Anlage stumi75

Vorwort

Diese Seite beschreibt den Umbau von einer Viessmann Atola 11kW Gasheizung auf eine Panasonic Aquarea Wärmepumpe WH-MDC05J3E5.

Der Bestand

Das Haus

• Reiheneckhaus in Oberbayern
• Baujahr 1990
• 2016 von uns erworben
• Erdgeschoß, Obergeschoß und Dachgeschoß mit zusammen 131 m² Wohnfläche plus Keller
• Erdgeschoß Wohnzimmer, Küche, WC
• Obergeschoß drei Zimmer, Bad
• Dachgeschoß ein Zimmer, Bad
• Wände aus 30 cm Hohllochziegel
• Ursprüngliche Dämmung Dach ca. 4 cm Engelshaar Glaswolle + 2 cm Rigipsplatte
• Unten Bodenplatte 1 cm Styropor + 7 CM Betonestrich
• Dach 26° Neigung Süd-Südwest/ Nord-Nordost
• 9,3 kWp PV Anlage auf dem Süddach

Die Heizung

• 11kW Viessmann Atola Niedertemperatur Gasbrenner BJ 1990
• EG: 3 Heizkörper in Reihe (90x55 22, 140x55 22, 60x55 10)
• OG: 5 Heizkörper in Reihe (70x55 20, 70x55 33, 60x55 22, nachgerüstete FBH (2016), Handtuchheizkörper (2016), 70x55 20)
• DG: 2 Heizkörper in Reihe (80x55 33, 80x55 33)
• Keller: 1 Heizkörper nachgerüstet parallel (140x90 22)
• Rauschfreier Volumenstrom 540 l/h

Die Idee

Heizung

• Einbau einer 3,5kW LLWP im EG im August 2022 wegen von Russland erzeugter Gaskrise
• Planungsbeginn Umbau auf Wärmepumpe trotz miserabler Hydraulik im Herbst 2022
• Beim Gasbrenner die Düse auf 5kW Heizleistung ausgelitert
• Stromanschluß des Gasbrenners auf Steckdose umgebaut und einen Tasmota WLAN Stecker dazwischen gesteckt um über den Stromverbrauch das Taktverhalten im Homeassistant zu protokollieren.
• Am 13.12.2022 bei minus 14 Grad war der Brenner immer noch am Takten - somit war klar, das 5kW Heizleistung ausreichen müssten.

Hydraulikschema

Obwohl laut Wikipedia Einrohrheizungen schon seit den 1980ern kaum noch eingebaut wurden, hat der damalige Errichter trotzdem eine beauftragt - der drei Reihenhäuser wurden ja nur vermietet. Die anderen Häuser der Straße wurden von Eigenheimbewohnern gebaut - da findet sich Fussbodenheizung und Zweirohrkreise bei Heizkörpern. Ein meiner Meinung nach weiterer Grund, warum sich Gesetzgeber ins Baugewerbe einmischen müssen, um Mindeststandards durchzusetzen.

Die Einrohrheizung ist einfach Mist:

• Geringer Volumenstrom
• Bei Verwendung eines Überstromventils geht wegen des hohen Gegendrucks der Einrohrheizung bei Heizbetrieb das Volumen durch das Ventil direkt in den Puffer

Somit wurde der alte 200l WW-Speicher als Reihen-/Abtaupuffer eingeplant wie hier beschrieben mit elektrischem Umschaltventil.

Dabei wird ein zweites 3-Wege Ventil zwischen Vorlauf Heizkreis und Vorlauf Reihenpuffer eingebracht, um bei Abtaubetrieb einen Kurzschluß von der Wärmepumpe zum Reihenpuffer herzustellen. Im Heizbetrieb läuft der gesamte Volumenstrom durch den Heizkreis und dann durch den Reihenpuffer.

Das 3-Wege Ventil wird durch das Abtausignal der Jeisha umgeschalten (AB - Reihenpuffer Vorlauf, B - Heizkreis Rücklauf, A - Wärmepumpe Vorlauf).

Dämmung

• Beim Umbau vor dem Einzug mussten schon die Fenster im EG getauscht werden - das passierte zum Glück 3-glasig.
• Sonst war die Dämmung des 1990er Zustands nur das mindeste.

PV

• 9,3 kWp Anlage kam in 2019 und Dank PV-Forum mal was selbst mit Vorwissen geplant
• Das Süddach ist komplett voll und die Technik für 2019 top.

Umsetzung

Dach

• Beim Umbau vor dem Einzug 2016 mit 16cm Mineralwolle gedämmt und wo möglich mit 40cm (Dachspitz und gefangene Räume über den Lauf der Zeit)

Fenster

• Alle Rolladenkästen aufgemacht, sauber gemacht, Bänder getauscht und mit 40mm Armaflex nachgedämmt

Wärmeverteilung

• Bei allen Heizkörpern vor dem Winter 2022 die Thermostate mit Blindstopfen ersetzt
• Den thermischen Abgleich mit den Einrohrhahnblöcken gemacht

Somit konnte der Volumenstrom auf 720 l/h rauschfrei erhöht werden

Installation Wärmepumpe

• Rückbau der Zirkulation
• 300l TESY Speicher unter der Küche aufgestellt, das Warmwasser kommt nun ohne Zirkulation in ca. 3 Sekunden in der Küche, in den Badezimmern nach ca. 10 Sekunden
• Thermosiphons beim WW-Speicher verbaut
• Drei Wärmemengenzähler: Heizen, WW-Bereitstelung und WW-Verbrauch
• Alten 200l WW-Speicher als Reihenpuffer verbaut - der Kurzschluß beim Abtauen wird durch ein weiteres, von der Jeisha gesteuertes, Afriso 3-Wege-Ventil geschalten.
• Gasbrenner entsorgt

Steuerung & Co

Ziele sind:

• möglichst lange Laufzeiten des Kompressors
• konstante Innenraumtemperatur bis in den Abend
• Ausnutzung der PV und höheren Quelltemperaturen durch eine Überhöhung tagsüber und einmalige Warmwasserbereitung um 13 Uhr

Statistiken

Ohne Messwerte und deren Auswertung keine Entscheidungen!

Strom

Heizen

Wasser

PV Anlage

Wärmepumpen-Verbrauchsdatenbank

Steuerung

Die WP Heizungssteuerung läuft mit der Wassertemperatur geführten Heizkurve. Das Steuergerät ist an zentraler, schattiger Stelle im Wohnzimmer montiert und damit wird die Raumtemperatur gemessen.

Die Heizkurze bestimmt anhand der Aussentemperatur den Vorlauf und somit den Energieeintrag - wenn dieser passend nachgeführt wird, bleibt die Temperatur im Haus konstant.

Die Heishamon Rules

• schalten die Warmwasserbereitung um 13 Uhr ein, setzen anhand der Außentemperatur das Warmwasserziel, schalten bei warmen Temperaturen in der Nacht die WP komplett aus und drosseln die Wasserpumpenleistung in der Nacht (timer10)
• schalten beim Ende der Warmwasserbereitung wieder zurück auf Heizbetrieb ohne den Kompressorlauf zu unterbrechen (on @DHW_Power_Consumption)
• kümmern sich um das Eindrosseln der Jeisha per Flüstermodus und Laufzeitverlängerung per Vorlauftemperaturverschiebung (on @Main_Outlet_Temp und on @Main_Target_Temp)

Alles andere macht die Jeisha Steuerung.

Heizkurve

Heizkurve

Heishamon Rules

Mit Kommentaren:

Die Kommentare müssen vor dem Hochladen in HeishaMon entfernt werden, z.B. mit https://pypi.org/project/heishamon-rules-minify/

on System#Boot then
-- Variables to remember state before DHW production starts(with sane defaults)
   #stateBeforeDHW = 1;
   #OpModeBeforeDHW = 0;
   #targetLowBeforeDHW = 31;
   #targetHighBeforeDHW = 40;
-- Turning the heatpump off at night: 0: functionality deactivated, 1: active, 2: heatpump should go off
   #offAtNight = 1;
-- Set water pump back to delta-T automatic
   @SetPump = 0;
   setTimer(10, 40);
end

-- Time based actions live here
on timer=10 then
   setTimer(10, 30);
   $hour = %hour;
   $minute = %minute;
   if $hour == 6 && $minute == 0 then
-- Increase volume flow on cold days to increase COP
      if @Outside_Temp < 12 then
         @SetMaxPumpDuty = 160;
      end
-- Heatpump was turned off before the night -> turn it on again
      if @Operating_Mode_State == 0 && #offAtNight == 2 && @Heatpump_State == 0 then
         #offAtNight = 1;
         @SetHeatpump = 1;
      end
   end
   if $hour == 9 && $minute == 0 && @Operating_Mode_State == 1 && #offAtNight == 2 && @Heatpump_State == 0 && @Outside_Temp > 27 then
      #offAtNight = 1;
      @SetHeatpump = 1;
   end
-- Start DHW production with possibly highest source temperature (-> better COP) and high probability of PV power
   if (( %hour == 13 && %minute == 0 && @DHW_Temp < ( @DHW_Target_Temp + @DHW_Heat_Delta )) || @DHW_Temp < 20 ) && @Operating_Mode_State < 3 then
-- Remember state
      #stateBeforeDHW = @Heatpump_State;
      #OpModeBeforeDHW = @Operating_Mode_State;
-- Activate heatpump (if previously off) and set to DHW mode
      @SetHeatpump = 1;
      @SetOperationMode = #OpModeBeforeDHW + 4;
   end
-- Check if the heatpump can be turned off at night
   if $hour == 18 && $minute == 0 && #offAtNight == 1 && @Heatpump_State == 1 then
      if @Operating_Mode_State == 0 && @Room_Thermostat_Temp > 22 && @Outside_Temp > 9 then
         #offAtNight = 2;
      end
      if @Operating_Mode_State == 1 then
         #offAtNight = 2;
         @SetHeatpump = 0;
      end
   end
-- Reduce volume flow at night to keep radiators quiet and propably turn off heatpump
   if $hour == 20 && $minute == 0 then
      @SetMaxPumpDuty = 110;
      if @Operating_Mode_State == 0 && #offAtNight == 2 && @Heatpump_State == 1 then   
         @SetHeatpump = 0;
      end
   end
end

on @DHW_Power_Consumption then
-- On every change of DHW power consumption check if the heatpump is finished with DHW production
   if @Heatpump_State == 1 && @Operating_Mode_State >= 3 && @DHW_Power_Consumption == 0 && ( @DHW_Temp >= @DHW_Target_Temp || @Main_Outlet_Temp >= @Main_Target_Temp ) then
-- During summertime the heatpump is off - so probably turn it off again
      @SetHeatpump = #stateBeforeDHW;
-- Turn off DHW to switch the 3-way valve back to room heating to help keep the heat in the tank
      @SetOperationMode = #OpModeBeforeDHW;
   end
end
on @ThreeWay_Valve_State then
-- On every change of the 3-way valve check if in room or tank mode
   if @ThreeWay_Valve_State == 1 then
-- Remember state
      #targetLowBeforeDHW = @Z1_Heat_Curve_Target_Low_Temp;
      #targetHighBeforeDHW = @Z1_Heat_Curve_Target_High_Temp;
-- Set to DHW mode (required if "Force DHW" button has been pressed)
      @SetOperationMode = #OpModeBeforeDHW + 4;
-- Calculate DHW target temperature from outdoor temperature
      $minDHWTarget = 45;
      $minOutside = 10;
      $maxDHWTarget = 52;
      $maxOutside = 25;
      $newDHWTarget = round($minDHWTarget + ((@Outside_Temp - $minOutside ) * ($maxDHWTarget - $minDHWTarget) / ($maxOutside - $minOutside)));
      if @Outside_Temp <= $minOutside then
         $newDHWTarget = $minDHWTarget;
      end
      if @Outside_Temp >= $maxOutside then
         $newDHWTarget = $maxDHWTarget;
      end
-- Only set new DHW target in case it changed (increase EEPROM life time)
      if @DHW_Target_Temp != $newDHWTarget then
         @SetDHWTemp = $newDHWTarget;
      end
-- Set curve to be used directly after DHW production ends to keep the compressor running
      $targetAfterDHW = ( @DHW_Target_Temp + 5 );
      @SetCurves = concat('{zone1:{heat:{target:{high:', $targetAfterDHW ,',low:', $targetAfterDHW ,'}}}}');
-- Set water pump to test mode to max out on water volume (increase COP)
      @SetPump = 1;
   else
- Switching back to room heating/cooling
      @SetHeatpump = #stateBeforeDHW;
      @SetOperationMode = #OpModeBeforeDHW;
-- Set water pump to test mode to max out on water volume (to get quickly back to previous heating temperature)
      @SetPump = 1;
-- Set timer for the end of the ramp down
      setTimer(20, 240);
   end
end
on timer=20 then
-- Increase target temperature before switching back to original heating curve (to keep compressor running)
   @SetZ1HeatRequestTemperature = 5;
-- Switching back to original heating curve
   @SetCurves = concat('{zone1:{heat:{target:{high:', #targetHighBeforeDHW ,',low:', #targetLowBeforeDHW ,'}}}}');
-- Set water pump back to delta-T automatic
   @SetPump = 0;
end

-- To keep the compressor running, throttle the heat pump because it is switched off
-- as soon as the delta between target and actual outlet is greater than 2 K.
on @Main_Target_Temp then
   throttle();
end
on @Main_Outlet_Temp then
   throttle();
end
on @Main_Inlet_Temp then
   throttle();
end
on throttle then
-- If executed while off the heatpump might turn on the next day because #offAtNight can become 2
   if @Heatpump_State == 1 then
-- Identify if in room heat or cool(0 = heat, 1 = cool) or tank mode
      if @Operating_Mode_State % 2 == 0 || @ThreeWay_Valve_State == 1 then
-- Reduce heat request when leading room is over 22 degrees
         #roomDelta = 0;
         if @Outside_Temp < 7 && @Room_Thermostat_Temp > 22 then
            #roomDelta = -1;
         end
-- @Z1_Heat_Request_Temp modifies @Main_Target_Temp so take it into account
         #outletDeltaHeat = @Main_Outlet_Temp  - @Main_Target_Temp + @Z1_Heat_Request_Temp - #roomDelta;
-- When catching up to the target temperature do not activate quiet mode (-> better COP)
         if #outletDeltaHeat < 0.3 then
            $newQuietMode = 0;
         end
-- When over the target temperature thottle by activate quiet mode
         if #outletDeltaHeat >= 1.6 then
            $newQuietMode = 3;
         end
         #newHeatRequest = floor( #outletDeltaHeat ) - 1;
-- If the heat is not taken anymore and the heat request adjustment maximum is reached turn the headpump off at night
         if #newHeatRequest > 5 then
            #newHeatRequest = 5;
            if #offAtNight == 1 && @Outside_Temp > 9 then
               #offAtNight = 2;
            end
         end
-- Set reduced heat request only if it does not turn the compressor off
         if #newHeatRequest <= 0 && ( @Main_Outlet_Temp  - @Main_Target_Temp ) < 2 then
            #newHeatRequest = #roomDelta;
         end
-- Only set new values in case they changed (increase EEPROM life time)
         if @Z1_Heat_Request_Temp != #newHeatRequest then
            @SetZ1HeatRequestTemperature = #newHeatRequest;
         end
      else
-- Do the same as above for cooling mode
         $outletDeltaCool = @Main_Outlet_Temp - @Main_Target_Temp + @Z1_Cool_Request_Temp;
         if $outletDeltaCool > 0 then
            $newQuietMode = 0;
         end
         if $outletDeltaCool <= -1 then
            $newQuietMode = 3;
         end
         $newCoolRequest = floor( $outletDeltaCool ) + 1;
         if $newCoolRequest < -2 then
            $newCoolRequest = -2;
         end
         if $newCoolRequest > 3 then
            $newCoolRequest = 3;
         end
         if @Z1_Cool_Request_Temp != $newCoolRequest then
            @SetZ1CoolRequestTemperature = $newCoolRequest;
         end
      end
-- Only set new values in case they changed (increase EEPROM life time)
      if @Quiet_Mode_Level != $newQuietMode then
         @SetQuietMode = $newQuietMode;
      end
   end
end

Für HeishaMon zum Hochladen

on System#Boot then
   #stateBeforeDHW = 1;
   #OpModeBeforeDHW = 0;
   #targetLowBeforeDHW = 31;
   #targetHighBeforeDHW = 40;
   #offAtNight = 1;
   @SetPump = 0;
   setTimer(10, 40);
end

on timer=10 then
   setTimer(10, 30);
   $hour = %hour;
   $minute = %minute;
   if $hour == 6 && $minute == 0 then
      if @Outside_Temp < 12 then
         @SetMaxPumpDuty = 160;
      end
      if @Operating_Mode_State == 0 && #offAtNight == 2 && @Heatpump_State == 0 then
         #offAtNight = 1;
         @SetHeatpump = 1;
      end
   end
   if $hour == 9 && $minute == 0 && @Operating_Mode_State == 1 && #offAtNight == 2 && @Heatpump_State == 0 && @Outside_Temp > 27 then
      #offAtNight = 1;
      @SetHeatpump = 1;
   end
   if (( %hour == 13 && %minute == 0 && @DHW_Temp < ( @DHW_Target_Temp + @DHW_Heat_Delta )) || @DHW_Temp < 20 ) && @Operating_Mode_State < 3 then
      #stateBeforeDHW = @Heatpump_State;
      #OpModeBeforeDHW = @Operating_Mode_State;
      @SetHeatpump = 1;
      @SetOperationMode = #OpModeBeforeDHW + 4;
   end
   if $hour == 18 && $minute == 0 && #offAtNight == 1 && @Heatpump_State == 1 then
      if @Operating_Mode_State == 0 && @Room_Thermostat_Temp > 22 && @Outside_Temp > 9 then
         #offAtNight = 2;
      end
      if @Operating_Mode_State == 1 then
         #offAtNight = 2;
         @SetHeatpump = 0;
      end
   end
   if $hour == 20 && $minute == 0 then
      @SetMaxPumpDuty = 110;
      if @Operating_Mode_State == 0 && #offAtNight == 2 && @Heatpump_State == 1 then   
         @SetHeatpump = 0;
      end
   end
end

on @DHW_Power_Consumption then
   if @Heatpump_State == 1 && @Operating_Mode_State >= 3 && @DHW_Power_Consumption == 0 && ( @DHW_Temp >= @DHW_Target_Temp || @Main_Outlet_Temp >= @Main_Target_Temp ) then
      @SetHeatpump = #stateBeforeDHW;
      @SetOperationMode = #OpModeBeforeDHW;
   end
end
on @ThreeWay_Valve_State then
   if @ThreeWay_Valve_State == 1 then
      #targetLowBeforeDHW = @Z1_Heat_Curve_Target_Low_Temp;
      #targetHighBeforeDHW = @Z1_Heat_Curve_Target_High_Temp;
      @SetOperationMode = #OpModeBeforeDHW + 4;
      $minDHWTarget = 45;
      $minOutside = 10;
      $maxDHWTarget = 52;
      $maxOutside = 25;
      $newDHWTarget = round($minDHWTarget + ((@Outside_Temp - $minOutside ) * ($maxDHWTarget - $minDHWTarget) / ($maxOutside - $minOutside)));
      if @Outside_Temp <= $minOutside then
         $newDHWTarget = $minDHWTarget;
      end
      if @Outside_Temp >= $maxOutside then
         $newDHWTarget = $maxDHWTarget;
      end
      if @DHW_Target_Temp != $newDHWTarget then
         @SetDHWTemp = $newDHWTarget;
      end
      $targetAfterDHW = ( @DHW_Target_Temp + 5 );
      @SetCurves = concat('{zone1:{heat:{target:{high:', $targetAfterDHW ,',low:', $targetAfterDHW ,'}}}}');
      @SetPump = 1;
   else
      @SetHeatpump = #stateBeforeDHW;
      @SetOperationMode = #OpModeBeforeDHW;
      @SetPump = 1;
      setTimer(20, 240);
   end
end
on timer=20 then
   @SetZ1HeatRequestTemperature = 5;
   @SetCurves = concat('{zone1:{heat:{target:{high:', #targetHighBeforeDHW ,',low:', #targetLowBeforeDHW ,'}}}}');
   @SetPump = 0;
end

on @Main_Target_Temp then
   throttle();
end
on @Main_Outlet_Temp then
   throttle();
end
on @Main_Inlet_Temp then
   throttle();
end
on throttle then
   if @Heatpump_State == 1 then
      if @Operating_Mode_State % 2 == 0 || @ThreeWay_Valve_State == 1 then
         #roomDelta = 0;
         if @Outside_Temp < 7 && @Room_Thermostat_Temp > 22 then
            #roomDelta = -1;
         end
         #outletDeltaHeat = @Main_Outlet_Temp  - @Main_Target_Temp + @Z1_Heat_Request_Temp - #roomDelta;
         if #outletDeltaHeat < 0.3 then
            $newQuietMode = 0;
         end
         if #outletDeltaHeat >= 1.6 then
            $newQuietMode = 3;
         end
         #newHeatRequest = floor( #outletDeltaHeat ) - 1;
         if #newHeatRequest > 5 then
            #newHeatRequest = 5;
            if #offAtNight == 1 && @Outside_Temp > 9 then
               #offAtNight = 2;
            end
         end
         if #newHeatRequest <= 0 && ( @Main_Outlet_Temp  - @Main_Target_Temp ) < 2 then
            #newHeatRequest = #roomDelta;
         end
         if @Z1_Heat_Request_Temp != #newHeatRequest then
            @SetZ1HeatRequestTemperature = #newHeatRequest;
         end
      else
         $outletDeltaCool = @Main_Outlet_Temp - @Main_Target_Temp + @Z1_Cool_Request_Temp;
         if $outletDeltaCool > 0 then
            $newQuietMode = 0;
         end
         if $outletDeltaCool <= -1 then
            $newQuietMode = 3;
         end
         $newCoolRequest = floor( $outletDeltaCool ) + 1;
         if $newCoolRequest < -2 then
            $newCoolRequest = -2;
         end
         if $newCoolRequest > 3 then
            $newCoolRequest = 3;
         end
         if @Z1_Cool_Request_Temp != $newCoolRequest then
            @SetZ1CoolRequestTemperature = $newCoolRequest;
         end
      end
      if @Quiet_Mode_Level != $newQuietMode then
         @SetQuietMode = $newQuietMode;
      end
   end
end

Homeassistant Konfiguration

configuration.yaml

sensor:
  - platform: template
    sensors:
      custom_panasonic_heat_pump_average_runtime:
        friendly_name: Heatpump average runtime
        unit_of_measurement: h
        value_template: >-
          {% set calc = ( float( states('sensor.panasonic_heat_pump_main_operations_hours'),0) / float( states('sensor.panasonic_heat_pump_main_operations_counter'),1) ) | round(2) %}
          {{ 0 if calc <= 0 else calc }}
      custom_panasonic_heat_pump_cop_s0:
        friendly_name: Aquarea COP (S0)
        unit_of_measurement: x
        value_template: >-
          {% set calc = ( float( states('sensor.panasonic_heat_pump_production'),0) / float( states('sensor.panasonic_heat_pump_s0_watt_1'),1) ) | round(2) %}
          {{ 0 if calc <= 0 else calc }}

recorder:
  purge_keep_days: 400
  commit_interval: 120

Dashboards

Wärmepumpe

views:
  - title: Home
    type: sections
    cards: []
    max_columns: 2
    sections:
      - type: grid
        cards:
          - type: entities
            entities:
              - entity: sensor.panasonic_heat_pump_main_outside_temp
              - entity: sensor.panasonic_heat_pump_main_room_thermostat_temp
              - entity: sensor.panasonic_heat_pump_main_dhw_temp
              - entity: sensor.panasonic_heat_pump_main_threeway_valve_state
              - entity: switch.panasonic_heat_pump_main_defrosting_state
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            title: Einstellungen

Wärmepumpe Kurven

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  - title: Home
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            title: Temperaturen
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            title: Drehzahlen
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            title: Energie
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            title: Heat curve
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Jeisha Einstellungen

Meine Einstellungen

Beispiel Tagesverlauf

Wenn das so aussieht, kann man sich freuen...

Messfehler Stromverbrauch

Wenn man dem "Stromzähler" der Aquarea vertraut und dem daraus resultierendem COP, dann ist man enttäuscht, wenn man am Saisonende auf die Stromrechnung kuckt...

Mit höheren Wärmeleistungen wird der Unterschied sogar noch größer...

Heizwasservolumestrom beim Umschalten auf den Pufferspeicher

Bei gleichbleibender Pumpenleistung verdoppelt sich der Volumenstrom, wenn das Abtau-3-Wege-Ventil auf den Pufferspeicher umschaltet.