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Betriebsweisen: Monovalent, Bivalent und Hybrid

Einleitung: Flexibilität durch verschiedene Betriebsweisen

Wärmepumpen und allgemein Heizsysteme können auf verschiedene Weisen betrieben werden, um die Anforderungen optimal zu erfüllen. In diesem Artikel erklären wir die wichtigsten Betriebsarten:

  • Monovalent: Wärmepumpe als einziger Wärmeerzeuger
  • Bivalent: Wärmepumpe + zweiter Wärmeerzeuger
  • Monoenergetisch: Ein Energieträger, ggf. zwei Wärmeerzeuger
  • Hybrid: Intelligente Kombination verschiedener Systeme

Was bedeuten die Begriffe?

Die Fachbegriffe leiten sich aus dem Lateinischen ab und beschreiben die Anzahl der Wärmeerzeuger:

Begriff Bedeutung Anzahl Wärmeerzeuger
Monovalent "Einwertig" 1
Bivalent "Zweiwertig" 2
Trivalent "Dreiwertig" 3

Die "Wertigkeit" beschreibt die Anzahl der verschiedenen Wärmeerzeuger im System.

Monovalenter Betrieb

Bei monovalentem Betrieb ist die Wärmepumpe der einzige Wärmeerzeuger. Sie deckt 100% des Wärmebedarfs – auch an den kältesten Tagen.

Voraussetzungen

Damit der monovalente Betrieb funktioniert, müssen einige Bedingungen erfüllt sein:

Anforderung Erklärung
Ausreichend dimensioniert Wärmepumpe muss auch Spitzenlasten abdecken
Gut gedämmtes Gebäude Niedriger Wärmebedarf
Niedertemperatur-Heizsystem Fußbodenheizung ideal
Geeignete Wärmequelle Luft, Erde oder Grundwasser

Funktionsweise

Außentemperatur: -15°C bis +20°C
         │
         ▼
    Wärmepumpe ──────► 100% Wärmeversorgung

Die Wärmepumpe läuft das ganze Jahr und passt ihre Leistung dem Bedarf an (Inverter-Technologie).

Vorteile monovalenter Betrieb

Der Betrieb mit nur einem Wärmeerzeuger bietet klare Vorteile:

Vorteil Erklärung
Einfaches System Nur eine Wärmequelle
Maximale Effizienz Keine Wechsel zwischen Systemen
100% erneuerbar Mit grünem Strom komplett CO2-frei
Geringe Wartung Nur ein System zu warten

Nachteile monovalenter Betrieb

Die Einfachheit hat allerdings auch ihre Grenzen:

Nachteil Erklärung
Höhere Investition Wärmepumpe muss größer dimensioniert sein
Effizienz bei Kälte Bei sehr tiefen Temperaturen weniger effizient
Gebäudevoraussetzungen Nicht für jeden Altbau geeignet

Wann sinnvoll?

  • Neubauten mit guter Dämmung
  • Gut sanierte Gebäude
  • Gebäude mit Fußbodenheizung
  • Sole-Wasser oder Wasser-Wasser-Wärmepumpen (stabile Wärmequelle)

Bivalenter Betrieb

Bei bivalentem Betrieb arbeitet die Wärmepumpe zusammen mit einem zweiten Wärmeerzeuger (z.B. Gas- oder Ölkessel, Elektroheizung).

Zwei Varianten

Bivalent-Parallel

Beide Wärmeerzeuger arbeiten gleichzeitig, wenn der Bedarf hoch ist.

                    ┌── Wärmepumpe ──────┐
Hoher Bedarf ──────►│                    ├──► Heizung
                    └── Zusatzheizung ───┘

Bivalent-Alternativ

Ab einer bestimmten Temperatur (Bivalenzpunkt) übernimmt der zweite Wärmeerzeuger komplett.

Über -5°C:    Wärmepumpe ──────────────► Heizung
Unter -5°C:   Zusatzheizung ───────────► Heizung
              (Wärmepumpe aus)

Der Bivalenzpunkt

Der Bivalenzpunkt ist die Außentemperatur, bei der:

  • Die Wärmepumpe ihre Leistungsgrenze erreicht
  • Der zweite Wärmeerzeuger einspringt

Typische Werte: -3°C bis -8°C

Vorteile bivalenter Betrieb

Die Kombination zweier Wärmeerzeuger bietet spezifische Vorteile:

Vorteil Erklärung
Kleinere Wärmepumpe Muss nicht für Extremfälle dimensioniert sein
Geringere Investition Wärmepumpe günstiger
Flexibilität Optimale Effizienz je nach Bedingungen
Versorgungssicherheit Backup vorhanden

Nachteile bivalenter Betrieb

Die Flexibilität bringt allerdings auch Nachteile mit sich:

Nachteil Erklärung
Zwei Systeme Höherer Wartungsaufwand
Komplexere Regelung Umschaltung muss funktionieren
Fossile Brennstoffe Bei Gas/Öl als Backup nicht CO2-neutral

Vorteile und Nachteile nach Variante

Die beiden Varianten des bivalenten Betriebs haben jeweils spezifische Eigenschaften:

Variante Vorteil Nachteil
Bivalent-Parallel Wärmepumpe läuft länger (mehr Effizienz) Beide Systeme gleichzeitig aktiv
Bivalent-Alternativ Klare Trennung Wärmepumpe wird bei Kälte abgeschaltet

Monoenergetischer Betrieb

Nicht zu verwechseln mit monovalent!

Monoenergetisch bedeutet: Es wird nur ein Energieträger verwendet – auch wenn mehrere Wärmeerzeuger vorhanden sind.

Beispiel

Solarstrom ──────┬──► Wärmepumpe
                 │
                 └──► Elektroheizstab

Beide Wärmeerzeuger nutzen elektrischen Strom – das System ist bivalent (zwei Wärmeerzeuger), aber monoenergetisch (ein Energieträger).

Vorteil

Mit grünem Strom kann das gesamte System 100% CO2-neutral betrieben werden!

Hybrid-Wärmepumpen

Die Hybrid-Wärmepumpe ist die intelligente Kombination von Wärmepumpe und konventionellem Wärmeerzeuger.

Aufbau

Oft werden beide Wärmeerzeuger in einer kompakten Einheit verbaut:

  • Wärmepumpe (primär)
  • Brennwertkessel oder Elektroheizung (sekundär)
  • Intelligente Regelung (integriert)

Funktionsweise

Der Hybrid-Betrieb wechselt automatisch zwischen den Modi:

Je nach Außentemperatur und Wärmebedarf wählt das System automatisch den optimalen Modus:

Situation Betriebsart
Normal (mild) Nur Wärmepumpe
Erhöhter Bedarf Beide parallel
Extreme Kälte Wärmepumpe + Heizkessel
Sehr extreme Kälte Nur Heizkessel

Die intelligente Regelung entscheidet

Die Regelung optimiert automatisch nach:

  • Außentemperatur
  • Aktuellem Wärmebedarf
  • Wirtschaftlichkeit (Strom- vs. Gaspreis)
  • Effizienz der Wärmepumpe

Vorteile Hybrid-Wärmepumpe

Die intelligente Kombination bietet zahlreiche Vorteile:

Vorteil Erklärung
Optimal abgestimmt Komponenten passen perfekt zusammen
Kompakt Oft ein Gerät statt zwei
Intelligent Automatische Optimierung
Wirtschaftlich Nutzt immer die günstigste Wärmequelle
Zukunftssicher Wärmepumpenanteil kann später erhöht werden

Nachteile Hybrid-Wärmepumpe

Trotz der vielen positiven Eigenschaften gibt es auch Einschränkungen:

Nachteil Erklärung
Nicht 100% erneuerbar Bei Gas-Backup fossile Brennstoffe
Komplexeres System Mehr Komponenten
Herstellerabhängigkeit Oft nur mit bestimmten Kombinationen

Wann sinnvoll?

  • Sanierung im Bestand – bestehender Kessel wird ergänzt
  • Altbauten mit hohem Wärmebedarf
  • Übergangszeit zur vollständig erneuerbaren Heizung
  • Wenn Gasanschluss vorhanden ist

Übersicht: Welche Betriebsweise für wen?

Die folgende Übersicht zeigt, welche Betriebsweise für welche Gebäudesituation am besten geeignet ist:

Betriebsweise Ideal für Nicht geeignet für
Monovalent Neubauten, sanierte Gebäude Unsanierte Altbauten
Bivalent-Parallel Altbauten mit mäßigem Bedarf —
Bivalent-Alternativ Sehr kalte Regionen Milde Klimazonen
Hybrid Sanierungen, Bestandsgebäude Neubauten (überdimensioniert)

Entscheidungshilfe

Fragen zur Orientierung

  1. Wie gut ist das Gebäude gedämmt?

    • Gut → Monovalent möglich
    • Schlecht → Bivalent/Hybrid sinnvoll

  2. Welches Heizsystem ist vorhanden?

    • Fußbodenheizung → Monovalent ideal
    • Alte Heizkörper → Evtl. bivalent

  3. Gibt es einen Gasanschluss?

    • Ja → Hybrid-Option prüfen
    • Nein → Elektro-Backup oder Monovalent

  4. Wie wichtig ist 100% Erneuerbar?

    • Sehr wichtig → Monovalent oder monoenergetisch
    • Weniger wichtig → Alle Optionen offen

Fazit

Merksatz: Die Wahl der Betriebsweise hängt von vielen Faktoren ab: Bei der Entscheidung spielen verschiedene Faktoren eine Rolle: Faktor Einfluss auf Wahl
Gebäudezustand Bestimmt Wärmebedarf
Vorhandenes System Bestandsanlagen nutzen?
Klimazone Wie kalt wird es?
Budget Investitions- vs. Betriebskosten
Umweltziele 100% erneuerbar gewünscht?

Für Neubauten ist der monovalente Betrieb meist die beste Wahl. Bei Altbauten bieten Hybrid-Systeme einen sanften Übergang zur Wärmepumpe.

Weiter geht's: Im nächsten Artikel Wärmepumpen-Typen und das Dreamteam mit Solaranlagen erfahren Sie alles über Luft-Wasser, Sole-Wasser und die optimale Kombination mit Photovoltaik.

Die komplette Artikelserie „Wärmepumpen"

  1. Der Anti-Kühlschrank: Wie funktioniert eine Wärmepumpe? – Grundlagen
  2. Die Komponenten: Wärmetauscher, Kompressor und Expansionsventil – Bauteile
  3. Kennzahlen und Dimensionierung von Wärmepumpen – COP, JAZ und mehr
  4. Betriebsweisen: Monovalent, Bivalent und Hybrid – Sie sind hier
  5. Wärmepumpen-Typen und das Dreamteam mit Solaranlagen – Luft-Wasser, Sole-Wasser & Solar

Quellen