Lastspitzenreduzierung in Wärmepumpensystemen

Definition der Lastspitzenreduzierung

Lastspitzenreduzierung bezeichnet die Senkung der maximalen gemittelten elektrischen Bezugsleistung innerhalb eines festgelegten Messintervalls. Der Messpunkt kann die Wärmepumpe, die gesamte Heizungsanlage oder der Netzanschluss des Gebäudes sein. Das Messintervall kann 15 Minuten, 30 Minuten, eine Stunde oder einen anderen, durch Tarif, Zähler oder Netzbetreiber festgelegten Zeitraum umfassen.

Eine vollständige Definition muss daher drei Elemente enthalten:

1. Die Systemgrenze: Welche Geräte und Anlagenkomponenten werden einbezogen?
2. Das Messintervall: Über welchen Zeitraum wird die Leistung gemittelt?
3. Der Referenzwert: Welche ungeregelte oder frühere Lastspitze dient als Vergleich?

Eine Aussage wie „Das System reduziert Lastspitzen“ besitzt nur geringe technische Aussagekraft, solange diese drei Elemente nicht definiert sind.

Lastspitzen an unterschiedlichen Systemgrenzen

Lastspitze der Wärmepumpeneinheit

Dies ist die maximale elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpeneinheit und der unmittelbar zugehörigen Komponenten. Dazu können der Verdichter, der Ventilator, die Quellenpumpe, die Umwälzpumpe und ein interner elektrischer Zusatzheizer gehören.

Diese Systemgrenze ist für die gerätebezogene Regelung der Wärmepumpe nützlich. Sie zeigt jedoch nicht die vollständige Belastung des Gebäudeanschlusses.

Lastspitze der Heizungsanlage

Dies ist der gesamte elektrische Leistungsbedarf der Wärmepumpenanlage. Er kann mehrere Wärmepumpen, externe Umwälzpumpen, elektrische Zusatzheizungen, Geräte für die Trinkwarmwasserbereitung und hydraulische Nebenaggregate umfassen.

Diese Systemgrenze ist für die elektrische Planung der Heizzentrale und für die Kaskadenregelung wichtig.

Gebäude- oder Standortspitze

Dies ist der maximale Netzbezug, der am Netzanschlusspunkt des Gebäudes gemessen wird. Er umfasst die Wärmepumpe, Beleuchtung, Haushaltsgeräte, Lüftung, das Laden von Elektrofahrzeugen und andere Gebäudelasten. Photovoltaikerzeugung und Batterieentladung können den gemessenen Netzbezug reduzieren.

Diese Systemgrenze ist üblicherweise für die vertraglich vereinbarte Leistung, leistungsabhängige Entgelte, die Bemessung der Hauptsicherung und Netzanschlussuntersuchungen am relevantesten.

Gleichzeitige Lastspitze auf Netzebene

Dies ist der gleichzeitig auftretende Gesamtbedarf vieler Gebäude. Eine Regelungsmaßnahme kann die Lastspitze eines einzelnen Gebäudes reduzieren, ohne die Lastspitze des übergeordneten Netzes zu senken. Eine großflächige Lastspitzenreduzierung erfordert deshalb Koordination, ausreichende Lastdiversität und geeignete Netzsignale.

Lastspitzen werden in kW und nicht in kWh gemessen

Ein Kilowatt misst Leistung. Es beschreibt, wie schnell zu einem bestimmten Zeitpunkt elektrische Energie genutzt wird.

Eine Kilowattstunde misst Energie. Sie beschreibt die gesamte Strommenge, die über einen bestimmten Zeitraum verbraucht wird.

Eine Wärmepumpe kann pro Tag dieselbe Anzahl an Kilowattstunden verbrauchen und gleichzeitig eine niedrigere Spitzenleistung in Kilowatt aufweisen. Das Regelsystem erreicht dies, indem es den Verbrauch über einen längeren Zeitraum verteilt.

Grundlegende Berechnung der Spitzenleistung

Die Spitzenleistung für ein festgelegtes Intervall kann wie folgt dargestellt werden:

Spitzenleistung = maximale Intervallenergie ÷ Intervalldauer

Bezieht ein Gebäude beispielsweise während eines 15-Minuten-Intervalls 3,6 kWh, ergibt sich folgende durchschnittliche Leistung:

3,6 kWh ÷ 0,25 Stunden = 14,4 kW

Eine fünf Sekunden dauernde Anlaufspitze eines Verdichters oder Motors ist nicht mit einer 15-minütigen Leistungsspitze gleichzusetzen. Der Anlaufstrom bleibt für Kabel, Schutzeinrichtungen und Spannungsqualität relevant, kann jedoch auf einen Tarif, der auf der durchschnittlichen 15-Minuten-Leistung basiert, nur geringe Auswirkungen haben.

Grundlegender Zusammenhang des Leistungsbedarfs am Standort

Eine vereinfachte Leistungsbilanz eines Gebäudes lautet:

Netzbezug = Leistungsaufnahme der Wärmepumpe + Zusatzheizung + sonstige Gebäudelasten + Laden von Elektrofahrzeugen + Batterieladung − PV-Erzeugung − Batterieentladung

Die Lastspitzenreduzierung kann anschließend wie folgt berechnet werden:

Lastspitzenreduzierung in kW = Referenzspitze − geregelte Lastspitze

Lastspitzenreduzierung in % = Lastspitzenreduzierung ÷ Referenzspitze × 100

Der Referenzwert sollte vergleichbare Witterungsbedingungen, Belegungszahlen, Trinkwarmwassernutzung und Betriebsbedingungen abbilden.

Hauptzweck der Lastspitzenreduzierung

Der Hauptzweck besteht darin, die erforderliche Heiz-, Kühl- und Trinkwarmwasserversorgung mit einer geringeren maximalen elektrischen Leistungsaufnahme bereitzustellen. Das System verändert, wann und auf welche Weise thermische Energie erzeugt wird. Es entzieht dem Gebäude nicht einfach die erforderliche thermische Versorgung.

Eine gut ausgelegte Strategie folgt einer klaren Prioritätenreihenfolge:

1. Menschen, Anlagen und Gebäude schützen.
2. Mindestanforderungen an Komfort und Trinkwarmwasser einhalten.
3. Die Wärmepumpe innerhalb ihres zulässigen Betriebsbereichs betreiben.
4. Die Leistungsgrenze des Gebäudes oder des Netzes einhalten.
5. Stromkosten, Nutzung erneuerbarer Energien und Systemeffizienz optimieren.

Das Regelsystem sollte daher zwischen unverzichtbarem und flexiblem Bedarf unterscheiden. Die Raumheizung kann innerhalb enger Komfortgrenzen vorübergehend reduziert werden. Ein Hygienezyklus der Trinkwarmwasserbereitung, eine Frostschutzfunktion oder ein sicherheitsrelevanter Prozess kann dagegen eine höhere Priorität besitzen.

Ziele der Lastspitzenreduzierung

• Den maximalen Netzbezug senken.
• Vermeidbare Überlastungen des Stromanschlusses verhindern.
• Den gleichzeitigen Betrieb großer Verbraucher reduzieren.
• Unnötige elektrische Widerstandsheizung begrenzen.
• Flexible Wärmeerzeugung in geeignete Zeiträume verschieben.
• Die vorhandene elektrische Infrastruktur besser nutzen.
• Dynamische Tarife und Demand-Response-Programme unterstützen.
• Akzeptable Innenraumbedingungen aufrechterhalten.

Die Lastspitzenreduzierung ist nur dann erfolgreich, wenn die niedrigere Spitze später keine noch größere Nachholspitze erzeugt.

Warum Lastspitzenreduzierung erforderlich ist

Eine Wärmepumpe kann über das Jahr betrachtet effizient arbeiten und dennoch während eines kurzen Zeitraums eine hohe elektrische Lastspitze verursachen. Die jährliche Energieeffizienz und die maximale elektrische Leistungsaufnahme sind voneinander getrennte Auslegungsfragen. Beide müssen bewertet werden.

Kaltes Wetter erhöht den elektrischen Leistungsbedarf

Der Heizbedarf eines Gebäudes steigt üblicherweise, wenn die Außentemperatur sinkt. Gleichzeitig kann die Effizienz einer Luft-Wasser-Wärmepumpe abnehmen, weil der Temperaturunterschied zwischen Wärmequelle und Heizsystem größer wird.

Die Wärmepumpe benötigt daher möglicherweise genau in dem Zeitraum mehr elektrische Leistung, in dem das Gebäude mehr Wärme benötigt. Wird zusätzlich ein elektrischer Zusatzheizer zugeschaltet, kann die elektrische Lastspitze stark ansteigen.

Hohe Vorlauftemperaturen erhöhen die Verdichterleistung

Eine Wärmepumpe benötigt im Allgemeinen mehr elektrische Leistung, wenn sie Wasser auf eine höhere Temperatur erwärmen muss. Dieses Problem tritt häufig bei Sanierungen mit kleinen Heizkörpern, hoch eingestellten Heizkennlinien oder hydraulisch schlecht abgeglichenen Wärmeübertragersystemen auf.

Eine Verbesserung der Gebäudehülle, größere Heizflächen und eine Senkung der erforderlichen Vorlauftemperatur können sowohl den Energieverbrauch als auch die elektrische Lastspitze reduzieren.

Elektrische Zusatzheizer verursachen hohe Lastspitzen

Eine elektrische Widerstandsheizung wandelt Strom annähernd im Verhältnis 1:1 in Wärme um. Ein Heizstab mit 6 kW kann den elektrischen Leistungsbedarf daher um nahezu 6 kW erhöhen.

Der Zusatzheizer kann bei sehr niedrigen Temperaturen, während der Trinkwarmwasserbereitung, im Störbetrieb oder bei einer starken Temperaturwiederanhebung zugeschaltet werden. Falsch eingestellte Bivalenzpunkte können dazu führen, dass der Heizstab arbeitet, obwohl der Verdichter die Last noch allein decken könnte.

Die morgendliche Wiederaufheizung kann eine vermeidbare Lastspitze verursachen

Eine starke Nachtabsenkung kann zunächst wie eine Energiesparmaßnahme erscheinen. Die anschließende morgendliche Wiederaufheizung kann jedoch dazu führen, dass Wärmepumpe, Umwälzsystem und elektrischer Zusatzheizer gleichzeitig mit hoher Leistung arbeiten.

Ein gleichmäßigeres Temperaturprofil führt häufig zu einer niedrigeren Lastspitze. Zudem kann die Wärmepumpe dadurch möglicherweise mit einer niedrigeren Vorlauftemperatur betrieben werden.

Trinkwarmwasserbereitung kann mit der Raumheizung zusammenfallen

Für die Trinkwarmwasserbereitung ist üblicherweise eine höhere Temperatur erforderlich als für die Raumheizung. Während der Speicherladung kann die Wärmepumpe die Verdichterdrehzahl erhöhen oder einen elektrischen Zusatzheizer einsetzen.

Eine Lastspitze kann entstehen, wenn die Trinkwarmwasserspeicherung während einer Heizphase bei kalter Witterung beginnt. Durch Zeitplanung und Speicherung lassen sich diese Anforderungen voneinander trennen.

Mehrere elektrifizierte Verbraucher konkurrieren um denselben Anschluss

Ein modernes Gebäude kann mit einer Wärmepumpe, einer Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge, einem Batteriespeicher, einer Lüftungsanlage, elektrischen Kochgeräten und weiteren großen Stromverbrauchern ausgestattet sein. Jeder einzelne Verbraucher kann für sich genommen unkritisch sein.

Das Problem entsteht, wenn mehrere Geräte gleichzeitig mit maximaler Leistung betrieben werden. Ein gebäudeweites Lastmanagement ist deshalb häufig wirksamer als die alleinige Regelung der Wärmepumpe.

Gewerbliche Tarife können eine Leistungskomponente enthalten

Einige Strom- und Netztarife werden teilweise anhand der höchsten gemessenen Leistung berechnet. In diesen Fällen kann ein einziges hohes Messintervall die Kosten eines ganzen Monats oder eines noch längeren Zeitraums beeinflussen.

Die Lastspitzenreduzierung betrifft die Kilowattkomponente. Energieeffizienz betrifft die Kilowattstundenkomponente. Eine vollständige Kostenstrategie sollte beide Komponenten berücksichtigen.

Die Netzanschlusskapazität kann ein Projekt begrenzen

Eine hohe berechnete Spitzenleistung kann eine größere Anschlussleitung, eine größere Hauptverteilung, einen Transformator oder eine höhere vertraglich vereinbarte Anschlussleistung erforderlich machen. Eine solche Erweiterung kann die Investitionskosten erhöhen oder das Projekt verzögern.

Eine nachgewiesene Strategie zur Lastspitzenregelung kann es ermöglichen, die vorhandene Anschlusskapazität besser zu nutzen. Ihre Anerkennung hängt vom Netzbetreiber, dem Schutzkonzept und den örtlichen Netzanschlussregeln ab.

Erneuerbarer Strom erfordert flexible Lasten

Wind- und Solarstromerzeugung schwanken im Zeitverlauf. Wärmepumpen können einen Teil ihres Stromverbrauchs in Zeiträume mit höherer erneuerbarer Erzeugung verlagern, indem Energie in Wasser, einer Fußbodenplatte oder der Gebäudestruktur gespeichert wird.

Diese Flexibilität unterstützt die Kopplung von Strom- und Wärmesektor. Sie bedeutet jedoch nicht, dass jeder Zeitraum mit niedrigen Strompreisen automatisch auch ein Zeitraum mit geringer Netzbelastung ist.

Häufige Ursachen von Lastspitzen bei Wärmepumpen

• Niedrige Außentemperatur.
• Hohe Heizungsvorlauftemperatur.
• Aktivierung eines elektrischen Zusatzheizers.
• Morgendliche Temperaturwiederanhebung.
• Ladung des Trinkwarmwasserspeichers.
• Abtauvorgänge und die anschließende Leistungswiederanhebung.
• Gleichzeitiges Anlaufen mehrerer Wärmepumpen.
• Gleichzeitiges Laden von Elektrofahrzeugen oder Batteriespeichern.
• Falsch konfigurierte Bivalenzpunkte.
• Unzureichender hydraulischer Abgleich.
• Übermäßige Sollwertänderungen.
• Not- oder Störbetriebsarten.

Wesentliche Merkmale einer wirksamen Lastspitzenreduzierung

Lastspitzenreduzierung ist kein einzelner Regelbefehl. Sie besteht aus einer koordinierten Kombination von Auslegungs-, Mess- und Betriebsfunktionen.

Zu den wichtigsten Merkmalen gehören:

1. Messung der Lastspitze und Definition des Referenzwerts.
2. Korrekte Dimensionierung der Wärmepumpe und des Wärmeverteilsystems.
3. Dynamische Leistungsbegrenzung.
4. Drehzahlvariable Verdichterregelung.
5. Management des elektrischen Zusatzheizers.
6. Management thermischer Speicher.
7. Vorheizung und Vorkühlung.
8. Zeitsteuerung der Trinkwarmwasserbereitung.
9. Kaskaden- und Stufenkoordination.
10. Gebäudeweites Lastmanagement.
11. Prognose- und Demand-Response-Fähigkeit.
12. Vermeidung von Nachholspitzen und fehlersichere Regelung.

Ausführliche Erläuterung der wichtigsten Merkmale

Messung der Lastspitze und Definition des Referenzwerts

Definition: Bei der Lastspitzenmessung wird die elektrische Leistung an einem festgelegten Messpunkt und innerhalb eines definierten Intervalls erfasst. Der Referenzwert beschreibt das Lastprofil, bevor eine neue Regelungsstrategie angewendet wird.

Zweck: Die Messung zeigt, wann Lastspitzen auftreten und welche Geräte sie verursachen. Zudem liefert sie eine Referenz, anhand derer das Ergebnis überprüft werden kann.

Vorteile: Präzise Daten verhindern, dass das System das falsche Problem löst. Sie ermöglichen die Unterscheidung zwischen Lastspitzen der Wärmepumpe und Lastspitzen des gesamten Gebäudes.

Beispiel: Ein Standort kann am Hauptzähler eine Lastspitze von 20 kW aufweisen, obwohl die Wärmepumpe selbst niemals mehr als 6 kW aufnimmt. Der restliche Spitzenbedarf kann durch eine 11-kW-Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge und andere Gebäudelasten verursacht werden.

Das Messintervall sollte dem maßgeblichen Tarif oder den Anschlussanforderungen entsprechen. Eine Regelung, die auf die momentane Leistung reagiert, benötigt möglicherweise dennoch eine gleitende Intervallberechnung, um eine abrechnungsrelevante 15-Minuten-Spitze zu begrenzen.

Korrekte Dimensionierung und Niedertemperatur-Wärmeverteilung

Definition: Bei der korrekten Dimensionierung werden die Leistung der Wärmepumpe, die Wärmeübertrager und der thermische Speicher auf die Auslegungsheizlast des Gebäudes abgestimmt.

Zweck: Sie verhindert sowohl übermäßiges Takten infolge einer Überdimensionierung als auch einen übermäßigen Einsatz des Zusatzheizers infolge einer Unterdimensionierung.

Vorteile: Niedrigere Vorlauftemperaturen verbessern die Verdichtereffizienz und können die elektrische Spitzenleistung reduzieren. Eine präzise Dimensionierung führt außerdem zu einem stabileren Betrieb.

Beispiel: Werden bei einer Sanierung zu kleine Heizkörper ersetzt, kann die Heizkennlinie von einem Hochtemperaturbereich auf ein niedrigeres Temperaturniveau abgesenkt werden. Die Wärmepumpe kann dann dieselbe Raumwärme mit einer geringeren elektrischen Leistungsaufnahme bereitstellen.

Die jeweils national anzuwendende Ausgabe der EN 12831 bietet eine anerkannte Grundlage für die Berechnung der Auslegungsheizlast. Anschließend müssen Herstellerdaten nach Normen wie EN 14825 bei den tatsächlich relevanten Quellen- und Senkentemperaturen geprüft werden und nicht nur unter günstigen Nennbedingungen.

Dynamische Leistungsbegrenzung

Definition: Eine dynamische Leistungsbegrenzung legt die maximal zulässige elektrische Leistung für die Wärmepumpenanlage oder den gesamten Standort fest.

Zweck: Sie verhindert, dass die gemessene Leistung eine festgelegte Anschluss-, Tarif- oder Betriebsgrenze überschreitet.

Vorteile: Sie stellt eine direkte und messbare Funktion zur Lastspitzenregelung dar. Eine standortweite Begrenzung kann mehrere flexible Geräte koordinieren.

Beispiel: Für ein Gebäude gilt eine Netzbezugsgrenze von 18 kW. Erreicht der Gesamtbezug 16,5 kW, reduziert das Energiemanagementsystem die Ladeleistung des Elektrofahrzeugs und verschiebt eine nicht zwingend erforderliche Nachladung des Trinkwarmwasserspeichers.

Eine harte Begrenzung reagiert, bevor der Schwellenwert überschritten wird. Eine weiche Begrenzung versucht, unterhalb des Zielwerts zu bleiben, erlaubt jedoch vorübergehende Ausnahmen für sicherheitsrelevante oder unverzichtbare Versorgungsfunktionen.

Drehzahlvariable Verdichterregelung

Definition: Ein drehzahlvariabler Verdichter passt die Leistung der Wärmepumpe an, anstatt ausschließlich mit voller Leistung zu arbeiten oder vollständig abzuschalten.

Zweck: Die thermische Erzeugung wird besser an den aktuellen Bedarf des Gebäudes angepasst.

Vorteile: Durch Modulation können die elektrische Leistung gesenkt, unnötige Starts reduziert und ein gleichmäßigeres Lastprofil erzeugt werden.

Beispiel: Anstatt für kurze Zeiträume eine elektrische Leistung von 5 kW aufzunehmen, kann eine Wärmepumpe bei Teillastbedarf über einen längeren Zeitraum mit 2,5 kW betrieben werden.

Der Modulationsbereich ist entscheidend. Auch eine nominell drehzahlvariable Anlage kann eine relativ hohe Mindestleistung besitzen. Die Planung sollte deshalb die minimale und maximale elektrische Leistungsaufnahme mit dem tatsächlichen Betriebsbereich des Gebäudes vergleichen.

Management des elektrischen Zusatzheizers

Definition: Das Zusatzheizermanagement regelt, wann ein interner oder externer elektrischer Widerstandsheizer betrieben werden darf und welche Leistung er nutzen kann.

Zweck: Die elektrische Widerstandsheizung wird auf Situationen beschränkt, in denen sie tatsächlich erforderlich ist.

Vorteile: Dadurch kann einer der größten vermeidbaren Verursacher elektrischer Lastspitzen beseitigt werden. Gleichzeitig verbessert sich die Transparenz der Betriebskosten.

Beispiel: Eine Regelung sperrt den Heizstab während einer normalen Wiedererwärmung des Trinkwarmwassers, erlaubt seinen Betrieb jedoch während eines festgelegten Hygienezyklus oder bei einer Verdichterstörung.

Zu den wichtigen Einstellungen gehören der Bivalenzpunkt, die maximale Heizstufe, die Verzögerungszeit, eine Notfallfreigabe und die Priorität der Trinkwarmwasserbereitung. Eine dauerhafte Sperre des Zusatzheizers kann unsicher oder ungeeignet sein. Die richtige Strategie ist eine kontrollierte Verfügbarkeit.

Management thermischer Speicher

Definition: Ein thermischer Speicher hält nutzbare Wärme oder Kälte für eine spätere Verwendung vor. Er kann aus einem Pufferspeicher, Trinkwarmwasserspeicher, einer Fußbodenplatte, der Gebäudemasse oder einem Prozessspeicher bestehen.

Zweck: Er entkoppelt den Zeitpunkt der Wärmeerzeugung vom Zeitpunkt der Wärmeabgabe.

Vorteile: Die Wärmepumpe kann vor einem Spitzenzeitraum betrieben und ihre Leistung während der Lastspitze reduziert werden. Ein Speicher kann außerdem längere und stabilere Verdichterlaufzeiten unterstützen.

Beispiel: Ein Pufferspeicher wird vor einer abendlichen Tarif- oder Anschlusslastspitze geladen. Während die Leistung der Wärmepumpe begrenzt ist, beziehen die Heizkreise Wärme aus dem Speicher.

Die ungefähr in Wasser speicherbare Wärmemenge lautet:

Gespeicherte Wärme = Wasservolumen × 1,163 kWh/m³K × nutzbare Temperaturdifferenz

Ein Speicher mit 500 Litern und einem nutzbaren Temperaturbereich von 10 K enthält näherungsweise:

0,5 m³ × 1,163 × 10 = 5,8 kWh thermische Energie

Bei einer Gebäudeheizlast von 4 kW entspricht diese idealisierte Wärmemenge ungefähr 1,45 Stunden Heizbetrieb. Die tatsächlich nutzbare Speicherkapazität ist aufgrund von Temperaturschichtung, Temperaturgrenzen, Verlusten und hydraulischen Anforderungen geringer.

Der Speicher sollte nicht auf eine unnötig hohe Temperatur geladen werden. Höhere Speichertemperaturen können die Effizienz der Wärmepumpe reduzieren und einen Teil des erwarteten Nutzens wieder aufheben.

Vorheizung und Vorkühlung

Definition: Durch Vorheizung oder Vorkühlung wird die Gebäudetemperatur vor einem prognostizierten Spitzenzeitraum geringfügig verändert.

Zweck: Die Gebäudestruktur und das Wärmeabgabesystem werden als kurzfristiger thermischer Speicher genutzt.

Vorteile: Der Bedarf an Wärmepumpenleistung während des begrenzten Zeitraums wird reduziert, ohne dass ein sehr großer Wasserspeicher erforderlich ist.

Beispiel: Ein Gebäude mit Fußbodenheizung wird vor einer abendlichen Lastspitze innerhalb eines kleinen, kontrollierten Temperaturbereichs leicht erwärmt. Anschließend arbeitet die Wärmepumpe mit reduzierter Leistung, während die Bodenplatte gespeicherte Wärme abgibt.

Die zulässige Temperaturänderung sollte gering und an die Gebäudenutzung angepasst sein. Große Sollwerterhöhungen können zu Komforteinbußen, höheren Wärmeverlusten oder einem niedrigeren COP führen.

Zeitsteuerung der Trinkwarmwasserbereitung

Definition: Die Zeitsteuerung der Trinkwarmwasserbereitung legt fest, wann der Speicher geladen wird und welche Wärmequelle dafür eingesetzt werden darf.

Zweck: Sie verhindert, dass die Trinkwarmwasserbereitung mit einer anderen vorhersehbaren elektrischen Lastspitze zusammenfällt.

Vorteile: Eine Hochtemperaturlast wird zeitlich von der Raumheizung, dem Laden von Elektrofahrzeugen oder gewerblichen Prozesslasten getrennt.

Beispiel: In einem Wohngebäude wird die Hauptladung des Speichers vor der morgendlichen Haushaltsspitze abgeschlossen. Ein Hotel nutzt Bedarfsprognosen, um den Speicher zwischen belegungsbedingten Zapfperioden zu laden.

Die Trinkwarmwasserregelung muss Hygiene, Mindestverfügbarkeit und örtliche gesetzliche Anforderungen gewährleisten. Eine Strategie zur Lastspitzenreduzierung darf vorgeschriebene Hygienefunktionen niemals ohne eine genehmigte Alternative deaktivieren.

Kaskaden- und Stufenkoordination

Definition: Eine Kaskadenregelung koordiniert mehrere Wärmepumpen, Verdichterstufen oder Wärmequellen.

Zweck: Es wird nur die Leistung aktiviert, die für den aktuellen thermischen Bedarf und innerhalb der elektrischen Leistungsgrenze erforderlich ist.

Vorteile: Die Regelung verhindert das gleichzeitige Anlaufen mehrerer Einheiten. Außerdem kann sie die jeweils effizienteste verfügbare Einheit oder Wärmequelle auswählen.

Beispiel: Eine Anlage mit drei Einheiten startet bei niedriger Last zunächst eine Wärmepumpe. Die zweite Einheit wird erst zugeschaltet, wenn die erste einen festgelegten Betriebspunkt erreicht. Die dritte bleibt für Auslegungsbedingungen oder als Redundanz verfügbar.

Stufenverzögerungen, Mindestlaufzeiten und die Einschaltreihenfolge sollten auf das Lastspitzenintervall abgestimmt werden. Eine ungeeignete Stufenschaltung kann eine kurze, aber kostenrelevante gleichzeitige Lastspitze verursachen.

Gebäudeweites Lastmanagement

Definition: Beim gebäudeweiten Lastmanagement wird die Wärmepumpe gemeinsam mit anderen flexiblen elektrischen Verbrauchern geregelt.

Zweck: Es schützt den Hauptanschluss, anstatt jedes Gerät unabhängig zu optimieren.

Vorteile: Es berücksichtigt gleichzeitige Lasten durch Elektrofahrzeuge, Batteriespeicher, Lüftung, Kochgeräte und andere Verbraucher.

Beispiel: Ein häusliches Energiemanagementsystem priorisiert während einer Kälteperiode die Raumheizung. Es reduziert die Ladeleistung des Elektrofahrzeugs von 11 kW auf 3,7 kW und verschiebt die Batterieladung.

Die Prioritätenmatrix sollte der Funktion des Gebäudes entsprechen. Eine Pflegeeinrichtung, ein lebensmittelverarbeitender Betrieb oder ein Hotel kann andere Prioritäten anwenden als ein Einfamilienhaus.

Prognosebasierte Regelung

Definition: Eine prognosebasierte Regelung nutzt Vorhersagen zu Wetter, Belegung, Trinkwarmwasserbedarf, Strompreisen oder PV-Erzeugung.

Zweck: Sie ergreift Maßnahmen vor der erwarteten Lastspitze, anstatt erst zu reagieren, nachdem der Schwellenwert erreicht wurde.

Vorteile: Speicher können schrittweise geladen und abrupte Abschaltungen vermieden werden. Außerdem sinkt das Risiko einer Nachholspitze.

Beispiel: Eine Regelung erkennt eine vorhergesagte Kaltfront und lädt den thermischen Speicher während einer Phase mit moderater Außentemperatur vor, in der die Wärmepumpe effizienter arbeiten kann.

Eine Prognose ist keine Garantie. Die Regelung benötigt eine Echtzeitkorrektur und eine konservative Rückfalllogik für den Fall, dass die Prognose nicht eintritt.

Demand Response und externe Netzsignale

Definition: Demand Response bezeichnet eine gezielte Veränderung des Stromverbrauchs als Reaktion auf ein Preis-, Netz- oder Flexibilitätssignal.

Zweck: Eine Wärmepumpe kann das übergeordnete Energiesystem innerhalb festgelegter Nutzer- und Anlagengrenzen unterstützen.

Vorteile: Das Gebäude kann von Tarifvorteilen oder Flexibilitätsvergütungen profitieren und gleichzeitig zur Engpassbewirtschaftung und Systemstabilität beitragen.

Beispiel: Ein Aggregator fordert von einem Portfolio aus Wärmepumpen vorübergehend eine Leistungsreduzierung von 2 kW an. Jede Regelung entscheidet, wie viel Flexibilität verfügbar ist, ohne die lokalen Komfortgrenzen zu verletzen.

Demand Response ist eine Möglichkeit, eine Lastspitzenreduzierung zu erreichen. Es ist jedoch nicht mit der Lastspitzenreduzierung selbst gleichzusetzen. ACER definiert Demand Response als bewusste Anpassung des Verbrauchs als Reaktion auf Preisänderungen oder finanzielle Anreize für den Systemausgleich oder die Engpassbewirtschaftung.

Vermeidung von Nachholspitzen und fehlersichere Regelung

Definition: Die Vermeidung von Nachholspitzen regelt, wie das System nach einem begrenzten Zeitraum in den Normalbetrieb zurückkehrt.

Zweck: Sie verhindert, dass verzögerte Verbraucher anschließend gleichzeitig mit maximaler Leistung wieder anlaufen.

Vorteile: Die ursprüngliche Lastspitze wird nicht lediglich in ein späteres Intervall verschoben.

Beispiel: Nach einem einstündigen Demand-Response-Ereignis starten Wärmepumpe, Warmwasserbereiter und Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge gestaffelt und nicht gleichzeitig.

Die Rückfallregelung sollte außerdem festlegen, was bei einem verlorenen Zählersignal, einer Kommunikationsstörung oder einer ungültigen Prognose geschieht. Die Wärmepumpe sollte in einen sicheren lokalen Betriebsmodus zurückkehren, anstatt dauerhaft eingeschränkt zu bleiben.

Arten und Regelungsmodelle

Die folgende Einteilung ist ein praxisorientiertes technisches Modell. Sie stellt keine formelle regulatorische Norm dar.

Reaktive und prädiktive Regelung

Eine reaktive Regelung greift ein, sobald sich der Leistungsbedarf einem Schwellenwert nähert. Sie ist einfacher aufgebaut und hängt hauptsächlich von einer zuverlässigen Echtzeitmessung ab.

Eine prädiktive Regelung greift vor der erwarteten Lastspitze ein. Sie benötigt Prognosen, thermische Modelle oder erlernte Informationen über das Gebäudeverhalten. Die leistungsfähigsten Systeme kombinieren üblicherweise beide Methoden.

Direkte Regelung und EMS-Regelung

Bei einer direkten Regelung wird eine Leistungsgrenze oder ein Betriebszustand unmittelbar an die Wärmepumpe übertragen. Dies ist geeignet, wenn die Wärmepumpe der wichtigste flexible Verbraucher ist.

Ein Energiemanagementsystem legt dagegen eine standortweite Leistungsgrenze fest und verteilt die verfügbare Leistung auf mehrere Geräte. Diese Methode eignet sich besser für Gebäude mit Photovoltaik, Batteriespeichern, Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge oder mehreren Wärmepumpen.

Anwendungsfälle der Lastspitzenreduzierung

Einfamilienhaus mit Wärmepumpe und Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge

Definition: In einem Wohngebäude befinden sich mehrere große elektrische Verbraucher hinter einem gemeinsamen Hausanschluss.

Zweck: Verhindern, dass Wärmepumpe und Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge eine zu hohe gleichzeitige Lastspitze erzeugen.

Vorteile: Der Haushalt kann Probleme mit der Hauptsicherung vermeiden, die Anschlusskapazität besser nutzen und der Heizung Vorrang einräumen.

Beispiel: Das Energiemanagementsystem reduziert während der Trinkwarmwasserbereitung die Ladeleistung des Elektrofahrzeugs und erhöht sie nach Erreichen der Speichertemperatur schrittweise wieder.

Wohngebäude mit Photovoltaikanlage

Definition: Die Wärmepumpe nutzt denselben Netzanschluss wie eine Photovoltaikanlage am Gebäude.

Zweck: Flexible Heizlasten in Zeiträume mit lokaler Solarstromerzeugung verlagern.

Vorteile: Der Netzbezug kann sinken, der PV-Eigenverbrauch kann steigen und thermische Speicher können einen Teil des Bedarfs an elektrischer Speicherung ersetzen.

Beispiel: Das System erhöht den Sollwert des Puffer- oder Trinkwarmwasserspeichers innerhalb festgelegter Grenzen, wenn tatsächlich ein PV-Überschuss verfügbar ist.

Photovoltaik allein garantiert keine niedrigere Winterlastspitze. Die höchsten Heizlasten können vor Sonnenaufgang, nach Sonnenuntergang oder während einer Phase geringer Solarstromerzeugung auftreten.

Mehrfamilienhaus

Definition: Ein zentrales oder kaskadiertes Wärmepumpensystem versorgt mehrere Wohneinheiten.

Zweck: Den morgendlichen und abendlichen Trinkwarmwasserbedarf steuern, ohne eine übermäßige Anlagen- oder Anschlussleistung zu benötigen.

Vorteile: Gemeinschaftlich genutzte Speicher und Gleichzeitigkeitseffekte können die erforderliche gleichzeitige Leistung reduzieren.

Beispiel: Die Regelung prognostiziert die Trinkwarmwasserentnahme und verteilt die Speicherladung auf Zeiträume mit geringerem Leistungsbedarf.

Die Strategie muss den Komfort der Bewohner sowie eine transparente Kostenverteilung gewährleisten. Raumtemperaturen und Trinkwarmwasserverfügbarkeit sollten innerhalb der vereinbarten Grenzen bleiben.

Hotel, Krankenhaus oder Pflegeeinrichtung

Definition: Das Gebäude ist kontinuierlich belegt, weist einen hohen Trinkwarmwasserbedarf auf und unterliegt strengen Versorgungsanforderungen.

Zweck: Die Spitzenleistung reduzieren, ohne Hygiene, Pflegefunktionen oder Gästekomfort zu beeinträchtigen.

Vorteile: Der Betreiber kann leistungsabhängige Entgelte begrenzen und den gleichzeitigen Betrieb mehrerer Anlagen reduzieren.

Beispiel: Ein Gebäudeenergiemanagementsystem koordiniert Wärmepumpen, Trinkwarmwasserspeicher, Wäschereigeräte und Lüftungsanlagen anhand eines betrieblichen Prioritätenplans.

Diese Gebäude benötigen eine konservative Rückfalllogik. Kritische Versorgungsfunktionen müssen Vorrang vor einer Tarifoptimierung haben.

Büro-, Schul- oder Einzelhandelsgebäude

Definition: Belegung und HLK-Bedarf folgen einem relativ gut vorhersehbaren Tagesablauf.

Zweck: Lastspitzen bei der morgendlichen Wiederaufheizung sowie beim gleichzeitigen Betrieb von Heizung, Lüftung und Beleuchtung reduzieren.

Vorteile: Vorkonditionierung und ein gestaffelter Anlagenstart können ein gleichmäßigeres Lastprofil erzeugen.

Beispiel: Lüftungsanlagen und Heizkreise werden vor Beginn der Nutzung nacheinander gestartet, anstatt alle Geräte gleichzeitig einzuschalten.

Starke Nachtabsenkungen sollten sorgfältig bewertet werden. Die Lastspitze bei der Wiederaufheizung kann höhere Kosten verursachen als die geringe Einsparung während der Nacht.

Gewerbliche oder industrielle Wärmepumpenanlage

Definition: Eine große Wärmepumpe liefert Prozesswärme, gewerblich genutztes Warmwasser oder Wärme für ein lokales Wärmenetz.

Zweck: Die Anlage innerhalb der vertraglich vereinbarten Leistung betreiben und die Wärmeerzeugung mit den Produktionsabläufen koordinieren.

Vorteile: Thermische Speicher können den Stromverbrauch zeitlich von der Bereitstellung der Prozesswärme entkoppeln.

Beispiel: Ein Lebensmittelproduktionsbetrieb lädt vor Beginn einer Produktionsschicht einen Warmwasserspeicher und begrenzt während der standortweiten elektrischen Lastspitze die Verdichterstufen.

Die Wirtschaftlichkeit kann von Leistungsentgelten, erforderlichen Netzverstärkungen, betrieblicher Flexibilität und dem Risiko von Produktionsausfällen abhängen.

Fernwärmeanlage oder Energiezentrale

Definition: Eine oder mehrere große Wärmepumpen versorgen ein Wärmenetz.

Zweck: Die Wärmeerzeugung mit Netzbedingungen, Strompreisen und der verfügbaren Speicherkapazität koordinieren.

Vorteile: Große thermische Speicher können erhebliche betriebliche Flexibilität bereitstellen.

Beispiel: Die Anlage erhöht ihre Leistung während einer hohen erneuerbaren Stromerzeugung und reduziert sie während eines netzseitig begrenzten Intervalls, während der Speicher die Wärmeversorgung aufrechterhält.

Neubauprojekt mit begrenzter Anschlussleistung

Definition: Ein Projekt kann die vollständige ungeregelte elektrische Anschlussleistung nicht innerhalb des erforderlichen Zeitrahmens oder Budgets erhalten.

Zweck: Das Gebäude um eine nachweisbar einhaltbare Netzbezugsgrenze herum planen.

Vorteile: Das Projekt kann möglicherweise mit einer geringeren vereinbarten Anschlussleistung auskommen oder überhöhte Gleichzeitigkeitsannahmen vermeiden.

Beispiel: Das Projekt nutzt eine zentrale Standortregelung, gestuftes Laden von Elektrofahrzeugen, thermische Speicher und eine Leistungsbegrenzung der Wärmepumpe.

Der Netzbetreiber muss das geplante Regelungs- und Schutzkonzept anerkennen. Ein bloßes Softwareversprechen ersetzt keine Netzanschlussuntersuchung.

Wärmepumpensystem für kalte Klimazonen

Definition: Die Wärmepumpe arbeitet in einer Region mit lang anhaltend niedrigen Außentemperaturen, beispielsweise in Finnland oder in alpinen Gebieten.

Zweck: Die kombinierte Wirkung einer hohen Gebäudeheizlast, einer niedrigen Quellentemperatur und des Bedarfs an elektrischer Zusatzheizung kontrollieren.

Vorteile: Eine korrekte Dimensionierung und ein geeignetes Zusatzheizermanagement können extreme Winterlastspitzen verhindern.

Beispiel: Das System hält für Auslegungsbedingungen eine begrenzte Zusatzheizstufe verfügbar und sperrt einen unnötigen Heizstabeinsatz während der normalen Trinkwarmwassererwärmung.

Reversible Wärmepumpe in einer kühlungsdominierten Periode

Definition: Die Wärmepumpe stellt bei warmen Bedingungen Kühlung bereit, wie dies beispielsweise in Spanien, Norditalien oder gemischt genutzten Gebäuden auftreten kann.

Zweck: Verhindern, dass der Kühlbedarf mit anderen Nachmittags- oder Abendlasten zusammenfällt.

Vorteile: Vorkühlung, PV-Koordination und eine variable Verdichterregelung können die Kühllastspitze reduzieren.

Beispiel: Das Gebäude wird während einer hohen PV-Erzeugung leicht vorgekühlt und hält anschließend den Komfort mit reduzierter Verdichterleistung aufrecht.

Vorteile der Lastspitzenreduzierung

Die Lastspitzenreduzierung kann für Gebäudeeigentümer, Installateure, Facility Manager und Stromnetze einen Mehrwert schaffen. Der Nutzen hängt von der betrachteten Systemgrenze, dem Tarif und der Qualität der Regelung ab.

Geringere Anforderungen an den elektrischen Anschluss

Eine niedrigere, nachgewiesene Lastspitze kann die erforderliche Anschlusskapazität reduzieren. Dies kann sich auf Kabel, Schutzeinrichtungen, Schaltanlagen, Transformatoren und die vertraglich vereinbarte Leistung auswirken.

Der Nutzen ist besonders groß, wenn andernfalls eine Verstärkung des Anschlusses erforderlich wäre.

Niedrigere leistungsabhängige Stromkosten

Bei einem Leistungs- oder Kapazitätstarif werden die Kosten teilweise anhand der Leistung in Kilowatt berechnet. Eine Reduzierung des höchsten gemessenen Intervalls kann diesen Teil der Stromrechnung senken.

Die Regelung muss auf das tatsächlich verwendete Abrechnungsverfahren ausgerichtet sein. Die Reduzierung einer Lastspitze außerhalb des abrechnungsrelevanten Zeitfensters kann ohne finanziellen Nutzen bleiben.

Bessere Nutzung der vorhandenen Infrastruktur

Ein gleichmäßigeres Lastprofil verbessert die Auslastung vorhandener elektrischer Betriebsmittel. Dasselbe Kabel oder derselbe Transformator kann mehr nutzbare Energie übertragen, ohne für eine kurze und vermeidbare Lastspitze dimensioniert werden zu müssen.

Dieser Vorteil ist sowohl für einzelne Gebäude als auch für Verteilnetze relevant.

Geringere Abhängigkeit von elektrischer Widerstandsheizung

Eine geeignete Regelung des Zusatzheizers kann unnötigen Widerstandsheizbetrieb verhindern. Dadurch können sowohl die Spitzenleistung als auch der Stromverbrauch sinken.

Der Zusatzheizer sollte für genehmigte Notfall-, Hygiene- und Auslegungsfunktionen weiterhin verfügbar bleiben.

Bessere Integration erneuerbarer Energien

Thermische Speicher ermöglichen es, den Stromverbrauch der Wärmepumpe in Zeiträume mit verfügbarer Wind-, Solar- oder lokaler PV-Erzeugung zu verschieben. Das Gebäude wird damit von einem vollständig unflexiblen Verbraucher zu einer steuerbaren elektrischen Last.

Die Regelung sollte tatsächliche Überschüsse oder Systemsignale nutzen. Ein festgelegter Mittagszeitplan entspricht nicht zwangsläufig an jedem Tag der erneuerbaren Erzeugung.

Höhere Betriebsstabilität

Kontrollierte Stufenschaltung und Modulation können abrupte Leistungsänderungen verhindern. Die Heizungsanlage arbeitet mit klareren Prioritäten und weniger gleichzeitigen Starts.

Ein stabiler Betrieb kann außerdem die Erkennung von Störungen und falschen Einstellungen erleichtern.

Bessere Kostenprognose

Die Überwachung zeigt, welche Betriebsarten die höchsten Lastspitzen verursachen. Facility Manager können technische Ereignisse mit den daraus entstehenden Tarifkosten in Verbindung bringen.

Diese Informationen unterstützen Wartung, Optimierung und künftige Investitionsentscheidungen.

Erhöhte Aufnahmefähigkeit des Netzes

Auf aggregierter Ebene können koordinierte flexible Verbraucher lokale Engpässe reduzieren und bestimmte Netzverstärkungen zeitlich aufschieben. Dafür müssen zahlreiche Geräte am richtigen Ort und zum richtigen Zeitpunkt reagieren.

Eine unkoordinierte Reaktion auf Strompreise kann den gegenteiligen Effekt haben, wenn viele Geräte gleichzeitig wieder anlaufen.

Mögliche Vorteile für die Anlagenkomponenten

Eine Lastspitzenregelung kann die Verdichtertaktung und die Laufzeit des Zusatzheizers reduzieren, wenn sie einen längeren und stabileren Betrieb unterstützt. In einer Kaskade kann sie außerdem die Betriebsstunden auf mehrere Einheiten verteilen.

Eine ungeeignete Regelung kann dagegen die Taktung erhöhen oder den Betrieb bei ineffizienten Temperaturen erzwingen. Vorteile für die Anlagenkomponenten sind daher nicht automatisch gegeben, sondern von der konkreten Regelungsstrategie abhängig.

Auswahlkriterien für ein System zur Lastspitzenreduzierung

Das System sollte ausgehend vom gewünschten Ergebnis ausgewählt werden. Die erste Frage lautet nicht, welcher Regler gekauft werden soll. Zunächst muss geklärt werden, welche Lastspitze reduziert werden muss.

Regelungsziel definieren

Es ist festzulegen, ob sich das Ziel auf einen der folgenden Werte bezieht:

• Elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe.
• Leistung der Heizungsanlage.
• Netzbezug des gesamten Gebäudes.
• Vertraglich vereinbarte Anschlussleistung.
• Tarifrelevante Lastspitze.
• Leistungsgrenze des Netzbetreibers.
• Flexibilitätsverpflichtung gegenüber einem Aggregator.

Eine einzelne Regelungsstrategie erfüllt möglicherweise nicht alle diese Ziele.

Messintervall definieren

Es muss bestimmt werden, ob die maßgebliche Lastspitze wie folgt ermittelt wird:

• Momentanleistung.
• Gleitender 15-Minuten-Mittelwert.
• Festes 15-Minuten-Zählerintervall.
• 30-Minuten-Mittelwert.
• Stundenmittelwert.
• Täglicher, monatlicher oder jährlicher Höchstwert.
• Lastspitze innerhalb bestimmter Tarifzeiten.

Datenauflösung und Reaktionszeit der Regelung müssen das jeweils geltende Verfahren unterstützen.

Referenzwert bestimmen

Es sollten Intervallwerte aus einem repräsentativen Zeitraum verwendet werden. Soweit erforderlich, müssen Außentemperatur, Belegung, Produktion und Trinkwarmwassernutzung berücksichtigt oder bereinigt werden.

Für einen Neubau sollte eine Simulation mit realistischen Gleichzeitigkeitsannahmen erstellt werden, anstatt einfach sämtliche Nennleistungen zu addieren.

Maximale elektrische Leistungsaufnahme analysieren

Dabei darf nicht nur die Nennleistung des Verdichters betrachtet werden. Zu berücksichtigen sind:

• Maximale Verdichterleistung unter relevanten Betriebsbedingungen.
• Interner elektrischer Zusatzheizer.
• Externer Zusatzheizer.
• Quellenpumpen und Ventilatoren.
• Umwälzpumpen.
• Komponenten für den Abtaubetrieb.
• Elektrischer Heizstab im Trinkwarmwasserspeicher.
• Gleichzeitiger Betrieb mehrerer Einheiten.
• Notbetriebsarten.

Thermische Flexibilität bewerten

Es muss bestimmt werden, wie lange die Wärmeerzeugung reduziert werden kann, ohne festgelegte Grenzen zu verletzen.

Zu bewerten sind:

• Pufferspeichervolumen.
• Trinkwarmwasserspeicher.
• Speicherkapazität der Fußbodenplatte.
• Thermische Gebäudemasse.
• Zulässige Schwankung der Raumtemperatur.
• Prozessspeicher.
• Belegungszeitplan.
• Wärmeverlustrate.
• Erforderliche Wiederaufheizzeit.

Wärmeverteilsystem prüfen

Niedertemperatur-Wärmeübertrager verbessern die Leistung der Wärmepumpe. Hochtemperaturheizkörper oder unzureichend abgeglichene Heizkreise können die verfügbare Flexibilität reduzieren.

Ein Gebäude, das schnell auskühlt, benötigt möglicherweise mehr Speicherkapazität oder ein kürzeres beziehungsweise schwächeres Regelereignis.

Verdichtermodulation prüfen

Die minimale und maximale Leistungsaufnahme muss bei den tatsächlichen Betriebstemperaturen geprüft werden. Ein großer Modulationsbereich bietet üblicherweise mehr Regelungsmöglichkeiten.

Darüber hinaus sind Mindestlaufzeit, Wiedereinschaltverzögerung und zulässige Leistungsänderungsgeschwindigkeit zu prüfen.

Logik des Zusatzheizers festlegen

Die Regelungsspezifikation sollte folgende Punkte definieren:

• Zulässige Betriebsbedingungen.
• Maximale Heizstufe oder Leistungsaufnahme.
• Verzögerung vor der Aktivierung.
• Notfallfreigabe.
• Verhalten während eines Hygienezyklus.
• Verhalten im Störbetrieb.
• Zusammenwirken mit der standortweiten Leistungsgrenze.

Zähler- und Kommunikationsschnittstellen prüfen

Das System kann Daten von einem Smart Meter, Wechselrichter, Batteriespeicher, einer Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge oder einem Gebäudemanagementsystem benötigen.

Zu prüfen sind Kommunikationsprotokoll, Aktualisierungsrate, Datenqualität, Cybersicherheit, Datenhoheit und Rückfallverhalten. „Kompatibel“ sollte bedeuten, dass die Integration auf der erforderlichen Funktionsebene getestet wurde.

Regionale Tarif- und Netzbetreiberregeln prüfen

Tarifstrukturen und Regelungsverpflichtungen unterscheiden sich zwischen Deutschland, Österreich, der Schweiz, Italien, Spanien, Polen, Finnland und anderen Märkten. Die Planung muss den Regeln am konkreten Netzanschlusspunkt entsprechen.

Eine deutsche Leistungsgrenze oder eine österreichische Tarifannahme darf nicht ungeprüft auf ein anderes Land übertragen werden.

Prioritäts- und Komfortregeln definieren

In der Regelungsspezifikation sollte festgelegt werden, welche Lasten zuerst reduziert werden dürfen.

Eine typische Reihenfolge für ein Wohngebäude kann lauten:

1. Batterieladung.
2. Laden des Elektrofahrzeugs.
3. Optionale Zusatzladung des Trinkwarmwassers.
4. Anpassung des Sollwerts der Raumheizung.
5. Begrenzung des Verdichters.
6. Sicherheits- und Notfallfunktionen bleiben geschützt.

Die richtige Reihenfolge hängt vom jeweiligen Gebäude ab.

Regelung von Nachholspitzen vorsehen

Die Regelung sollte die Rückkehr verzögerter Verbraucher staffeln. Sie darf nicht alle Beschränkungen gleichzeitig aufheben.

Eine schrittweise Rückkehr ist insbesondere nach einem Tarifzeitraum oder einem Netzereignis wichtig, das viele Gebäude gleichzeitig betrifft.

Inbetriebnahme und Datenzugang verlangen

Eine Lastspitzenregelung sollte unter realistischen Bedingungen geprüft werden. Der Betreiber sollte Intervallleistungen, Regelbefehle, Temperaturen, Zusatzheizerbetrieb und Alarmmeldungen einsehen können.

Ohne Datenzugang kann eine unzureichende Leistung des Systems unbemerkt bleiben.

Unterstützung über den Lebenszyklus bewerten

Es sollte geprüft werden, ob Softwareupdates, Ferndiagnose, Ersatzteile und Integrationsunterstützung langfristig verfügbar bleiben.

Die Lastspitzenregelung ist eine betriebliche Funktion. Ihr Nutzen hängt von der langfristigen Konfiguration und Wartung ab und nicht nur von der Erstinstallation.

Vergleich mit verwandten Konzepten

Lastspitzenreduzierung und Lastspitzenmanagement

Die Lastspitzenreduzierung ist das Ergebnis. Sie bezeichnet die gemessene Verringerung der maximalen Leistung in Kilowatt.

Das Lastspitzenmanagement ist der Prozess. Es umfasst Regelungen, Zeitpläne und Betriebsregeln, mit denen dieses Ergebnis erreicht werden soll.

Ein Lastspitzenmanagementsystem kann installiert sein, ohne eine relevante Reduzierung zu erzielen, wenn es ungeeignet konfiguriert wurde.

Lastspitzenreduzierung und Energieeffizienz

Energieeffizienz reduziert die für eine Dienstleistung erforderliche Energiemenge. Sie wird üblicherweise in Kilowattstunden, anhand der saisonalen Leistung oder als nutzbare Wärme pro eingesetzter Energieeinheit gemessen.

Lastspitzenreduzierung senkt die höchste Geschwindigkeit des Stromverbrauchs. Sie wird in Kilowatt gemessen.

Eine Strategie kann beide Werte verbessern. Eine Vorheizung auf ein hohes Temperaturniveau kann jedoch die Lastspitze reduzieren und gleichzeitig den Gesamtenergieverbrauch erhöhen.

Lastspitzenreduzierung und Lastverschiebung

Bei der Lastverschiebung wird Stromverbrauch von einem Zeitpunkt auf einen anderen verlagert. Dadurch kann die ursprüngliche Lastspitze sinken.

Eine niedrigere Maximalleistung ist jedoch nicht garantiert. Verzögerte Verbraucher können eine neue Nachholspitze verursachen.

Lastspitzenreduzierung und Demand Response

Demand Response beginnt mit einem externen Preis-, Netz- oder Marktsignal. Die Lastspitzenreduzierung kann dabei das angeforderte Ergebnis sein.

Ein Gebäude kann seine eigene Lastspitze jedoch auch reduzieren, ohne an einem formellen Demand-Response-Programm teilzunehmen.

Lastspitzenreduzierung und PV-Eigenverbrauch

Beim PV-Eigenverbrauch wird lokal erzeugter Solarstrom innerhalb des Gebäudes genutzt. Solange Solarstrom verfügbar ist, kann dies den Netzbezug reduzieren.

Die Lastspitzenreduzierung konzentriert sich dagegen auf den höchsten Netzbezug oder die höchste Geräteleistung. Das Jahresmaximum kann zu einem Zeitpunkt mit geringer PV-Erzeugung auftreten.

Lastspitzenreduzierung und batteriegestützte Lastspitzenkappung

Ein Batteriespeicher kann während einer Lastspitze entladen und dadurch den Netzbezug senken. Die Wärmepumpe kann gleichzeitig mit unveränderter elektrischer Leistung weiterlaufen.

Die batteriegestützte Lastspitzenkappung ist daher eine elektrische Speichermethode zur Reduzierung der standortweiten Lastspitze.

Lastspitzenreduzierung und Lastabwurf

Beim Lastabwurf werden Verbraucher bei Bedarf abgeschaltet oder in ihrer Leistung reduziert. Dies kann abrupt erfolgen und die Versorgung beeinträchtigen.

Die Lastspitzenreduzierung nutzt üblicherweise thermische Flexibilität, Modulation und Priorisierung, um unnötige Komfortverluste zu vermeiden.

Elektrische Lastspitze und Auslegungsheizlast

Die Auslegungsheizlast ist die thermische Leistung, die erforderlich ist, um ein Gebäude bei festgelegten Außenbedingungen warm zu halten. Sie wird in thermischen Kilowatt angegeben.

Die elektrische Lastspitze ist die elektrische Leistungsaufnahme des Heizsystems oder des Gebäudes. Beide Werte sind über die Effizienz der Wärmepumpe miteinander verbunden, dürfen jedoch nicht gleichgesetzt werden.

Integration mit anderen Systemen

Integration mit Photovoltaikanlagen

Definition: Bei der PV-Integration wird der Betrieb der Wärmepumpe mit der gemessenen Solarstromerzeugung am Standort verknüpft.

Zweck: Flexible Heiz-, Kühl- oder Trinkwarmwassererzeugung wird in Zeiträume mit einem tatsächlichen PV-Überschuss verlagert.

Vorteile: Der Netzbezug kann reduziert, der Eigenverbrauch erhöht und thermische Speicher können geladen werden.

Beispiel: Die Regelung beginnt mit der Pufferladung erst dann, wenn der Export am Hauptzähler einen festgelegten Schwellenwert überschreitet.

Das System sollte den Nettoenergiefluss des gesamten Standorts und nicht nur die Wechselrichterleistung berücksichtigen. Ein Gebäude kann Solarstrom erzeugen und gleichzeitig Strom aus dem Netz beziehen, wenn die übrigen Verbraucher eine höhere Leistung benötigen.

Integration mit Batteriespeichern

Definition: Bei der Batterieintegration werden elektrische Ladung und Entladung mit dem Leistungsbedarf der Wärmepumpe koordiniert.

Zweck: Es wird verhindert, dass Batterie und Wärmepumpe gleichzeitig mit voller Leistung aus dem Netz versorgt werden. Außerdem kann die Batterie während einer standortweiten Lastspitze entladen werden.

Vorteile: Batteriespeicher reagieren elektrisch schneller als die meisten thermischen Systeme.

Beispiel: Die Batterie entlädt, wenn die Wärmepumpe in den Trinkwarmwasserbetrieb wechselt und sich der Standort seiner Netzbezugsgrenze nähert.

Der Ladezustand der Batterie muss berücksichtigt werden. Eine leere oder für die Notstromversorgung reservierte Batterie kann keine Lastspitzenunterstützung leisten.

Integration mit Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge

Definition: Bei der Integration von Elektrofahrzeugen wird die Ladeleistung als regelbare Gebäudelast behandelt.

Zweck: Zwei leistungsstarke elektrifizierte Technologien werden hinter einem gemeinsamen Anschluss koordiniert.

Vorteile: Die Ladeleistung kann häufig vorübergehend reduziert werden, ohne die Mobilität wesentlich zu beeinträchtigen.

Beispiel: Die Ladeeinrichtung erhält vom häuslichen Energiemanagementsystem einen variablen Stromsollwert und erhöht die Leistung nach Ende der Heizlastspitze wieder.

Die Regelung sollte die erforderliche Abfahrtszeit und den Mindestladezustand berücksichtigen.

Integration mit einem Smart Meter

Definition: Ein Smart Meter liefert Intervallwerte oder nahezu in Echtzeit verfügbare Daten am elektrischen Netzanschluss.

Zweck: Die Regelung erhält einen präzisen Überblick über den Netto-Netzbezug.

Vorteile: Das System kann den gesamten Standort regeln, anstatt den Leistungsbedarf anhand einzelner Geräte schätzen zu müssen.

Beispiel: Ein Zähler übermittelt den Netzbezug im Abstand weniger Sekunden, während die Regelung gleichzeitig einen gleitenden Leistungswert für das Tarifintervall berechnet.

Die verfügbare Aktualisierungsrate und Datenschnittstelle unterscheiden sich je nach Zähler und Land. Der Zugriff auf Abrechnungsdaten kann langsamer sein, als es für eine betriebliche Regelung erforderlich ist.

Integration mit HEMS, BEMS oder BMS

Definition: Ein Heimenergie-, Gebäudeenergie- oder Gebäudemanagementsystem koordiniert die Wärmepumpe mit den übrigen technischen Anlagen des Gebäudes.

Zweck: Es setzt standortweite Prioritäten, Zeitpläne, Leistungsgrenzen und Optimierungsregeln um.

Vorteile: Für mehrere Energieanlagen steht eine gemeinsame Regelungsebene zur Verfügung.

Beispiel: Ein Gebäudeenergiemanagementsystem verteilt die verfügbare Netzleistung auf eine Wärmepumpenkaskade, Lüftungsanlagen, Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge und einen Batteriespeicher.

Die Wärmepumpe sollte ihre lokalen Schutzfunktionen beibehalten. Das übergeordnete System sollte einen Betriebszustand oder eine Leistungsgrenze anfordern und nicht die Sicherheitsfunktionen des Verdichters umgehen.

Integration mit dynamischen Stromtarifen

Definition: Bei der Integration dynamischer Tarife wird der Betrieb entsprechend zeitlich veränderlicher Strompreise angepasst.

Zweck: Flexibler Verbrauch wird in günstigere Zeiträume verschoben.

Vorteile: Die Stromkosten können sinken, und es entsteht ein wirtschaftlicher Anreiz für die Nutzung thermischer Speicher.

Beispiel: Das System bereitet das Trinkwarmwasser vor einem teuren Abendzeitraum vor.

Der günstigste Zeitraum ist nicht zwangsläufig der Zeitraum mit der niedrigsten lokalen Netzbelastung. Preisoptimierung und Lastspitzenbegrenzung sollten daher als getrennte Regelungsbedingungen behandelt werden.

Integration mit Netzbetreibern oder Aggregatoren

Definition: Die Wärmepumpe oder die Standortregelung erhält ein externes Flexibilitäts- oder Leistungsbegrenzungssignal.

Zweck: Das System unterstützt Engpassbewirtschaftung, Systemausgleich oder andere Netzdienstleistungen.

Vorteile: Flexible Lasten können den Netzbetrieb unterstützen und gegebenenfalls zu einer Tarifreduzierung oder Vergütung führen.

Beispiel: Ein Verteilnetzbetreiber übermittelt eine vorübergehende Netzbezugsgrenze, und das Energiemanagementsystem verteilt die verfügbare Leistung auf die regelbaren Verbraucher.

Teilnahmebedingungen, Referenzwertverfahren und Kommunikationsstandards unterscheiden sich je nach Rechtsordnung.

Integration mit Wetterprognosen

Definition: Die Wetterintegration nutzt Prognosen zu Außentemperatur, Sonneneinstrahlung und anderen relevanten Bedingungen.

Zweck: Sie prognostiziert den Gebäudeheizbedarf und die voraussichtliche Leistung der Wärmepumpe.

Vorteile: Die Regelung kann Speicher vor einer Kälteperiode vorbereiten und übermäßiges Vorheizen bei mildem Wetter vermeiden.

Beispiel: Die Heizkennlinie wird vor einem prognostizierten Temperaturabfall schrittweise angepasst.

Prognosebasierte Entscheidungen sollten anhand der tatsächlich gemessenen Innen- und Außentemperaturen korrigiert werden.

Integration mit der Raumregelung

Definition: Die Raumregelung liefert Informationen zu Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Belegung.

Zweck: Sie bestimmt den tatsächlich verfügbaren Komfortspielraum für Vorheizung, Vorkühlung oder eine vorübergehende Leistungsreduzierung.

Vorteile: Flexibilität kann gezielt genutzt werden, ohne in allen Räumen dieselbe Temperaturänderung vorzunehmen.

Beispiel: Räume mit Südausrichtung und solaren Gewinnen werden weniger stark vorgeheizt als Räume mit Nordausrichtung.

Die Raumregelung kann außerdem bereits überhitzte Zonen erkennen, die nicht als zusätzlicher thermischer Speicher genutzt werden sollten.

Integration mit thermischen Speichern

Definition: Bei der Speicherintegration werden Speichertemperaturen, verfügbare Kapazität und prognostizierter Bedarf in die Regelungsentscheidung einbezogen.

Zweck: Vor Beginn des Spitzenzeitraums muss ausreichend gespeicherte Wärme verfügbar sein.

Vorteile: Das System kann Dauer und Umfang der verfügbaren Flexibilität abschätzen.

Beispiel: Die Regelung berechnet, dass der Pufferspeicher genügend nutzbare Energie enthält, um die Wärmepumpenleistung für 45 Minuten zu reduzieren.

Die Speichertemperatur allein beschreibt die nutzbare Kapazität möglicherweise nicht vollständig. Auch Schichtung, Rücklauftemperatur und erforderliche Vorlauftemperatur sind relevant.

Umsetzung der Lastspitzenreduzierung

Ein erfolgreiches Projekt beginnt mit der elektrischen und thermischen Problemstellung. Regelungseinstellungen werden erst ausgewählt, nachdem die Ursache der Lastspitze und die erforderliche Versorgung definiert wurden.

Schritt 1: Systemgrenze definieren

Es ist festzulegen, ob sich das Ziel auf die Wärmepumpe, die Heizungsanlage oder den gesamten Standort bezieht. Der genaue Zähler oder Messpunkt muss bestimmt werden.

Schritt 2: Spitzenleistungskennzahl festlegen

Messintervall, Tarifzeitfenster, vertragliche Leistungsgrenze oder Netzregelungsanforderung sind zu dokumentieren. Es muss angegeben werden, ob sich das Ziel auf Momentanleistung, einen gleitenden Mittelwert oder ein festes Intervall bezieht.

Schritt 3: Repräsentative Daten erfassen

Zu messen sind der Netzbezug des Standorts, die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe, der Betrieb des Zusatzheizers, Temperaturen und große flexible Verbraucher. Die Daten sollten kalte Witterungsperioden, Trinkwarmwasserspitzen und relevante Produktionszeiten umfassen.

Schritt 4: Thermischen Bedarf berechnen

Eine anerkannte Heizlastberechnung ist durchzuführen. Tatsächliche Vorlauftemperaturen, Wärmeübertragerleistung, Speicherkapazität und Trinkwarmwasserbedarf sind zu überprüfen.

Schritt 5: Ursachen der Lastspitzen bestimmen

Strukturell notwendiger Bedarf muss von vermeidbarer Gleichzeitigkeit getrennt werden. Es ist zu bestimmen, ob die Lastspitze hauptsächlich durch den Verdichter, den Zusatzheizer, die Trinkwarmwasserspeicherung, das Laden eines Elektrofahrzeugs oder einen anderen Verbraucher verursacht wird.

Schritt 6: Betriebliche Grenzen definieren

Festzulegen sind die zulässige Schwankung der Raumtemperatur, Mindesttemperaturen im Speicher, Hygieneanforderungen, Prozessanforderungen und Notfallfreigaben.

Schritt 7: Reduzierungsmethoden auswählen

Eine geeignete Kombination der folgenden Maßnahmen ist auszuwählen:

• Modulation.
• Begrenzung des Zusatzheizers.
• Thermische Speicherung.
• Vorkonditionierung.
• Zeitplanung der Trinkwarmwasserbereitung.
• Lastpriorisierung.
• Kaskaden- und Stufenschaltung.
• Batterieentladung.
• Regelung der Ladeleistung von Elektrofahrzeugen.
• Demand Response.

Schritt 8: Regelungshierarchie konfigurieren

Es ist festzulegen, welche Regelung für welche Funktion zuständig ist. Widersprüchliche Befehle von Wärmepumpe, HEMS, BMS, Tarifanwendung und Netzschnittstelle müssen vermieden werden.

Schritt 9: Betrieb im ungünstigsten Fall prüfen

Zu prüfen sind der Leistungsbedarf bei kalter Witterung, die Wiedererwärmung des Trinkwarmwassers, Abtauvorgänge, die Aktivierung des Zusatzheizers, Kommunikationsstörungen und die Rückkehr nach einer Begrenzung.

Schritt 10: Ergebnis überprüfen

Die geregelte Lastspitze ist mit dem vereinbarten Referenzwert zu vergleichen. Sowohl die Lastspitzenreduzierung als auch die Versorgungsqualität müssen geprüft werden.

Schritt 11: Nachholspitzen prüfen

Die Intervalle unmittelbar nach jedem Regelereignis sind zu überprüfen. Wiedereinschaltverzögerungen und Leistungsrampen müssen bei Bedarf angepasst werden.

Schritt 12: Überwachen und verbessern

Saisonale Leistung, Energieverbrauch des Zusatzheizers, Komfortabweichungen und Lastspitzen sind fortlaufend zu erfassen. Die Strategie muss aktualisiert werden, wenn sich Tarife, Nutzer oder angeschlossene Geräte ändern.

Messung der Leistungsfähigkeit einer Lastspitzenreduzierung

Der wichtigste Leistungsindikator ist die Verringerung der maximalen elektrischen Leistung. Eine vollständige Bewertung sollte außerdem zeigen, ob sich die Maßnahme auf Energieeffizienz, Komfort oder Zuverlässigkeit ausgewirkt hat.

Zentrale Leistungsindikatoren

• Maximale elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe in kW.
• Maximale Leistungsaufnahme der Heizungsanlage in kW.
• Maximaler Netzbezug des gesamten Standorts in kW.
• Absolute Lastspitzenreduzierung in kW.
• Prozentuale Lastspitzenreduzierung.
• Dauer der Lastspitze.
• Leistungsbedarf innerhalb des tarifrelevanten Spitzenzeitfensters.
• Nachholspitze nach Aufhebung der Begrenzung.
• Energieverbrauch des elektrischen Zusatzheizers in kWh.
• Anzahl der Verdichterstarts.
• Saisonaler Leistungsfaktor beziehungsweise Jahresarbeitszahl.
• Abweichung der Innenraumtemperatur.
• Verfügbarkeit von Trinkwarmwasser.
• Anzahl und Dauer fehlgeschlagener Regelereignisse.
• Verfügbare Flexibilitätsleistung in kW.
• Verfügbare Flexibilitätsdauer.

Beispiel einer Leistungsmessung

Ein Gebäude weist im Referenzbetrieb eine 15-Minuten-Lastspitze von 24 kW auf. Nach Einführung einer Koordination des Elektrofahrzeugladens, einer Begrenzung des Zusatzheizers und einer Zeitsteuerung der Trinkwarmwasserbereitung beträgt das höchste vergleichbare Intervall 16,5 kW.

Die Reduzierung beträgt:

24 kW − 16,5 kW = 7,5 kW

Die prozentuale Reduzierung beträgt:

7,5 ÷ 24 × 100 = 31,25 %

Dieser Wert ist nur aussagekräftig, wenn die geregelten Zeiträume und die Referenzzeiträume vergleichbare Außentemperaturen, Belegungszahlen und thermische Bedarfswerte aufweisen.

Beispiel gleichzeitiger Verbraucher

Ein ungeregeltes Gebäude könnte gleichzeitig folgende Leistungen aufweisen:

• Wärmepumpenverdichter: 5 kW.
• Elektrischer Zusatzheizer: 6 kW.
• Pumpen und Ventilatoren: 0,5 kW.
• Ladeeinrichtung für Elektrofahrzeuge: 11 kW.
• Sonstige Gebäudelasten: 3 kW.

Die gleichzeitige Gesamtleistung beträgt 25,5 kW.

Ein koordinierter Betriebszustand könnte folgendermaßen aussehen:

• Modulierender Verdichter: 4 kW.
• Zusatzheizer: 0 kW.
• Pumpen und Ventilatoren: 0,5 kW.
• Reduzierte Ladeleistung des Elektrofahrzeugs: 3,7 kW.
• Sonstige Gebäudelasten: 3 kW.

Die geregelte Gesamtleistung beträgt 11,2 kW. Hierbei handelt es sich um eine Beispielrechnung und nicht um eine allgemein empfohlene Leistungsgrenze. Die zulässige Reduzierung hängt vom thermischen Bedarf und den Anlagengrenzen ab.

Grenzen, Risiken und Schutzmaßnahmen

Die Lastspitzenreduzierung sollte das Energiesystem verbessern, ohne verborgene betriebliche Probleme zu verursachen. Die größten Risiken entstehen, wenn das Leistungsziel gegenüber den tatsächlichen thermischen Anforderungen priorisiert wird.

Nachholspitzen

Verzögerte Heiz-, Trinkwarmwasser- und Ladevorgänge können anschließend gleichzeitig wieder anlaufen. Die neue Lastspitze kann genauso hoch oder höher als die ursprüngliche Spitze sein.

Schutzmaßnahme: Gestaffelte Wiederaufnahme, Leistungsrampen und Mindestverzögerungen vor dem Wiederanlauf verwenden.

Verringerte Wärmepumpeneffizienz

Wird ein Speicher oder Gebäude auf eine unnötig hohe Temperatur vorgeheizt, erhöht sich der vom Verdichter zu überwindende Temperaturhub. Der daraus resultierende niedrigere COP kann den gesamten Stromverbrauch erhöhen.

Schutzmaßnahme: Nur die kleinste wirksame Temperaturerhöhung verwenden und den prognostizierten COP in die Regelungsentscheidung einbeziehen.

Komfortverlust

Eine übermäßig restriktive Leistungsgrenze kann dazu führen, dass die Raumtemperatur bei kalter Witterung zu stark absinkt.

Schutzmaßnahme: Mindesttemperaturen, maximale Ereignisdauer und verfügbare Wiederaufheizleistung vor der Inbetriebnahme festlegen.

Trinkwarmwassermangel

Eine zeitliche Verschiebung der Speicherladung ohne Kenntnis der Entnahmemuster kann die Verfügbarkeit reduzieren.

Schutzmaßnahme: Mindestspeichertemperaturen, Bedarfsprognosen und geschützte Hygienezyklen verwenden.

Übermäßiges Verdichtertakten

Eine sich schnell ändernde externe Leistungsgrenze kann wiederholte Starts und Stopps verursachen.

Schutzmaßnahme: Mindestlaufzeit, Mindestausschaltzeit, Modulationsbereich und zulässige Leistungsänderungsgeschwindigkeit einhalten.

Übermäßiger Zusatzheizereinsatz nach einem Regelereignis

Eine lange Begrenzung kann ein erhebliches thermisches Defizit verursachen. Während der anschließenden Wiederaufheizung kann der Zusatzheizer zugeschaltet werden.

Schutzmaßnahme: Die Last nach Ende des Ereignisses prognostizieren und das Ereignis beenden, bevor das Defizit die Wiederaufheizleistung des Verdichters überschreitet.

Unzureichende thermische Speicherkapazität

Ein Pufferspeicher kann zu klein sein oder keinen ausreichend nutzbaren Temperaturbereich besitzen.

Schutzmaßnahme: Die tatsächlich nutzbare thermische Kapazität berechnen, anstatt sich auf das Nennvolumen des Speichers zu verlassen.

Unzulässige Abhängigkeit von Photovoltaik

Eine Regelungsstrategie kann fälschlicherweise davon ausgehen, dass während einer winterlichen Lastspitze Solarstrom verfügbar ist.

Schutzmaßnahme: Anschluss- und Lastspitzenberechnungen ohne angenommene gleichzeitige PV-Erzeugung durchführen, sofern diese nicht durch eine anerkannte Regelungs- oder Speicherlösung garantiert wird.

Kommunikationsausfall

Zähler, Cloud-Dienst, Wechselrichter oder Netzschnittstelle können ausfallen oder keine Daten mehr bereitstellen.

Schutzmaßnahme: Lokale Rückfallregelung, Datenqualitätsprüfungen, Alarmmeldungen und einen sicheren Standardbetriebsmodus vorsehen.

Widersprüchliche Optimierungsziele

Eine Tarifregelung kann den Betrieb mit voller Leistung anfordern, während die Lastspitzenregelung gleichzeitig eine Reduzierung verlangt.

Schutzmaßnahme: Eine formelle Prioritätenreihenfolge festlegen. Sicherheits- und Anschlussgrenzen sollten üblicherweise Vorrang vor der Preisoptimierung haben.

Cybersicherheit und Datenschutz

Vernetzte Regelungen tauschen Gebäude-, Zähler- und Betriebsdaten aus.

Schutzmaßnahme: Kontrollierte Zugriffsrechte, unterstützte Protokolle, Softwareupdates, Protokollierung und die jeweils geltenden nationalen Cybersicherheitsanforderungen umsetzen.

Regulatorischer und normativer Kontext

Der folgende regulatorische Überblick entspricht dem Stand von August 2026. Nationale Regelungen, Tarifwerte und Anforderungen der Verteilnetzbetreiber müssen für jedes Projekt gesondert geprüft werden.

Europäische Union

Die überarbeitete Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden unterstützt Gebäude, die Betriebsbedingungen, Nutzeranforderungen und externe Signale des Energiesystems erfassen, interpretieren und darauf reagieren können. Der EU-Smart-Readiness-Indikator bewertet insbesondere Energieflexibilität und Speicherfähigkeit sowie die Bereiche Heizung, Kühlung, Trinkwarmwasser, Strom und Gebäuderegelung. Dies unterstützt die politische Entwicklung hin zu netzinteraktiven Gebäuden, legt jedoch keine einheitliche Lastspitzengrenze für sämtliche Wärmepumpen fest.

Das politische Instrumentarium der IEA aus dem Jahr 2026 empfiehlt vernetzte Wärmepumpenregelungen, die Flexibilität bereitstellen und zur Lastspitzenreduzierung beitragen können. Zudem werden dynamische Strompreise als Instrument zur Förderung flexibler Lasten genannt.

Deutschland

Die Regelungen nach § 14a EnWG gelten für neue steuerbare Verbrauchseinrichtungen mit einer Netzanschlussleistung von mehr als 4,2 kW, darunter Wärmepumpen und die zugehörigen elektrischen Zusatzheizungen. Seit dem 1. Januar 2024 müssen betroffene Einrichtungen steuerbar sein. Bei einer konkreten lokalen Netzgefährdung darf der Netzbetreiber den Netzbezug vorübergehend auf eine festgelegte Mindestleistung reduzieren. Standardmäßig beträgt diese Mindestleistung 4,2 kW; für größere oder kaskadierte Systeme gelten gesonderte Berechnungsregeln. Im Gegenzug erhalten die Betreiber eine Reduzierung der Netzentgelte.

Seit 2025 müssen Stromlieferanten in Deutschland dynamische Stromtarife anbieten. Für die Nutzung eines solchen Tarifs benötigen Kunden ein intelligentes Messsystem. Dynamische Tarife können die Lastverschiebung unterstützen; eine gesonderte standortweite Lastspitzenbegrenzung kann dennoch erforderlich sein.

Österreich

Für 2026 führte E-Control für berechtigte Kunden der Netzebene 7 eine Netztarifoption ein, durch die sich der arbeitsbezogene Netzentgeltanteil während festgelegter sommerlicher Tagesstunden reduziert. Die Maßnahme soll den Stromverbrauch in Zeiträume mit hoher PV-Erzeugung verlagern und setzt entsprechende Smart-Meter-Datenregelungen voraus.

In Unterlagen von E-Control vom Juli 2026 wird außerdem eine mögliche künftige Tarifstruktur mit einer stärkeren Leistungskomponente beschrieben, die auf der höchsten monatlichen 15-Minuten-Leistung basiert. Die veröffentlichten Werte stellen ein angestrebtes Zielbild beziehungsweise eine Konsultationsposition dar und keinen einheitlichen aktuell geltenden Tarif. Der Vorschlag verdeutlicht, weshalb kurzzeitige elektrische Lastspitzen für die österreichische Systemplanung zunehmend relevant werden.

Schweiz

Die schweizerischen Regelungen schaffen ab 2026 einen klareren Rahmen für dynamische Netztarife. Nach Angaben der ElCom führen Netzbetreiber zunehmend neue dynamische Modelle ein, insbesondere bei den Netzentgelten, um die Netzauslastung zu verbessern und den Verstärkungsbedarf zu reduzieren. Die konkreten Produkte und Umsetzungsmodelle unterscheiden sich zwischen den Netzbetreibern. Zum Zeitpunkt der Veröffentlichung durch die ElCom hatte kein Betreiber einen dynamischen Tarif zum Standardtarif für 2026 gemacht.

SG Ready

Das SG-Ready-Label des Bundesverbands Wärmepumpe kennzeichnet Wärmepumpen und kompatible Komponenten, die eine definierte Steuerungsschnittstelle unterstützen. Seit dem 25. Februar 2026 gilt Version 3.1, die eine Regelung über drei digitale Betriebszustände beschreibt. Zu den kompatiblen Komponenten können Wechselrichter, Energiemanager, FNN-Steuerboxen und Automatisierungstechnik gehören.

SG Ready bestätigt eine Schnittstellenfähigkeit. Das Label weist allein nicht nach, dass ein Gebäude eine bestimmte Lastspitzenreduzierung erreicht. Das gesamte hydraulische, elektrische und regelungstechnische System muss weiterhin fachgerecht geplant und in Betrieb genommen werden.

Relevante technische Normen

• EN 12831: National anzuwendende Verfahren zur Berechnung der Auslegungsheizlast von Gebäuden.
• EN 14825: Saisonale Leistung und deklarierte Wärmepumpenleistung unter festgelegten Bedingungen.
• ISO 52120-1:2021: Rahmen für den Beitrag von Gebäudeautomation, Regelung und Gebäudemanagement zur Energieeffizienz von Gebäuden.
• ISO 50001:2018: Rahmen für systematisches Energiemanagement und kontinuierliche Verbesserung.

Normen unterstützen Planung und Messung. Sie ersetzen keine projektspezifische Tarifanalyse, elektrische Planung oder Genehmigung durch den Verteilnetzbetreiber.

Die Lastspitzenreduzierung macht aus einer ungeregelten elektrischen Wärmepumpenlast einen koordinierten Bestandteil des Gebäudeenergiesystems. Sie senkt die maximale Leistungsaufnahme durch eine Kombination aus korrekter Systemdimensionierung, Niedertemperatur-Wärmeverteilung, Verdichtermodulation, Regelung des Zusatzheizers, thermischer Speicherung und gebäudeweitem Energiemanagement.

Das Ziel muss stets in Kilowatt, an einem bestimmten Messpunkt und für ein festgelegtes Zeitintervall definiert werden. Anschließend ist das Ergebnis anhand eines repräsentativen Referenzwerts zu überprüfen. Ein gutes System reduziert die Lastspitze, ohne eine Nachholspitze, Komfortprobleme oder Effizienzverluste zu verursachen.

Für die iDM Energiesysteme GmbH liegt die überzeugendste Produktpositionierung in einem vollständigen, vernetzten Wärmepumpensystem mit einem klar definierten Lastspitzenziel. Wärmepumpe, NAVIGATOR-Regelung, Speicher, Messtechnik und externe Integrationen sollten als eine gemeinsame Betriebsarchitektur spezifiziert werden.

Häufig gestellte Fragen

Was versteht man unter Lastspitzenreduzierung in einem Wärmepumpensystem?

Es handelt sich um die Reduzierung der höchsten elektrischen Leistung, die von der Wärmepumpenanlage oder dem gesamten Gebäude während eines festgelegten Intervalls aufgenommen wird. Das System erreicht dies durch Begrenzung, Verschiebung oder Koordination flexibler Lasten.

Spart Lastspitzenreduzierung Strom?

Das ist möglich, aber nicht garantiert. Eine Begrenzung des Zusatzheizerbetriebs oder niedrigere Vorlauftemperaturen können den Energieverbrauch reduzieren. Eine Vorheizung auf ein höheres Temperaturniveau kann dagegen die Lastspitze senken und gleichzeitig den gesamten Stromverbrauch erhöhen.

Ist ein Pufferspeicher erforderlich?

Nicht in jedem Fall. Ein Gebäude kann eine Fußbodenplatte, einen Trinkwarmwasserspeicher, die Gebäudemasse oder einen modulierenden Verdichter als Bestandteil der Strategie nutzen. Ein Pufferspeicher ist nur dann sinnvoll, wenn seine hydraulische Funktion und nutzbare Speicherkapazität den Systemanforderungen entsprechen.

Kann eine Wärmepumpe während einer Lastspitze einfach abgeschaltet werden?

Eine vorübergehende Abschaltung kann möglich sein, ist jedoch nicht immer die beste Methode. Modulation, Speicherung und Lastpriorisierung führen üblicherweise zu einem gleichmäßigeren Ergebnis. Das System muss Komfort, Hygiene, Frostschutz und die Betriebsgrenzen des Verdichters gewährleisten.

Wie hoch kann die Lastspitzenreduzierung sein?

Es gibt keinen allgemeingültigen Prozentwert. Die mögliche Reduzierung hängt vom Einsatz des Zusatzheizers, der Speicherkapazität, der thermischen Trägheit des Gebäudes, anderen elektrischen Verbrauchern und der Dauer des Spitzenzeitraums ab. Ein gemessener Referenzwert und eine standortspezifische Simulation sind erforderlich.

Beseitigt eine Photovoltaikanlage die Lastspitze der Wärmepumpe?

Nicht zwangsläufig. Winterliche Lastspitzen treten häufig auf, wenn die Solarstromerzeugung gering oder nicht verfügbar ist. Photovoltaik kann den Netzbezug am Tag reduzieren; bei der Anschlussplanung darf jedoch nicht davon ausgegangen werden, dass die PV-Erzeugung immer mit dem maximalen Heizbedarf zusammenfällt.

Ist ein dynamischer Tarif dasselbe wie Lastspitzenreduzierung?

Nein. Bei einem dynamischen Tarif verändert sich der Strompreis im Zeitverlauf. Die Lastspitzenreduzierung begrenzt dagegen die maximale Leistung. Ein Zeitplan mit günstigen Preisen kann eine neue Lastspitze verursachen, wenn viele Geräte gleichzeitig anlaufen.

Garantiert SG Ready eine Lastspitzenreduzierung?

Nein. SG Ready bestätigt eine definierte Schnittstellenfähigkeit. Das tatsächliche Ergebnis wird durch Regelung, Zähler, Hydraulik, Gebäude und Betriebseinstellungen bestimmt.

Ist Lastspitzenreduzierung auch für Wohngebäude relevant?

Ja. In Wohngebäuden werden zunehmend Wärmepumpen, Ladeeinrichtungen für Elektrofahrzeuge, Photovoltaikanlagen und Batteriespeicher kombiniert. Eine Koordination dieser Geräte kann den Netzanschluss schützen und dynamische Tarife oder netzseitige Steuerungsanforderungen unterstützen.

Welche Daten werden benötigt?

Mindestens erforderlich sind elektrische Leistungsdaten am maßgeblichen Messpunkt. Bessere Ergebnisse sind möglich, wenn zusätzlich die Leistungsaufnahme der Wärmepumpe, der Betriebszustand des elektrischen Zusatzheizers, Temperaturen, Wetterdaten, Trinkwarmwasserbedarf und Daten großer flexibler Verbraucher verfügbar sind.

Was ist eine Nachholspitze?

Eine Nachholspitze entsteht, wenn verzögerte Verbraucher nach Ende einer Begrenzung wieder anlaufen und dadurch eine neue Höchstleistung verursachen. Eine gestaffelte Wiederaufnahme und eine prädiktive Regelung reduzieren dieses Risiko.

Kann die Lastspitzenreduzierung den Komfort beeinträchtigen?

Eine ungeeignet konfigurierte Regelung kann den Komfort beeinträchtigen. Eine korrekte Regelung definiert Mindesttemperaturen, die maximale Dauer eines Regelereignisses und geschützte Trinkwarmwasserfunktionen, bevor die elektrische Leistung reduziert wird.