Wärmepumpe und Solarthermie

Die Kombination von Solarthermie mit einer Wärmepumpe kann zwei bedenkenswerte Folgen haben: Zum einen wird der Wirkungsgrad der solarthermischen Anlage erhöht, zum anderen erreicht die Wärmepumpe - stromsparend - eine höhere Arbeitszahl.

Beispiel A: Solarthermische Anage mit zwei Pufferspeichern in Reihe geschaltet. Bei 40° im Kollektor und 35° im Puffer unten schaltet der Regler den solaren Zufluss ab. Im skizzierten Beispiel sind zwei Puffer in Reihe geschaltet, im Beispiel A ohne, im Beispiel B mit Wärmepumpe versehen.Der kühlere Puffer im Fall A empfängt bei 35° unten keine Wärme vom Dach mehr; die Differenz zu den dort verfügbaren 40° ist zu gering.

Eine Wärmepumpe, die ausschließlich mit dem kühlen Puffer verbunden ist und nur von dort ihre Quelltemperatur bezieht, stellt den Vorlauf für die Unterstützung der Heizung und Warmwasserbereitung her. Der Rücklauf gelangt über die Wärmepumpe zurück in den kühlen Puffer. Dieser bezieht gegebenenfalls die höhere Puffertemperatur im oberen Bereich aus dem - heißeren - Solardach.

Beispiel B: Die gleiche Anlage, ergänzt um eine Wärmepumpe, verbunden nur mit dem kühleren Puffer, ergibt in vergleichbarer Situation nur 20° im Puffer unten: Der Regler lässt die Zufuhr warmer Solarflüssigkeit zu bis die Temperatur im Kollektor auf 25° gesunken ist. Wechselseitige Synergien

Diese Anordnung hat zwei Vorteile. Zum einen wird im unteren Bereich des kühlen Puffers die Temperatur stärker verringert als wenn der Rücklauf direkt in diese Zone gespeist würde. Dadurch kann der Puffer stärker entladen werden, entsprechend mehr Sonnenwärme kann vom Dach nachgeliefert werden, denn die höhere Temperaturdifferenz zwischen dem Solardach und dem Puffer unten steigert die Ernte der Sonnenwärme. Die höhere Temperatur wird an der passenden Stelle der beiden Puffer eingeschichtet. Diese Betriebsweise erhöht den solaren Wirkungsgrad der solarthermischen Anlage. Die Ernte kann morgens früher beginnen und abends länger anhalten.

Nur für sich betrachtet, leistet eine solarthermische Anlage bei demselben Verbrauch an Elektrizität das Vielfache dessen, was eine geothermische Wärmepumpe, ebenfalls auf sich gestellt, zu leisten vermag. Erhöhte Jahresarbeitszahl

Darüber hinaus ergeben der solare Beitrag zum Puffer sowie die Erstnutzung des Rücklaufs durch die Wärmepumpe eine doppelte Wirkung für den Beitrag der Wärmepumpe. Zum einen bezieht sie aus dem Puffer eine höhere Quelltemperatur als es aus dem Erdreich möglich wäre. Somit steigt ihre Arbeitszahl auf AZ = 5. Das ist bereits eine nennenswerte Steigerung gegenüber der AZ = 3,5, die in der Regel aus dem Erdreich erzielt wird und als Mindestforderung für energieeffiziente Wärmepumpen gilt. Wissenswert ist dabei, dass eine AZ = 4 bei Erdreich-Wärmepumpen in vielen Fällen  zwar rechnerisch nachweisbar ist, in der Praxis aber nicht erreicht wird, bei Grundwasser-Wärmepumpen noch seltener und bei Luft-Wärmepumpen nie.

Insgesamt kann eine Erhöhung des Solarertrags von 30 bis 35 Prozent erzielt werden, verglichen mit einer rein solarthermischen Anlage. Allerdings liegt auf der Hand, dass sich die Einsparungseffekte gegenseitig aufheben, wo im Wärmehaushalt zu wenig Bewegung geschieht. Die hier beschriebene Anordnung einer Kombination aus Solarthermie und Wärmepumpe eignet sich daher für größere MFH und für den Mietwohnbau, wo zahlreiche Bewohner mit unterschiedlichen Bedürfnissen viel Bewegung verursachen. In Betracht kommen auch Funktionsgebäude mit ähnlich dynamischen Verhältnissen.