Ein Holzvergaser lässt sich mit einer Wärmepumpe kombinieren, und die Kombination arbeitet am besten, wenn die Wärmepumpe den größten Teil des Jahres trägt und der Holzkessel nur noch bei Frost und hohem Bedarf einspringt. Beide Maschinen verlangen allerdings gegensätzliche Wassertemperaturen. Der Kessel will heißes Wasser im Pufferspeicher, die Wärmepumpe wird mit jedem Grad Vorlauf teurer. Ob das gelingt, entscheidet nicht das Gerät, sondern die Hydraulik dazwischen.
Ein Zahlenbeispiel zeigt die Größenordnung. Ein Haus mit 8 Kilowatt Heizlast bei minus 12 Grad Außentemperatur und 12.000 Kilowattstunden Jahreswärme bekommt eine Wärmepumpe mit 6 Kilowatt. Unterhalb von minus 4 Grad reicht diese Leistung nicht mehr, und in Mitteldeutschland entfallen auf diese Kältetage grob acht Prozent der Wärme. Das sind etwa 960 Kilowattstunden, die der Holzkessel liefern müsste, in Brennstoff gerechnet gut 300 Kilogramm Hartholz.
Ein bestehender Kessel mit großem Füllraum arbeitet dafür deutlich überdimensioniert, und genau darin liegt der Haken der Kombination. Sein Nennwert von 20 oder 25 Kilowatt wird nie gebraucht, gebraucht werden 2 bis 3 Kilowatt über der Leistung der Wärmepumpe. Ein Speicher von 1.000 Litern nimmt bei 40 Kelvin Spreizung gut 46 Kilowattstunden auf, und das entspricht gut einem Viertel eines Heiztags bei minus 10 Grad. Die folgenden Abschnitte klären, wo die Grenze zwischen beiden Maschinen verläuft, wie der Speicher beide verbindet und wann sich der Aufwand nicht lohnt.
Welche Last die Wärmepumpe trägt und was für das Holz bleibt
Die Heizlast sinkt linear mit der Außentemperatur. Im Beispielhaus gilt: 8 Kilowatt geteilt durch 32 Kelvin Temperaturdifferenz ergibt 0,25 Kilowatt je Grad. Bei 20 Grad Innentemperatur und minus 4 Grad außen sind es 24 Kelvin und damit genau die 6 Kilowatt der Wärmepumpe. Dieser Schnittpunkt heißt Bivalenzpunkt. Darunter deckt die Wärmepumpe nur einen Teil, den Rest liefert der Kessel, im parallelen Betrieb gleichzeitig, im alternativen Betrieb statt ihrer.
Zieht die Wärmepumpe über das Jahr 11.040 Kilowattstunden und erreicht eine Jahresarbeitszahl von 3,3, braucht sie rund 3.350 Kilowattstunden Strom. Der Rest von 960 Kilowattstunden geht bei einem Kesselnutzungsgrad von 75 Prozent mit 1.280 Kilowattstunden Holzwärme in die Rechnung ein. Das Ergebnis überrascht, weil es den Holzkessel zur Reserve macht: Der Kessel läuft nur an wenigen Tagen, an diesen Tagen aber lange. Ein Tag mit minus 8 Grad verlangt im Beispielhaus 0,25 mal 28, also 7 Kilowatt. Davon trägt die Wärmepumpe bei verminderter Leistung etwa 5 Kilowatt, der Kessel gibt 2 Kilowatt dazu. Das sind 168 Kilowattstunden Wärme pro Tag, von denen 48 aus Holz stammen. Das ist für einen Holzvergaser sogar vorteilhaft, denn volle Füllungen mit hoher Leistung verbrennen sauberer als Teillast. Beim Anheizen nur im Frost gilt dagegen, dass er zwischen den Einsätzen wochenlang kalt steht und jeder Start mit kaltem Brennraum beginnt.
Der Pufferspeicher als Schaltstelle zwischen zwei Temperaturwelten
Die Wärmepumpe lädt den unteren und mittleren Bereich des Speichers auf 35 bis 50 Grad, der Holzkessel schiebt die gesamte Wassersäule auf 80 Grad und mehr. Beide Wärmeerzeuger an einen gemeinsamen Anschluss zu hängen, verträgt sich nicht. Standardgeräte begrenzen ihren Vorlauf auf etwa 55 bis 65 Grad, und ein 75 Grad heißer Speicher schaltet die Wärmepumpe über den Hochdruckwächter ab. Dazu kommt, dass der Verdichter einen kühlen Rücklauf braucht, um seine Wärme loszuwerden. Liegt der Rücklauf bei 60 Grad, fehlt dem Kältekreis das Gefälle.
Zwei Wege führen aus dem Problem. Der erste ist ein Schichtenspeicher mit getrennten Anschlüssen: Die Wärmepumpe arbeitet im unteren Drittel, der Kessel im oberen Teil, und ein Fühler in der Mitte sperrt die Wärmepumpe, sobald der Speicher über etwa 50 Grad aufgeheizt ist. Der zweite Weg ist ein zweiter, kleiner Speicher nur für die Wärmepumpe, den der Heizkreis bevorzugt entnimmt. Er kostet Platz, entkoppelt aber die beiden Temperaturwelten vollständig. Entscheidend bleibt die Einbindung des Kesselrücklaufs: Kaltes Wasser vom Speicherboden darf nicht ungemischt in den Kessel strömen, sonst kondensieren Teer und Säure am Wärmetauscher. Eine Rücklaufanhebung mischt heißes Vorlaufwasser bei, bis der Rücklauf deutlich über 55 Grad liegt. Diese Anhebung muss auch dann arbeiten, wenn die Wärmepumpe den unteren Speicherbereich gerade kühl hält, und deshalb sitzt der Kesselanschluss besser oberhalb der Wärmepumpenzone.
Wann das Holz die Wärmepumpe eher stört
Eine Wärmepumpe verliert an Effizienz, sobald der Vorlauf steigt. Als Näherung gilt für die Leistungszahl etwa das 0,42 fache des theoretischen Wertes aus absoluter Vorlauftemperatur geteilt durch den Temperaturhub. Bei 0 Grad Außentemperatur und 35 Grad Vorlauf ergibt das 0,42 mal 308 geteilt durch 35, also 3,7. Bei 65 Grad Vorlauf, wie ihn alte Heizkörper verlangen, sind es nur noch 0,42 mal 338 geteilt durch 65, also 2,2. Für 8 Kilowatt Wärme braucht die Wärmepumpe dann 3,6 Kilowatt statt 2,2 Kilowatt elektrisch.
Diese Rechnung erklärt, wann sich die Kombination eher lohnt: Im Altbau mit hohem Vorlauf bleibt die Wärmepumpe lange teuer, und der Kessel übernimmt früh. Im Neubau mit Fußbodenheizung bei 30 Grad Vorlauf, wo die Leistungszahl nach der gleichen Näherung bei 0 Grad Außentemperatur sogar 4,2 erreicht, reicht die Wärmepumpe fast immer allein, und der Holzkessel wird zum teuren Ballast mit Wartung und Schornsteinfeger. Wärmepumpe und Kessel teilen sich außerdem Wartung, Versicherung und Platz im Heizraum, und beides kostet. Welche Brennholzmenge ein Haushalt im Jahr verbraucht, ist ein eigenes Thema und steht im Beitrag Holzbedarf eines Holzvergasers pro Jahr, und wie lange eine Füllung hält, im Beitrag Nachlegeabstand und Füllmenge beim Holzvergaser. Folgende Punkte entscheiden über Sinn oder Aufwand:
- Vorlauftemperatur der Heizkörper bei Normaußentemperatur, unter 45 Grad spricht alles für die Wärmepumpe allein
- Vorhandener Holzkessel mit Restlebensdauer, dann entfällt der Neukauf
- Eigenes Holz oder günstiger Bezug von Brennholz, sonst bleibt Strom meist günstiger
- Platz für zwei Speicher oder einen großen Schichtenspeicher
- Bereitschaft, im Winter regelmäßig anzuheizen
Regelung und Vorrang im Betrieb
Zwei Regler an einer Heizung führen schnell zu Streit. Der Kessel schaltet seine Ladepumpe nach Abgastemperatur, die Wärmepumpe nach Pufferfühler und Heizkurve. Wird beides unabhängig betrieben, lädt die Wärmepumpe einen Speicher, den der Kessel kurz darauf auf 80 Grad bringt, und schaltet dann in die Störung. Ein potentialfreier Eingang an der Wärmepumpe, den der Kessel mit seinem Betriebskontakt schaltet, löst das Problem: Brennt das Holz, ruht die Wärmepumpe, und sie startet erst wieder, wenn der Speicher unter eine feste Grenze gefallen ist.
Warmwasser verdient eine eigene Überlegung. Im Sommer liefert die Wärmepumpe es mit einer Leistungszahl um 3, der Holzkessel müsste dafür täglich anheizen und verbrennt wenig Holz bei großem Verlust. Der Kessel sollte im Sommer deshalb gesperrt bleiben, und sein Speicherteil lässt sich dann ganz der Wärmepumpe überlassen. Auch ein Stromausfall trifft beide Maschinen: Holzvergaser mit Saugzuggebläse brauchen Strom, die Kombination macht also nicht unabhängig, nur flexibler beim Brennstoff. Vorlauf, Hysterese und Freigabe lassen sich am Ende nur durch eine Winterbeobachtung einstellen, nicht am Schreibtisch. Hilfreich ist ein einfaches Protokoll mit Speichertemperatur oben, Mitte und unten, jeden Abend notiert über zwei Wochen. Daraus ergibt sich, wo die Fühler sitzen müssen, und ob die Sperrgrenze von 50 Grad zu hoch oder zu niedrig liegt.
