Eine zweistufige Wärmepumpe überwindet einen großen Temperaturhub in zwei aufeinander abgestimmten Verdichtungs- oder Kältekreisstufen. Dadurch lassen sich hohe Nutztemperaturen oder anspruchsvolle Betriebsbereiche technisch besser beherrschen. Der Begriff wird jedoch nicht einheitlich verwendet und darf nicht mit einer modulierenden Wärmepumpe, einer Kaskade aus zwei Geräten oder einem zweistufig schaltenden Verdichter verwechselt werden.
Zweistufig kann zwei Verdichtungsstufen in einem Kältekreis oder zwei gekoppelte Kältekreise bedeuten.
Die Technik eignet sich vor allem für große Temperaturhübe und hohe Nutztemperaturen.
Sie ist nicht automatisch effizienter als jede einstufige Wärmepumpe.
Für normale Wohngebäude ist häufig eine modulierende Standardwärmepumpe ausreichend.
Hohe Vorlauftemperaturen sollten nicht als Ersatz für eine sorgfältige Prüfung von Heizflächen und Heizlast dienen.
Herstellerdaten müssen immer für den konkreten Betriebspunkt verglichen werden.
Bei einer zweistufigen Wärmepumpe wird die Druck- und Temperaturerhöhung auf zwei Stufen verteilt. Technisch gibt es mehrere Ausführungen. Deshalb ist bei Angeboten zuerst zu klären, welche Bauart tatsächlich gemeint ist.
Hier arbeiten zwei Verdichtungsstufen innerhalb eines abgestimmten Kältekreises. Eine Zwischenkühlung oder Zwischeneinspritzung kann die Temperatur- und Druckverhältnisse verbessern. Ziel ist ein stabiler Betrieb bei großen Druckverhältnissen.
Bei einer Kaskadenwärmepumpe hebt der erste Kältekreis die Wärme auf ein mittleres Temperaturniveau. Über einen Kaskadenwärmetauscher dient dieses Niveau als Wärmequelle für den zweiten Kältekreis. Beide Kreise können unterschiedliche Kältemittel und Auslegungen verwenden.
Manche Geräte besitzen einen Verdichter mit zwei festen Leistungsstufen oder schalten einen zweiten Verdichter zu. Das verbessert die Leistungsanpassung gegenüber einem reinen Ein-Aus-Gerät, ist aber technisch etwas anderes als ein zweistufiger Kältekreis.
Eine modulierende Wärmepumpe passt ihre Leistung stufenlos oder in einem breiten Bereich an den Bedarf an. Sie kann einstufig aufgebaut sein. Umgekehrt kann eine zweistufige Anlage innerhalb ihrer Stufen zusätzlich modulieren. Die Begriffe beschreiben unterschiedliche Eigenschaften.
Bei einer Kaskadenlösung läuft der Wärmeweg vereinfacht in folgenden Schritten ab:
Die Wärmequelle liefert Energie an den Verdampfer des ersten Kältekreises.
Der erste Verdichter hebt Druck und Temperatur auf ein mittleres Niveau.
Ein Kaskadenwärmetauscher überträgt die Wärme auf den zweiten Kältekreis.
Der zweite Verdichter hebt die Temperatur auf das erforderliche Nutzungsniveau.
Der Verflüssiger gibt die Wärme an Heizsystem, Warmwasserbereitung oder Prozess ab.
Die genaue Ausführung hängt vom Hersteller und der Anwendung ab. Die pauschale Behauptung, jede zweistufige Anlage habe stets zwei vollständig getrennte Kältekreise, ist daher falsch.
Zwei Stufen können das Druckverhältnis je Verdichter reduzieren. Das kann Verdichteraustrittstemperaturen begrenzen und einen stabilen Betrieb ermöglichen, wenn Wärmequelle und benötigte Nutztemperatur weit auseinanderliegen.
Bestimmte zweistufige oder kaskadierte Systeme erreichen höhere Temperaturen als übliche Standardwärmepumpen. Welche Vorlauftemperatur verfügbar ist, hängt von Bauart, Kältemittel und Betriebspunkt ab. Aussagen wie 80 oder 95 Grad Celsius sind nur belastbar, wenn sie aus dem Datenblatt des konkreten Geräts für die relevante Quellentemperatur hervorgehen.
Die Technik kann bei sehr kalten Wärmequellen, in Wärmenetzen oder bei industrieller Abwärmenutzung sinnvoll sein. Auch die Kombination verschiedener Quellen oder Temperaturniveaus lässt sich damit realisieren.
Besteht eine Anlage aus mehreren eigenständigen Modulen, kann bei Teillast nur ein Teil betrieben werden. Je nach Hydraulik und Regelung bleibt bei einer Störung eventuell eine reduzierte Wärmeleistung verfügbar. Das gilt jedoch nicht automatisch für jede zweistufige Bauart.
Zusätzliche Verdichter, Wärmeübertrager, Ventile und Regelung erhöhen Planungs-, Inbetriebnahme- und Wartungsaufwand. Fehler in der Abstimmung können den erwarteten Effizienzvorteil aufzehren.
Zweistufige Systeme sind meist teurer als einfachere Standardanlagen. Pauschale Gerätepreise ohne Wärmequelle, Hydraulik, Elektroarbeiten, Speicher und Montage sind nicht geeignet, die Gesamtkosten abzuschätzen.
Jeder zusätzliche Wärmeübergang verursacht Temperaturdifferenzen und Verluste. Eine Kaskade kann im geeigneten Einsatzfall effizient sein, aber bei kleinem Temperaturhub unnötig komplex und weniger wirtschaftlich als eine gut ausgelegte einstufige Anlage.
Fachplanung, Inbetriebnahme und Service müssen zur konkreten Kältekreistechnik passen. Bei Anlagen mit mehreren Kältemitteln oder hohen Drücken sind Qualifikation, Dokumentation und Herstelleranforderungen besonders wichtig.
Typische Einsatzfälle sind große Temperaturhübe, hohe Prozess- oder Netztemperaturen, sehr kalte Wärmequellen und Projekte mit mehreren nutzbaren Temperaturniveaus. In Wohngebäuden kann die Technik infrage kommen, wenn hohe Systemtemperaturen nicht wirtschaftlich absenkbar sind. Vorher sollten jedoch Heizlast, Heizkörper, hydraulischer Abgleich und mögliche Gebäudemaßnahmen geprüft werden.
Für ein übliches Einfamilienhaus mit niedrigen bis mittleren Vorlauftemperaturen ist eine modulierende, einstufige Wärmepumpe häufig einfacher und günstiger. Zweistufig ist kein Qualitätsmerkmal für sich, sondern eine Lösung für bestimmte Randbedingungen.
Ein Altbau wird nicht allein dadurch geeignet, dass eine Wärmepumpe hohe Maximaltemperaturen erreicht. Entscheidend ist die benötigte Vorlauftemperatur am Auslegungstag und über die gesamte Heizperiode. Große Heizkörper, Niedertemperaturheizkörper oder einzelne Verbesserungen an der Gebäudehülle können den Temperaturbedarf senken und damit die Effizienz deutlich erhöhen.
Für die Planung sollte die Heizlast raumweise ermittelt und die vorhandene Wärmeverteilung geprüft werden. Erst danach lässt sich beurteilen, ob ein Hochtemperatur- oder zweistufiges System nötig ist.
COP und Leistungszahl gelten für definierte Prüfbedingungen. Für den Jahresbetrieb ist die erwartete Jahresarbeitszahl aussagekräftiger. Verglichen werden sollten mindestens Quellentemperatur, Vorlauf- und Rücklauftemperatur, Heizleistung, elektrische Leistungsaufnahme, Teillastverhalten, Warmwasserbetrieb und Hilfsenergien.
Eine hohe erreichbare Temperatur belegt nicht automatisch einen sparsamen Betrieb. Je höher der notwendige Temperaturhub, desto niedriger fällt die Effizienz in der Regel aus. Besonders wichtig ist deshalb die Auslegung auf die tatsächlich erforderliche und nicht auf eine vorsorglich überhöhte Vorlauftemperatur.
Eine allgemeingültige Preisspanne ist nicht seriös. Die Kosten hängen stark von Leistung, Bauart, Wärmequelle, Kältemittel, Hydraulik, Speicher, Elektroanschluss und erforderlichen Umbauten ab. Bei industriellen Anlagen kommen Prozessintegration und Fachplanung hinzu.
Bei Wohngebäuden sollte ein Angebot mindestens Wärmepumpe, Wärmequellenerschließung, Demontage, Montage, Speicher, Elektroarbeiten, hydraulischen Abgleich, Inbetriebnahme und gegebenenfalls Heizflächenanpassungen getrennt ausweisen.
Förderrechtlich zählt nicht allein die Bezeichnung zweistufig. Maßgeblich sind das Gebäude, der Antragsteller, die technische Förderfähigkeit des konkreten Geräts und die Einhaltung der Programmbedingungen. Für private Eigentümer bestehender Wohngebäude beträgt die KfW-Grundförderung derzeit 30 Prozent; unter Voraussetzungen sind Boni möglich. Insgesamt werden höchstens 80 Prozent der berücksichtigten förderfähigen Kosten bezuschusst.
Bei einem Einfamilienhaus berücksichtigt die KfW aktuell bis zu 28.000 Euro förderfähige Kosten. Daraus ergeben sich bei 30 Prozent höchstens 8.400 Euro Grundförderung und beim Förderdeckel von 80 Prozent höchstens 22.400 Euro. Der Antrag muss projektspezifisch und nach der vorgegebenen Reihenfolge vorbereitet werden.
Das Gebäudemodernisierungsgesetz nennt die elektrisch angetriebene Wärmepumpe als zulässige Option beim Ersatz einer Heizungsanlage im Bestand. Es unterscheidet dabei nicht pauschal zwischen ein- und zweistufigen Geräten. Technische Produktanforderungen, Kältemittelrecht, Schallschutz und gegebenenfalls weitere Genehmigungen sind zusätzlich zu beachten.
In Münchner Bestandsgebäuden können begrenzte Aufstellflächen, Schallschutz und hohe Vorlauftemperaturen zusammenkommen. Eine zweistufige Lösung sollte deshalb nicht anhand eines einzelnen Prospektwerts ausgewählt werden. Die Hans Schramm GmbH kann Heizlast, Heizflächen, Hydraulik, Aufstellung und Elektroanschluss gemeinsam prüfen und mit einfacheren Alternativen vergleichen.
Zweistufige Wärmepumpen sind vor allem dann sinnvoll, wenn große Temperaturhübe oder hohe Nutztemperaturen technisch beherrscht werden müssen. Sie können den Arbeitsbereich erweitern, sind aber komplexer und meist teurer. Für viele Wohngebäude ist eine gut geplante modulierende Standardwärmepumpe die wirtschaftlichere Lösung.
Der Begriff kann zwei Verdichtungsstufen, zwei gekoppelte Kältekreise oder zwei feste Leistungsstufen bezeichnen. Das konkrete Anlagenkonzept muss aus den Herstellerunterlagen hervorgehen.
Nicht grundsätzlich. Bei großen Temperaturhüben kann sie Vorteile bieten. Bei normalen Betriebsbedingungen kann eine einfachere, gut ausgelegte Anlage effizienter und wirtschaftlicher sein.
Das ist geräte- und betriebspunktabhängig. Manche Systeme erreichen hohe Temperaturen, doch der Wert muss zusammen mit Quellentemperatur, Heizleistung und Leistungsaufnahme betrachtet werden.
Sie kann für Altbauten mit hohem Temperaturbedarf geeignet sein. Vorher sollte geprüft werden, ob Heizflächen oder Gebäudehülle so verbessert werden können, dass eine einfachere Lösung ausreicht.
Eine Kaskade aus mehreren vollständigen Geräten dient häufig der Leistungsstaffelung. Eine zweistufige Kältekreiskaskade teilt dagegen den Temperaturhub auf zwei miteinander gekoppelte Kältekreise auf.
Modulation beschreibt die Anpassung der Leistung. Zweistufig beschreibt den Aufbau oder die Schaltung des Prozesses. Ein Gerät kann beide Eigenschaften kombinieren.
Sie kann gefördert werden, wenn das konkrete Gerät und das Vorhaben die Programmbedingungen erfüllen. Die Bezeichnung zweistufig allein begründet keinen Zuschuss.
