Optimale Temperaturschichtung im Pufferspeicher

[millih2g]

Liebe Viessmannn-Techniker, liebe Community,

seit ca. 6 Wochen habe ich eine Vitocal 250 AH mit einem ALTEN (15 Jahre) Vitodens 300 W als externe Heizquelle und einem Resol Frischwassermodul (ebenfalls seit 15 Jahren in Betrieb). Mittlerweile läuft alles technisch einwandfrei, nur habe ich eine Frage zum Anschluss an den Pufferspeicher - und zwar bezüglich der sich aus den Anschlusspositionen ergebenden Temperaturschichtung (jetzt wird es leider etwas abstrakt - ich versuche es so präzise, verständlich und einfach zu beschreiben, wie mir möglich). 

Mein Pufferspeicher hat 7 Anschlüsse (von oben nach unten):

Anschluss 1 (ganz oben): Vorlauf vom Pufferspeicher-Modul zum FriWa-Modul Primärseite (bei Brauchwassererwärmung) 

Anschluss 2: Vorlauf Warmwasser von Vitocal (Speicher-Wassererwärmung)  —> vom Anschluss D am Vitocal-Anschluss Panel (gem. Handbuch „vitocal_250ah_hawoac_252a_original“, S.43)

Anschluss 3 (Mitte, Doppelanschluss)

3a) Rücklauf zum Pufferspeicher von FriWa-Modul Primärseite (Brauchwassererwärmung)

3b) Rücklauf vom Pufferspeicher zur VitoCal (Speicher-Wassererwärmung) —> zum Vitocal Anschluss H

Anschluss 4: Vorlauf von Vitocal zum Pufferspeicher (Heizwassererwärmung) - zugleich Vorlauf für Heizkreis (zum VL -/RL -Mischventil) —> vom Vitocal Anschluss C

Anschluss 5: Rücklauf Heizkreis  (von VL -/RL -Mischventil)

Anschluss 6 (ganz unten): Rücklauf vom Pufferspeicher zur Vitocal (Heizwassererwärmung) —> zum Vitocal Anschluss H

Der Vitocal Anschluss G (Rücklauf Speicherwassererwärmung) ist mangels einer 8. Anschlussmöglichkeit am Pufferspeicher nicht belegt; dafür erfolgen Anschluss 3b und Anschluss 6 gemeinsam über ein Umschaltventil an den Vitocal Anschluss H 

Bei dieser Pufferspeicher-Anschlussbelegung erfolgt die Entnahme zur Heizwassererwärmung am Pufferspeicher-Anschluss 6 zum Vitocal Anschluss H an der kältesten Stelle im Pufferspeicher (ganz unten). Wäre es nicht sinnvoller, die Pufferspeicher-Anschlüsse 5 und 6 zu tauschen? Damit würde die Restwärme aus dem Heizkreis-Rücklauf für die Erwärmung des Heizwassers über die Wärmepumpe zur Verfügung stehen. Gerade bei kalten Außentemperaturen ist Pufferspeicher-Temperatur an Anschluss 6 einige Grade niedriger als an Anschluss 5. 

Ich habe diese Frage meinem Fachbetrieb gestellt (wo sie m.E. eigentlich hingehört) - aber leider bisher keine Antwort erhalten. Deshalb meine Frage hier im Forum. Wenn ich nicht mit der Anschlussbeschreibung Euer abstraktes Vorstellungsvermögen zu sehr strapaziert habe, würde ich mich über Antworten sehr freuen - insbesondere auch von den Viessmann-Technikern. 

Danke im Voraus und Grüße

[Rudi_]

Und welcher Pufferspeicher ist es?

Das Angebot ist groß:
https://www.viessmann.de/de/wissen/technik-und-systeme/heizwasser-pufferspeicher.html

[millih2g]

Hi, danke für Deine schnelle Reaktion.

Mein Pufferspeicher ist ein Vitocell 160-E mit 750 l - auch schon seit 15 Jahren in Betrieb. Und ich vergaß: Ich habe auch noch eine Vitosolic-200 für Solarthermie im Einsatz (ebenfalls schon seit 15 Jahren). 

ich hoffe, das hilft. 

[Rudi_]

Ich wollte nur darauf hinweisen, dass hier Infos fehlen; bin nicht der Profi, der eine Beurteilung machen könnte.
Bei der Komplexität der Anlage braucht es für weiteres wahrscheinlich einen genauen Hydraulikplan.
Den erstellt (sollte erstellen?) der HB im Rahmen der Planung der Anlage.
Ich habe den bei der Montage meiner Anlage gesehen, aber nicht erhalten.

[Franky]

Du weißt hoffentlich,dass eine Frischwasserstation und Wärmepumpe eine ganz schlechte Kombination darstellen? Du musst nämlich wesentlich mehr Heizwasser erwärmen,als du an Warmwasser überhaupt nutzen kannst. Die WP muss hier den oberen Teil des Puffers,die Solaranlage den unteren Teil erwärmen. Im Winter bringt die Solaranlage so gut wie nichts ein. Es bleibt also alles an der WP kleben.

Kompliziert wird's,weil der Puffer sicher nicht für eine WP optimiert ist. Soll heißen,sein Heizregister ist zu klein. Du musst also die Vorlauftemperatur zur WW- Bereitung ein bissel höher fahren.

Welche WW- Temperatur ist als Soll eingestellt ?

Ich muss sicher nicht hinzufügen,dass eine Zirkulation nur sparsam eingesetzt werden sollte?

Außerdem wirst feststellen,dass im Energiecockpit,so vorhanden,übermässig viel Wärme für die WW- Bereitung gebraucht wird. Das zieht die Bilanz nach unten.

[millih2g]

Hallo,

vielen Dank für Deine schnelle und ausführliche Antwort. Ich antworte ebenfalls ausführlich, weil ich denke, es ist im Interesse der gesamten Community, die von dir aufgeworfenen Aspekte näher zu beleuchten.

Da alle Punkte letztlich auf die Effizienz des Wärmepumpeneinsatzes zielen, eine generelle Bemerkung vorweg: Alle von Dir genannten Punkte

• Frischwasser-Modul (zu beheizendes  höheres Wasservolumen, dadurch höherer Energiebedarf, schnellere Wasserabkühlung durch zu häufige Zirkulation, höhere  Warmwasser-Temperatur aufgrund eines möglicherweise zu kleinen Heizregisters)

• mangelnde Effizienz einer Solarthermieanlage im Winter

gelten m.E. gleichermaßen auch für alle mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizungen (ich kann z.B. aus baulichen Gründen keinen anderen Pufferspeicher bei uns installieren). Sie mögen zwar bei der Wärmepumpe aufgrund deren spezifischer Eigenschaften eine andere Auswirkung haben, aber auch bei mit fossilen Brennstoffen betriebenen Heizungen können diese Aspekte den Energiebedarf und damit die Kosten negativ beeinflussen.

Zum Punkt Energie-Cockpit: ja, ist bei mir verfügbar und die zu hohen Werte sind mir auch schon aufgefallen. Aber bei meinen Entscheidungen verlasse ich mich ohnehin nur auf die Physik, auch wenn meine diesbezüglichen Kenntnisse möglicherweise etwas eingerostet sind. 

Zu Deinen Punkten im Einzelnen:

1. FriWa-Modul und Heizregistergröße

Für die Dimensionierung des erforderlichen zu beheizenden Warmwasservolumens ist m.E. der Heißwasserverbrauch beim Duschen die kritische Größe Mein für die Warmwasseraufbereitung verwendbares Pufferspeicher-Volumen beträgt 120 Liter. Dies reicht bei der eingestellten Warmwasser-Temperatur und Ein-/Ausschalt-Hysteresen für die Aufheizung genau für die in meinem Haushalt nacheinander Duschenden bis zu 4 Personen (regelmäßig 3), ohne das diese zwischen durchwarten müssen, bis das Speicherwasser wieder aufgeheizt ist.

Dies war bei meiner bisherigen Gasheizung schon so (das FriWa-Modul nutze ich wie geschrieben bereits seit 15 Jahren) und hat sich nicht geändert. Aus meiner Sicht hat das Heizregister damit exakt die richtige Größe. Für die übrige "normale" Warmwassernutzung hat das Heizregister ohne seit 15 Jahren klaglos gereicht.

2. FriWa-Modul und aufzuheizende Wassermenge 

Die Alternative zum Frischwassermodul ist der Brauchwasserspeicher. Beim Duschen benötigst Du nach mir zugänglichen Quellen zwischen 30 und 80 Litern Warmwasser je Duschvorgang - abhängig von Duschdauer und Duschkopf. Das ergibt sich dadurch, dass ein handelsüblicher Duschkopf zwischen 12 und 15 Liter Wasser pro Minute durchlässt. Bei modernen Duschköpfen sind es etwa 10 Liter. Bei angenommener Duschdauer von 5 Minuten beträgt der Warmwasserverbrauch allein für die Duschvorgänge mithin 50 Liter Wasser pro Duschgang, für regelmäßig 3 Personen also 150 Liter, die in jedem Falle wieder aufgeheizt werden müssen, da die Auffüllung des Brauchwasserspeichers ja mit kaltem Wasser erfolgt. Unter diesen Annahmen sehe daher hinsichtlich der zu beheizenden Wassermenge grundsätzlich keine zu geringes Volumen bei meiner FriWa-Pufferspeicherlösung.

3. Energiebedarf für Aufheizung 

Die im Pufferspeicher zur Nutzung des Frischwasser-Moduls vorzuhaltende Temperatur muss laut Herstellerangaben 5 Grad über der gewünschten eingestellten maximalen Wassertemperatur liegen. Ich komme tatsächlich aber mit 3 Grad aus (auch das spricht m.E. gegen die These eines zu kleinen Heizregisters). Die Einschalt-Hysterese für die Speicherwasser-Beheizung beträgt 4,5 Grad, die Ausschalthysterese 0 Grad. Damit habe ich je Aufheizvorgang 120 Liter um 4,5 Grad aufzuheizen.

Bei "normalem",d.h. durchschnittlichen Warmwasserverbrauch (inkl. nicht täglichen Duschvorgänge) von regelmäßig 3 Personen komme ich mit thermischer Zirkulation zwischen 6:00 Uhr und 22:00 Uhr auf durchschnittlich 3 Aufheizvorgänge für das Pufferspeicherwasser pro Tag.

Wenn mich meine Physikkenntnisse nicht gänzlich im Stich lassen, ist die Ausgangs- und Ziel-Temperatur für den Energiebedarf bei der Wassererwärmung irrelevant; es kommt rein auf die Temperatur-Differenz an: Für die Aufheizung pro 1000 Liter Wasser um 1 Grad benötigt man 1,16 KW/h. Für 120 Liter mithin 0,14 KW/h. Für die Erwärmung von 120 Liter Pufferspeicherwasser um 4,5 Grad benötige ich - nach der einmaligen Erstaufheizung - mithin 0,63 KW/h, bei 3 Aufheizvorgängen pro Tag 1,89 KW/h. 

Bei einem Brauchwasserspeicher (eine andere realistische Alternative sehe ich nicht) muss ich auf den durchschnittlichen Warmwasserverbrauch pro Kopf und Tag abstellen, weil hier ein tatsächlicher Warmwasserverbrauch zugrunde gelegt werden muss (bei der Frischwassermodul-Variante ist das aufzuheizende Warmwasservolumen (Speicherwasser) bei durchschnittlichem Warmwasserverbrauch konstant). Für den Vergleich halte ich folgende Annahmen für angemessen:

• Thermische Bedingungen (Temperaturverlust, Aufheizvorgänge pro Tag, thermische Zirkulation) sind vergleichbar

• "normaler" Warmwasserverbrauch pro Tag identisch

• Durchschnittlicher Warmwasserverbrauch pro Person pro Kopf pro Tag 30-45 Liter (inkl. Körperpflege); Annahme Mittelwert = 37,5 Liter, d.h. bei regelmäßig 3 Personen 112,5 Liter pro Tag

• ebenfalls 3 Aufheizvorgänge pro Tag - allerdings mit unterschiedlichen Temperaturdifferenzen, vgl. unten)

• identische Einschalt-/Ausschalthysteresen (d.h. 4,5 Grad Temperaturdifferenz zur Temperaturerhaltung)

• Kaltwasser-Temperatur: 9 Grad

• Zieltemperatur (unter Berücksichtigung der der Legionellen-Vorbeugung): 60 Grad einmal pro Tag; ansonsten 50 Grad (generelle Annahme in den mir zugänglichen Quellen)

Das bedeutet bei 3 Aufheizvorgängen pro Tag

• 1 mal 112,5 Liter um 41 (50 minus 9) Grad aufheizen: 5,37 KW/h (Erstaufheizung der Brauchwasserspeicher--Auffüllung mit kaltem Wasser)

• 1 mal 112,5 Liter um 10 Grad (60 minus 50) aufheizen: 1,13 KW/h (Legionellenvorbeugung)

• 1 mal 112,5 Liter um 4,5 Grad aufheizen: 0,59 KW/h (Temperaturerhaltung)

insgesamt mithin 7,09 KW/h gegenüber 1,89 KW/h bei meiner FriWa-Lösung.

4. Zirkulation

Ich nutze wie gesagt zwischen 6 und 22:00 Uhr eine thermische Zirkulation. Beim Speicherwasser verliere ich pro Stunde dabei etwa 0,75 Grad (4,5 Grad nach etwa 6 Stunden bei Zirkulation und normalem Warmwasserverbrauch). In der Nacht ist die Zirkulation unterbrochen; der Temperaturverlust beim Speicherwasser beträgt in dieser Zeit (8 Stunden) etwa 4 Grad (ohne Zirkulation und Verbrauch), d.h. 0,5 Grad pro Stunde. Ohne Zirkulation würde der Trinkwasserverbrauch in meinem Haus allerdings signifikant höher liegen, da ich lange Wasser laufen lassen muss, bis das Wasser aus dem Hahn heiß genug ist (aus dem Keller bis in den 1. Stock). Eine Alternative würde die Zirkulation auf Anforderung (d.h. nur bei laufenden Wasser) bedeuten. Hier muss ich immer noch einige Zeit auf heißes Wasser aus dem Hahn warten, wenn auch nicht so lange.

Da ich Trinkwasser als noch kritischere Ressource als Energie (Strom) einschätze habe ich mich aufgrund des nur geringfügig hören Temperaturverlustes (0,25 Grad pro Stunde, wovon ein Teil auch die fehlende Verbrauchsentnahme in diesem Zeitraum fällt) für die Beibehaltung der thermischen Zirkulation während des Tages entschlossen. Aber das ist m.E. eine individuelle Abwägung.

5. Solarthermie

Ich kenne die Diskussion um die Sinnhaftigkeit der Solarthermie insgesamt und gerade im Zusammenwirken mit einer Wärmepumpe. Ich habe mir die Solarthermie-Anlage im übrigen ausschließlich für den Sommer installiert (die Wärme im Winter nehme ich gerne als kleines "Zubrot"). Schon zu Zeiten meiner Gasheizung habe ich 15 Jahre lang die Heizung von Mai bis September (je nach Witterung) komplett abgeschaltet; lediglich die Warmwassererwärmung blieb aktiviert. Die Solarthermieanlage hat bei ausreichender Sonnenscheindauer den komplette Pufferspeicher (750 Liter) mindestens auf über 75 Grad, i.d.R. sogar über 80 Grad aufgeheizt, D.h. selbst bei Perioden von mehreren Tagen ohne Sonnenschein (3 Tage komplett ohne Sonnenschein hält er in jedem Fall durch) habe ich den Gasbrenner auch nicht für die Warmwasseraufbereitung benötigt, mithin also tage- oder meist wochenweise gar nicht (und wenn, dann auch nicht 3 mal am Tag)! Bei der Wärmepumpe wird ebenfalls die Heizfunktion in den Sommermonaten deaktiviert sein, d.h. ich erwarte je nach Wetter  tageweise oder wochenweise keinen Stromverbrauch auch für Warmwasser.

Warum soll das nachteilhaft sein? Die Pumpleistung für die Solarpumpe verbracht auf jeden Fall weniger Strom als die Wärmepumpe.

Fazit: Ich sehe in der Tat die von Dir als kritisch angemerkten Punkte deutlich anders. Sollte ich Denkfehlern unterliegen, lass es mich bitte wissen. 

Let's discuss.

[Rudi_]

Frischwasserstation und WP:
Ich vermute mal, die Anmerkung war, weil die FriWa nahezu keinen Vorrat hat und damit sofort zum Einschalten der WP führt. Die Diskussion zur Schaltzyklen einer WP ist sicher bekannt.

Zirkulation:
Eine durchgehend laufende Zirkulation, auch wenn es nicht den ganzen Tag ist, verbraucht unnötig Energie.
Um hier Abhilfe zu schaffen gibt es Optionen:
Zum einen kann das Einschalten der Zirkualtionspumpe ferngesteuert werden. Dafür hat die 250-A Inneneinheit einen Schalteingang. Die Pumpe läuft dann für einen voreingestellten Zeitraum.
Es bedarf dazu Tastschalter, die diese Funktion auslösen. Auch möglich über entsprechende Module und zugehörige Apps.
Wir haben schon vor 30 Jahren derartige Taster in der Hausinstallation in Bad und Küche usw. mit eingeplant und zeitdem in Nutzung. Die Wartezeiten sind Gewöhnungssache bzw. Anpassung der Abläufe.

Zum anderen:
Eine Zirkulationspumpe, die die Temperatur des zirkulierenden Wassers misst und bei ereichter Temperatur abschaltet. Nach Absinken wird wieder automatisch eingeschaltet. z.B. Vortex Blue One BW 155 ERT

Solarthermie:
Vor Jahren wollte ich eine Anschaffen: Kommentar meines HB: Rechnet sich nie, da gehört viel Umweltidealismuss zu um sich das aufs Dach zu holen.
Wenn sie sowieso da ist, auch gut.
Heute würde ich niemals Solathermie einbauen. Besser eine ordentliche PV und einen Speicher, der über ein elektr.  Heizelement per PV-Strom beheizt wird.

Soweit meine Anmerkungen/Anregungen; eine Detaildiskussion werde ich nicht führen

Gruß rudi

[millih2g]

Hi,

danke für die Anmerkungen - und nur der Vollständigkeit halber: mit thermischer Zirkulation ist genau das gemeint, was Du beschrieben hast. Mein FriWa-Modul misst jeweils die Temperatur des zirkulierenden Wassers und schaltet bei Erreichen der eingestellten Solltemperatur ab. Die Auslösetemperatur für den Zirkualtionsstart liegt auf der geringsten am Modul einstellbaren Temperatur. Ein Zirkulationslauf dauert max. 30 Sekunden (morgens der erste natürlich etwas länger). 

Bezüglich der Solarthermie-Anlage: Hier scheiden sich in der Tat die Geister; ich hab dadurch halt im Sommer eine Menge Gas gespart. Ob sich das finanziell gerechnet hat, habe ich nie nachgerechnet. Insofern kommt die Bezeichnung „Umweltidealismus“ wohl ziemlich dicht an die Wahrheit heran. Allerdings erhoffe ich mir jetzt dadurch zumindest eine Reduktion der Verdichterstarts, wenn (hoffentlich) das Speicherwasser  tage- oder gerne auch wochenweise ausschließlich durch die Sonne erwärmt wird. Und das wäre ja immerhin auch etwas.

Und nur zu meiner Ehre sei angemerkt: ich habe seit 15 Jahren tatsächlich auch noch eine PV-Anlage auf dem Dach - allerdings noch ohne Batterie, weil die Einspeisung nach EEG immer noch finanziell attraktiver ist (42 Cent pro KW/h) insbesondere jetzt nach dem Entfall der Einkommensteuerpflicht für die EEG-Vergütung. Der Platz für die Batterie (in 4,5 Jahren) ist aber schon reserviert… Bin halt „Überzeugungstäter“…

Grüße und schönen Abend. 

[Rudi_]

Wärmepumpe und Solargestützte Batterie:
https://www.heise.de/hintergrund/Studie-Solarversorgung-der-Waermepumpe-Wie-sinnvoll-eine-Batterie-w...

Ich fass es mal kurz zusammen: Lohnt sich dafür nicht.
Wenn man die Batterie braucht, in den Wintermonaten, dann liefert die PV nicht genug um Reserven zu schaffen.
Für die Übergangzeit und den Sommer gibt es bessere Lösungen (u.a. Heizstab).

Dann noch das, im wesentlichen für neue PV-Anlagen:
https://www.heise.de/news/Bundestag-beschliesst-Solarspitzengesetz-zahlreiche-Aenderungen-fuer-PV-Be...

gruß rudi

[millih2g]

Na, da hab ich ja alles „richtig“ gemacht… PV-Strom wird 2029 auf Eigennutzung umgestellt - inkl. Unterstützung meines E-Autos und einiger anderer zusätzlicher „Sonderverbraucher“ ;)… Smart Meter inkl. Kommunikationsmodul habe ich schon und meine PV-Anlage hat „nur“ 4,9 KWp…Ärgerlich ist nur, dass ich meinen Zählerschrank auf den neuesten Standard umbauen muss (das freut nur das Portemonnaie meines Elektrikers)… aber in 4,5 Jahren fließt ja noch viel Wasser die Leine herunter…

Danke für Deine Tips. Schönes Wochenende

P.S.: Heute hat meine Solarthermie-Anlage das erste Mal deutliche Spuren in der Verbrauchskurve hinterlassen 🙂