Mehr Solarwärme, weniger Wärmepumpenstrom
Bestandsretrofit mit LINK3 COMFORTLINK-Sun
Die effiziente Kopplung von Solarthermie und Wärmepumpen stellt eine zentrale Herausforderung dar und bietet zugleich ein großes Potenzial für die Wärmewende im Gebäudebestand. Während Wärmepumpen bei niedrigen Vorlauftemperaturen besonders effizient arbeiten, ermöglicht Solarthermie die direkte Bereitstellung von Wärmeenergie nahezu ohne elektrischen Einsatz. Entscheidend für die Systemeffizienz ist dabei nicht allein die installierte Kollektorfläche, sondern insbesondere die hydraulische und thermische Integration beider Systeme. Das vorliegende Praxisprojekt zeigt exemplarisch, wie durch den Einsatz eines LINK3-Kombispeichers COMFORTLINK-Sun hohe solare Ausnutzungsgrade erreicht und gleichzeitig der Strombedarf der Wärmepumpe signifikant reduziert werden können.
Ausgangssituation und energetische Entwicklung
Das untersuchte Wohngebäude, errichtet 1847, wurde über mehrere Jahrzehnte schrittweise modernisiert. Bereits in den 1990er-Jahren wurde der erste Schichtenspeicher zusammen mit 5,9 m² Vakuumkollektoren inklusive Heizungsregelung installiert. Diese führte zu einer Reduktion des Heizölverbrauchs von rund 4570 Litern auf etwa 3065 Liter pro Jahr. Durch weitere Sanierungsmaßnahmen wie Fenstertausch und Dämmung konnte der Verbrauch weiter auf ca. 2830 Liter jährlich gesenkt werden. Die Heizungsanlage arbeitete bereits mit relativ niedrigen Vorlauftemperaturen im Bereich von 39 bis 54 °C und profitierte von einem bestehenden Schichtenspeicher. Mit der vollständigen Systemumstellung im Jahr 2025 erfolgte der Wechsel auf ein erneuerbares Gesamtsystem bestehend aus:
• Luft/Wasser-Wärmepumpe (Lambda EU13L) • Solarthermieanlage aus dem Bestand mit 5,9 m² Vakuumröhrenkollektoren Typ SYDNEY SK-6 von microtherm • COMFORTLINK-Sun-Speicher, 900 l Inhalt • Photovoltaikanlage mit 16,5 kWp • Batteriespeicher mit 10 kWh
Die Heizkosten konnten dadurch von ca. 2.800 € auf rund 1.270 € pro Jahr reduziert werden, was einer Einsparung von etwa 55 % entspricht. Gleichzeitig liegt die spezifische Heizlast des Gebäudes bei etwa 12 kW bzw. 32 W/m². Außerdem wurde der bestehende Öl-Lagerraum zum neuen Heizraum und Bad umgebaut. Der alte Heizraum wurde zum Trockenraum für Wäsche. Somit wurde neben der energetischen Performance inklusive sehr hoher CO2-Einsparungen auch noch Wohnfläche dazugewonnen.
Systemkonzept und hydraulische Integration
Das zentrale Element der Anlage ist der COMFORTLINK-Sun-Kombispeicher, der mehrere Funktionen in einem Bauteil vereint:
• Schichtenspeicher mit definierter Temperaturzonierung • integrierter Gegenstrom-Wärmetauscher für Solarthermie • Frischwasserbereitung im Durchlaufprinzip ebenso mit integriertem Gegenstrom-Wärmetauscher • hydraulischer Nullpunkt für alle Kreise • integriertes Ausdehnungsgefäß
Die gesamte Verrohrung erfolgt über den Speicherboden. Dadurch werden thermische Verluste durch Kamineffekte minimiert und unerwünschte Eigenzirkulationen verhindert. Gleichzeitig ermöglicht dies eine sehr kompakte und saubere Installation. Die Anlage arbeitet mit zwei gemischten Heizkreisen mit Vorlauftemperaturen von 33 bis 45 °C, was ideale Bedingungen für den Wärmepumpenbetrieb schafft. Die Warmwasserbereitung erfolgt bei nur 48 °C – dies wird durch die große Tauscherfläche von 7,4 m² ermöglicht.
Ursachen für hohe solare Ausnutzungsgrade
Die hohen solaren Deckungsanteile resultieren aus mehreren ineinandergreifenden Effekten.
1. Tiefenentladung des Speichers: Durch die Frischwasserbereitung im Gegenstromprinzip wird der Speicher bis nahe an die Kaltwassertemperatur entladen. Dadurch entsteht ein großes Temperaturgefälle zwischen Speicher und Kollektor, was den Solarertrag deutlich erhöht.
2. Stabile Schichtung (Laminarstromkonzept): Der Speicher ist in mehrere turbulenzentkoppelte Zonen unterteilt. Schichttrennplatten verhindern Durchmischung und sogenannte Walzenbildung. Dadurch bleiben niedrige Temperaturen im unteren Bereich erhalten – eine zentrale Voraussetzung für hohe Solarerträge.
3. Hydraulischer Nullpunkt: Alle Erzeuger- und Verbraucherkreise sind hydraulisch entkoppelt. Dadurch werden unerwünschte Temperaturvermischungen und Volumenstromkonflikte vermieden.
4. Große Tauscherflächen: Mit 3,7 m² Solarwärmetauscherfläche und 7,4 m² Warmwassertauscherfläche steht ausreichend Übertragungsfläche zur Verfügung, um auch bei niedrigen Temperaturdifferenzen hohe Leistungen zu erzielen.
Betriebsverhalten und Optimierung
Die praktische Betriebsführung zeigt die Vorteile der Systemarchitektur deutlich. Ein zentrales Thema ist das Abtauverhalten der Wärmepumpe. Bei ungünstigen Witterungsbedingungen wie Nebel oder Eisregen konnte durch Anpassung der Fühlerposition im Speicher das nutzbare Puffervolumen erhöht werden. Dadurch wurde der Einsatz des elektrischen Heizstabs deutlich reduziert. Zudem ermöglicht die flexible Fühlerpositionierung eine gezielte Anpassung der Speicherbewirtschaftung. Dies erlaubt eine Optimierung sowohl für Heizbetrieb als auch Warmwasserbereitung. Ein weiterer Vorteil ergibt sich aus dem großen Speichervolumen von 900 l gegenüber zuvor 550 l. Die Wärmepumpe muss Warmwasser nur noch einmal täglich erzeugen, das reduziert die Taktung und verbessert die Jahresarbeitszahl.
Monitoring und energetische Bewertung
Die Monitoringdaten zeigen deutlich die Interaktion zwischen Solarthermie und Wärmepumpe. Im Tagesverlauf steigt die Kollektortemperatur insbesondere in den Mittagsstunden Ende März auf Werte von etwa 60 bis 70 °C an. Gleichzeitig bleiben die Vorlauftemperaturen der Heizkreise im niedrigen Bereich stabil. Dies bedeutet, dass die Solarthermie aktiv Wärme in das System einspeist und die Wärmepumpe entlastet. In diesen Phasen reduziert sich die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe deutlich oder sie schaltet zeitweise vollständig ab. Energetisch lässt sich dies wie folgt interpretieren:
• direkte Substitution von Wärmepumpenarbeit durch Solarenergie • Reduktion des Temperaturhubs der Wärmepumpe • Verbesserung der Jahresarbeitszahl
Die Kombination mit einer Photovoltaikanlage verstärkt diesen Effekt zusätzlich, da ein Teil des verbleibenden Strombedarfs eigenständig gedeckt wird. Folgendes Bild zeigt den originalen Monitoring-Screenshot der Wärmepumpenregelung mit überlagerten Temperaturverläufen mehrerer Systemkomponenten über einen Tageszeitraum.
Dargestellt sind unter anderem die Kollektortemperatur der Solarthermieanlage, die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe, die Soll- und Istwerte der Heizkreise sowie verschiedene Speichertemperaturen. Die farblich codierten Kurven ermöglichen eine gleichzeitige Analyse der thermischen Interaktion zwischen den einzelnen Systemkomponenten.
Auffällig ist der deutliche Anstieg der Kollektortemperatur (gelbe Kurve) im Tagesverlauf, insbesondere im Zeitraum um die Mittagsstunden. Hier werden Temperaturen von ca. 70 °C erreicht. Gleichzeitig bleibt die Vorlauftemperatur der Wärmepumpe (blaue Kurve) vergleichsweise stabil im Bereich von etwa 35 bis 45 °C. Diese Differenz zeigt, dass die Solarthermieanlage in den sonnenreichen Phasen aktiv Wärme auf einem höheren Temperaturniveau bereitstellt und in den Speicher einspeist. Dadurch wird die Wärmepumpe entlastet, da sie weniger Energie für Warmwasser und Heizung bereitstellen muss. Insgesamt verdeutlicht die Darstellung die effektive Zusammenarbeit von Solarthermie und Wärmepumpe sowie die Bedeutung einer funktionierenden Schichtung im Speicher für einen effizienten Anlagenbetrieb.
Fazit
Das dargestellte Projekt zeigt eindrucksvoll, dass hohe solare Ausnutzungsgrade im Gebäudebestand vor allem durch eine optimierte Speicherhydraulik erreicht werden können. Der COMFORTLINK-Sun von LINK3 vereint zentrale Effizienzmechanismen in einem System:
- Gegenstrom-Wärmetauschertechnik
- konsequente Schichtung
- hydraulische Entkopplung
- große Speicherkapazität