer Einsatz | MFH, Gewerbe, Quartiere, hohe Leistungen | Sonderanwendungen mit hohen Vorlauftemperaturen |
| Effizienz | Sehr hoch | Niedriger als parallel |
| Regelung | Einfach | Komplex |
| Redundanz | Sehr gut | Eingeschränkt |
| Investitionskosten | geringer | höher |
| Marktverbreitung | Standardlösung | Nischenlösung |
| Vorteil |
|
|
| Nachteil |
|
|
Welche Vorteile bietet eine (parallele) Wärmepumpenkaskade im Mehrfamilienhaus?
In Mehrfamilienhäusern treffen häufig unterschiedliche Nutzungsprofile, Wohnungsgrößen und Warmwasserbedarfe aufeinander. Eine Wärmepumpenkaskade kann auf diese Gegebenheiten besonders gut reagieren, da sie die Wärmebereitstellung präzise an den tatsächlichen Bedarf im Gebäude anpasst. Gerade bei gleichzeitigem Heiz- und Warmwasserbedarf – etwa morgens oder abends – lassen sich Leistungsspitzen besser abfangen, ohne ein einzelnes Erzeugermodul überdimensionieren zu müssen. Zudem erhöht sich für alle Wohnparteien die Versorgungssicherheit im laufenden Betrieb.
Auch bezüglich der Anschaffungskosten kann eine Kaskadenlösung vorteilhaft sein, da statt individuell ausgelegter Großgeräte in der Regel standardisierte Seriengeräte eingesetzt werden. Nicht zuletzt bietet eine Wärmepumpenkaskade Planungsspielraum für die Zukunft: Wenn sich der Wärmebedarf durch Sanierungen, Nachverdichtung oder die Umnutzung einzelner Wohneinheiten verändert, können problemlos weitere Wärmepumpen in das System integriert werden.
Werden Wärmepumpenkaskaden beim Heizungstausch staatlich gefördert?
Grundsätzlich ja – jede Wärmepumpenlösung ist förderberechtigt, sofern eine fossile Heizungsanlage gemäß den Vorgaben des Gebäudemodernisierungsgesetzes (GMG) ausgetauscht wird. Gemäß der reformierten KfW-Förderrichtlinie sind Wärmepumpenkaskaden mit mindestens 30% (Grundförderung) bis zu maximal 80% der förderfähigen Kosten staatlich förderbar. Die Höhe des Fördersatzes ermittelt sich aus der individuellen Situation jedes Eigentümers. Die 30%ige Grundförderung gilt für selbstnutzende und nicht-selbstnutzende Eigentümer. Der reformierte Geschwindigkeitsbonus und der reformierte Einkommensbonus sind ausschließlich für selbst nutzende Eigentümer erhältlich. Die Grundförderung und beide Boni sind additiv kombinierbar, so dass selbstnutzende Eigentümer bis zu 80% der förderfähigen Kosten als Zuschuss erhalten können, sofern sie die dazugehörigen Kriterien erfüllen.
Die maximal förderfähigen Kosten betragen
- 28.000 € für die erste Wohneinheit,
- jeweils 15.000 € für die zweite bis sechste Wohneinheit
- und jeweils 8.000 € ab der siebten Wohneinheit
Diese Förderhöchstsätze reduzieren sich um jeweils 750 Euro zum 1. Februar und 1. August eines jeden Jahres.
Fazit
Eine Wärmepumpenkaskade kombiniert und betreibt mehrere einzelne Wärmepumpen für Fälle, bei denen die Leistung einer Wärmepumpe nicht ausreicht. Vorteile sind kostenminimaler und redundanter Betrieb der einzelnen Wärmepumpen sowie die Möglichkeit, die Anlage modular und bedarfsgerecht zu erweitern oder zu verkleinern.
Sie möchten mehr über Wärmepumpenkaskaden und Einsatzmöglichkeiten in Ihrem Mehrfamilienhaus erfahren? Weitere Informationen finden Sie hier.
Oder sprechen Sie direkt mit unserem Experten-Team. Wir beraten Sie gerne persönlich in einem Gespräch.
