Was ist eine monovalente Betriebsweise?

Die monovalente Betriebsweise in Heizsystemen setzt auf die Kraft der Einfachheit. Statt sich auf eine Vielzahl von Energiequellen zu verlassen, zieht ein monovalentes System seine Heizkraft aus einer einzigen, spezifischen Energiequelle – sei es Gas, Öl, Elektrizität oder Umweltwärme. Diese Herangehensweise birgt sowohl Vorteile in der Effizienz als auch Herausforderungen bei der Dimensionierung und Leistungsanpassung. Im Artikel „Monovalente Betriebsweise“ beleuchten wir, was hinter diesem Konzept steckt, wie es funktioniert und für wen es besonders geeignet ist.

Definition

Die „monovalente Betriebsweise“ bezieht sich auf Heizsysteme und beschreibt eine Art der Energiebereitstellung. Bei einer monovalenten Betriebsweise wird die gesamte benötigte Heizenergie ausschließlich durch eine einzige Energiequelle bereitgestellt. Das bedeutet, dass im System keine weitere Backup- oder Zusatzheizquelle vorhanden ist. Ist beispielsweise eine Wärmepumpe monovalent ausgelegt, so sorgt sie allein für die gesamte Heizleistung, ohne dass zusätzlich eine Gas- oder Ölheizung zur Unterstützung hinzugeschaltet wird. Bei extremen Außentemperaturen kann es bei solchen Systemen jedoch zu Leistungsgrenzen kommen, da sie nicht durch eine zweite Heizquelle unterstützt werden.

Was sind typische monovalente Heizsysteme?

Monovalente Heizsysteme sind solche, die sich auf eine einzige Energiequelle verlassen, um die gewünschte Raumtemperatur oder Warmwasserbereitung sicherzustellen. Typische monovalente Heizsysteme sind:

• Elektroheizungen: Hier wird elektrischer Strom direkt in Wärme umgewandelt. Beispiele sind Nachtspeicheröfen oder elektrische Fußbodenheizungen.
• Gas-Einzelnheizungen: Einzelne Räume werden durch Geräte wie Gasöfen beheizt.
• Ölheizungen: Dies sind Heizsysteme, die Heizöl als Brennstoff nutzen. Sie können entweder als Zentralheizung eingesetzt werden, um ein ganzes Gebäude zu beheizen, oder als einzelne Ölöfen, die unabhängig voneinander arbeiten.
• Feste Brennstoffe: Heizungen, die Holz, Kohle oder Pellets verwenden. Kaminöfen, Holzvergaserkessel und Pelletheizungen sind Beispiele.
• Monovalente Wärmepumpen: Wärmepumpen, die ohne eine zusätzliche Heizquelle arbeiten, auch bei niedrigen Außentemperaturen. Während es viele Wärmepumpensysteme gibt, die bivalent arbeiten (zum Beispiel mit einem Gas- oder Ölbrenner als Backup), gibt es auch Wärmepumpen, die ausschließlich monovalent betrieben werden.

Es ist wichtig zu beachten, dass bei extrem kalten Temperaturen oder bei einem höheren Wärmebedarf als erwartet, monovalente Systeme an ihre Leistungsgrenzen stoßen können. Daher muss vor der Installation eines monovalenten Heizsystems der Wärmebedarf genau berechnet und das System entsprechend dimensioniert werden.

Welche Wärmepumpenarten sind monovalent?

Grundsätzlich kann jede Art von Wärmepumpe monovalent betrieben werden, solange sie als alleinige Heizquelle ohne zusätzliche Unterstützung durch andere Heizsysteme eingesetzt wird. Dabei ist es wichtig, dass die Wärmepumpe entsprechend dimensioniert ist, um auch bei niedrigsten zu erwartenden Außentemperaturen den gesamten Wärmebedarf des Gebäudes zu decken. Die gängigsten Wärmepumpenarten, die monovalent betrieben werden können, sind:

• Luft-Wasser-Wärmepumpen: Diese Wärmepumpen nutzen die Umgebungsluft als Wärmequelle und übertragen die gewonnene Energie an das Heizungswasser. Bei sehr niedrigen Außentemperaturen kann ihre Effizienz jedoch abnehmen, weshalb die Dimensionierung besonders wichtig ist.
• Erdreich-Wasser-Wärmepumpen (Sole-Wasser-Wärmepumpen): Hier wird die Wärme aus dem Erdreich entnommen. Dies kann über horizontale Erdkollektoren oder vertikale Erdsonden geschehen. Da die Temperatur im Erdreich relativ konstant ist, eignen sich diese Wärmepumpen gut für den monovalenten Betrieb.
• Wasser-Wasser-Wärmepumpen: Diese Wärmepumpen nutzen Grundwasser als Wärmequelle. Da Grundwassertemperaturen ebenfalls relativ stabil sind, kann eine Wasser-Wasser-Wärmepumpe effizient monovalent betrieben werden.
• Luft-Luft-Wärmepumpen: Sie entziehen der Umgebungsluft Wärme und geben diese direkt an die Raumluft weiter. Ihre Verwendung ist meist auf Lüftungs- und Klimatisierungssysteme beschränkt und weniger auf Heizsysteme.
• Brauchwasser-Wärmepumpen: Diese sind speziell für die Erwärmung von Trink- und Brauchwasser konzipiert.

Es sollte beachtet werden, dass der monovalente Betrieb einer Wärmepumpe insbesondere in Gebieten mit sehr kalten Wintertemperaturen eine sorgfältige Planung und Dimensionierung erfordert. Hierbei muss sichergestellt werden, dass die Wärmepumpe auch bei den niedrigsten zu erwartenden Temperaturen den gesamten Heizbedarf decken kann. In solchen Fällen kann es sinnvoll sein, die Kombination mit einem Speichersystem in Erwägung zu ziehen oder eine bivalente Lösung (z.B. mit einem zusätzlichen Gas- oder Ölbrenner) als Backup zu nutzen.

Wie funktioniert die monovalente Betriebsweise?

Die monovalente Betriebsweise bei Heizsystemen beschreibt den Betrieb mit einer einzigen Energiequelle. Das bedeutet, dass es kein weiteres, zusätzliches Heizsystem gibt, das bei höherem Wärmebedarf oder bei Ausfall der primären Energiequelle eingeschaltet werden kann. Hier ein tieferer Einblick in die Funktionsweise:

• Energiequelle: Bei der monovalenten Betriebsweise wird die benötigte Energie ausschließlich aus einer Energiequelle bezogen, sei es Gas, Öl, Elektrizität, Holz, Sonnenenergie oder Umweltwärme (wie bei Wärmepumpen).
• Wärmeerzeugung: Die ausgewählte Energiequelle wird in einem zentralen Wärmeerzeuger, beispielsweise einem Heizkessel oder einer Wärmepumpe, genutzt, um Wärme zu erzeugen.
• Wärmeübertragung: Die erzeugte Wärme wird durch ein Medium – oft Wasser – über das Heizsystem (z. B. Heizkörper, Fußbodenheizung) an die zu beheizenden Räume verteilt.
• Regelung: Ein Thermostat oder ein ähnliches Regelungssystem überwacht die Raumtemperatur und stellt sicher, dass die gewünschte Temperatur beibehalten wird. Sinkt die Temperatur unter den eingestellten Wert, aktiviert die Regelung den Wärmeerzeuger, um mehr Wärme zu produzieren.
• Grenzen und Herausforderungen: Bei extrem kalten Temperaturen oder bei einem unerwartet hohen Wärmebedarf kann ein monovalentes System an seine Grenzen stoßen, da es keine zusätzliche Heizquelle hat, auf die es zurückgreifen kann. Daher ist es wichtig, dass monovalente Heizsysteme korrekt dimensioniert werden, um den Wärmebedarf auch unter ungünstigen Bedingungen zu decken.

Die monovalente Betriebsweise zeichnet sich durch ihre Einfachheit und oft auch durch ihre Kosteneffizienz aus, da keine redundante Ausrüstung oder zusätzliche Brennstoffquellen benötigt werden. Allerdings kann sie, wie bereits erwähnt, auch anfällig für Ausfälle oder Leistungsengpässe sein, wenn der Wärmebedarf den Erwartungen oder dem Design des Systems übersteigt.

Vor- und Nachteile

Vorteile

• Einfachheit und Übersichtlichkeit: Da nur eine Energiequelle verwendet wird, sind die Systeme in der Regel einfacher zu installieren und zu warten. Das Fehlen zusätzlicher Komponenten reduziert auch die Gefahr von Systemfehlern.
• Optimierte Energieeffizienz: Da monovalente Systeme nur für eine Energiequelle entwickelt und optimiert sind, erreichen sie oft einen höheren Wirkungsgrad. Dies kann zu geringeren Energiekosten und einem reduzierten ökologischen Fußabdruck führen.
• Kosteneffizienz: Monovalente Systeme sind in der Regel günstiger in der Anschaffung, da weniger Komponenten benötigt werden. Auch die Wartungskosten können niedriger sein, da weniger Teile ausfallen oder ersetzt werden müssen.
• Geringere Komplexität: Für Hausbesitzer oder Bauherren, die keine technische Vorbildung haben, kann die monovalente Betriebsweise weniger einschüchternd und leichter zu verstehen sein.

Nachteile

• Abhängigkeit von einer Energiequelle: Der offensichtlichste Nachteil ist die vollständige Abhängigkeit von einer einzigen Energiequelle. Wenn diese Energiequelle aus irgendeinem Grund nicht verfügbar ist, z.B. wegen eines Stromausfalls oder einer Unterbrechung der Brennstoffversorgung, fällt das gesamte Heizsystem aus.
• Möglicherweise nicht ideal für extrem kalte Klimazonen: In Gebieten, in denen extrem kalte Temperaturen herrschen, kann eine monovalente Betriebsweise möglicherweise nicht ausreichen, um den gewünschten Wärmekomfort zu bieten.
• Mangel an Flexibilität: Bei plötzlichen Temperaturschwankungen oder erhöhtem Heizbedarf (z.B. durch zusätzliche Gäste im Haus) kann ein monovalentes System Schwierigkeiten haben, sich schnell anzupassen.
• Potenzielle höhere langfristige Kosten: Auch wenn die Anfangsinvestition möglicherweise niedriger ist, können die langfristigen Kosten höher sein, insbesondere wenn die Hauptenergiequelle teurer wird oder ihre Preise instabil sind.

Unterschied zwischen monovalent und bivalent

Während ein monovalentes System nur eine Energiequelle nutzt, kombiniert ein bivalentes System zwei, um ein Backup oder eine Ergänzung zu bieten, was es oft zuverlässiger, aber auch komplexer macht.. Es ist ratsam, die Vor- und Nachteile sorgfältig abzuwägen, um die beste Heizlösung für die jeweilige Situation zu finden.

Häufig gestellte Fragen (FAQs) zur monovalenten Betriebsweise?

Kann ich ein monovalentes Heizsystem nachträglich erweitern?

Ja, viele monovalente Systeme können problemlos erweitert werden. Sie können zusätzliche Heizquellen hinzufügen, um den Wärmebedarf besser zu decken. Dies bietet eine zukunftssichere Lösung, die sich an veränderte Anforderungen anpassen kann.

Sind monovalente Heizsysteme teurer?

Die anfänglichen Installationskosten für monovalente Heizsysteme können möglicherweise höher sein als bei herkömmlichen Systemen. Jedoch gleichen sich diese Kosten oft durch die langfristigen Energieeinsparungen aus. Betrachten Sie es als eine Investition in die Zukunft mit langfristigen Vorteilen.

Welche Energiequellen eignen sich für monovalente Systeme?

Monovalente Systeme können auf verschiedene erneuerbare Energiequellen zurückgreifen. Dazu gehören Sonnenenergie, Biomasse, Wärmepumpen und geothermische Energie. Die Wahl der Energiequelle hängt von den örtlichen Gegebenheiten und den individuellen Präferenzen ab.

Können monovalente Heizsysteme zur Kühlung verwendet werden?

Ja, einige monovalente Heizsysteme bieten die Möglichkeit der Umkehrung, um auch Kühlung zu ermöglichen. Dies kann besonders in wärmeren Monaten von Vorteil sein und die ganzjährige Nutzung des Systems optimieren.

Wie finde ich heraus, welches monovalente System am besten für mich ist?

Die Auswahl des geeigneten monovalenten Heizsystems hängt von mehreren Faktoren ab. Um die beste Entscheidung zu treffen, empfiehlt es sich, eine professionelle Beratung durch einen Heizungsexperten in Anspruch zu nehmen. Dieser kann Ihre individuellen Anforderungen bewerten und eine maßgeschneiderte Lösung empfehlen.

Fazit

Ein häufiger Irrtum ist, dass monovalente Systeme nicht zuverlässig sind. Mit moderner Technologie können sie jedoch ebenso zuverlässig sein wie andere Systeme, wenn sie richtig gewartet werden. Die monovalente Betriebsweise bietet demnach sowohl Vor- als auch Nachteile. Der Schlüssel liegt dabei in der richtigen Anwendung und regelmäßigen Wartung.

Weiterführende Informationen

Literatur

1. Klosa, F., Einsatz von Wärmepumpen in monovalenter und bivalenter Betriebsweise, in: TAB. Technik am Bau 1: S. 31-37, 1987
2. Heikrodt, K., and R. Heckt, Gas-operated heat pump for monovalent space heating and tap water heating. A seizable contribution to carbon dioxide emission control; Gasbetriebene Waermepumpe zur monovalenten Raumbeheizung und Trinkwassererwaermung. Ein greifbarer Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen, 1999