HEIZUNG 25. Jan 2018, 08:53 Uhr Fabian Kurmann, Stephan W. Eder

Checkliste für Wärmepumpen

Theoretisch können Wärmepumpen effizient sein, doch in der Praxis bleiben sie häufig hinter den Erwartungen zurück. Gründe und Lösungsansätze.

Der Kreislaufprozess, den ein Kühlschrank nutzt, liegt auch der Wärmepumpe zugrunde. Sie nutzt aber die Wärmeabgabe statt den Wärmeentzug.
Foto: Bundesverband Wärmepumpe

Die Wärmepumpe gilt zurzeit als ein Hoffnungsträger für die Energiewende. Warmwasser und Heizung sollen durch sie energieeffizienter und – wenn der Strom genügend grün ist – auch klimaneutral bereitgestellt werden. In der Realität laufen die Geräte oft deutlich weniger effizient und überraschen ihre Besitzer mit hohen Stromrechnungen.

Elektrische Wärmepumpe

Prinzip: Eine elektrische Wärmepumpe (WP) funktioniert wie ein Kühlschrank – nur umgekehrt. Sie entzieht der Umgebung (Luft, Boden, Wasser) niederenergetische Wärme. Unter Einsatz von Arbeit (in diesem Fall Strom) erzeugt sie über einen Verdichter Nutzwärme mit höherer Temperatur und überträgt diese auf ein Heizsystem im Gebäude.

Arbeitsmedium: Der Kreislauf nutzt ein Kältemittel, das entweder verdichtet wird (flüssiger Zustand) oder nach der Wärmenutzung entspannt wird (gasförmiger Zustand). Üblich sind heute noch teilfluorierte Kohlenwasserstoffe (sehr hohes Treibhausgaspotenzial). Sollen bis 2030 weitgehend ersetzt werden.

Leistungszahl (COP: Coefficient of Performance): Verhältnis der abgegebenen Nutzwärme- zur eingesetzten elektrischen Antriebsleistung der WP, gemessen auf einem Prüfstand an einem einzigen Betriebspunkt.

Jahresarbeitszahl (JAZ): Maß für die Effizienz einer WP: Wie viel Heizwärme wurde im Verhältnis zum eingesetzten WP-Betriebsstrom innerhalb eines Jahres erzeugt? Ermittelt nach VDI 4650 oder DIN EN 14825 aus COP oder Betriebsmessung. Eine hohe JAZ ergibt sich bei niedriger Heizungsvorlauftemperatur, ergiebiger, gleichbleibender Wärmequelle mit möglichst hoher Temperatur, optimaler Abstimmung und hoher COP.

„Wir haben Ende letzten Jahres Feldtests zu Wärmepumpen ausgewertet. Dabei haben wir festgestellt, dass es einerseits Wärmepumpeninstallationen gibt, die eine sehr hohe Energieeffizienz haben, und dann gibt es die Ausreißer nach unten gleichermaßen“, sagt Jens Schuberth, Mitarbeiter im Fachgebiet Energieeffizienz und Experte für Wärmepumpen beim Umweltbundesamt (UBA) in Dessau.

An einer geringen Effizienz ist in den seltensten Fällen der Wärmepumpenhersteller schuld. „Es liegt vor allem am Planungsprozess und der Art und Weise, wie dann gebaut und betrieben wird“, sagt Harald Fonfara, Vorsitzender des Richtlinienausschusses bei der VDI-Richtlinie 4546, Blatt 1. Es thematisiert Schulungen der Installateure, um die Qualität der Heizsysteme mit Wärmepumpen zu gewährleisten.

Ein erfolgreiches Wärmepumpensystem steht grundsätzlich auf drei Säulen. Eine richtige Planung ist die erste von ihnen. Und hier taucht auch schon ein Problem auf: „Tragisch ist, dass im großen Marktsegment der Ein- und Zweifamilienhäuser nicht geplant, sondern nur errichtet wird“, sagt der Wärmepumpenexperte. Das heißt, es gibt keine Planung, die Installateure liefern einfach die Geräte und nehmen sie in Betrieb. Auf diese Weise kann viel schiefgehen.

„Das ist die Komplexität bei der Wärmepumpe – die stellt man nicht einfach in den Keller und dann wird schon alles gut werden“, sagt Schuberth. Beispielsweise besitzen Ölkessel in der Regel einen großen Wasserraum und eine thermische Trägheit, die eine Wärmepumpe nicht hat. Und während die Vorlauftemperatur beim Ölkessel die Effizienz nur marginal beeinflusst, reagiert die Wärmepumpe empfindlich, wenn sie das Wasser stärker aufheizen muss. „Man kann hier für jedes Grad höherer Vorlauftemperatur mit 3 % bis 6 % schlechterer Effizienz rechnen“, bringt es Fonfara auf den Punkt.

Um die vielen Fallstricke zu umgehen, reiche häufig schon ein einfacher Planungsvorgang. „Den kann jeder Handwerker mit einer guten Meisterausbildung machen“, sagt VDI-Experte. Auch für Schuberth liegt der Ball im Feld der Wärmepumpenbranche. Diese sei gefordert, durchgängig eine vernünftige Qualität bei der Installation abzuliefern.

Die zweite Säule ist der fachgerechte Einbau. Auch hier kann einiges schiefgehen. Dann etwa, wenn der Erdkollektor nicht tief genug verlegt wird oder eine Luftwärmepumpe in eine Ecke zwischen Garage und Haus gestellt wird, so dass sie ihre eigene kalte Luft wieder ansaugt. Die Effizienz der Geräte sinkt in diesen Fällen. Gleiches gilt, wenn der Estrich bei einer Fußbodenheizung über die Erdwärmepumpe getrocknet wird. „Das braucht irrsinnige Wärmemengen, was bedeutet, dass die Sonde sich über Jahre nicht mehr regeneriert und die Heizkosten in den nächsten Jahren zu hoch sind“, sagt Fonfara. Besser sei es, den Estrich mithilfe eines mobilen Zusatzheizers zu trocknen.

Auch der hydraulische Abgleich wird bei der Heizungserneuerung gerne mal vergessen. Er ist nötig, damit sich die Wärme gut im Haus verteilen kann und bereits für die vor über zehn Jahren eingeführte Brennwerttechnik entscheidend. „Auch hier mussten Fachleute lernen, auf die niedrige Rücklauftemperatur zu achten und auf den hydraulischen Abgleich“, sagt der VDI-Experte.

Weiterbildung ist also für Heizungsinstallateure unerlässlich. Zielführend sei es, die Fachkräfte dabei zu begleiten, sich nun auch das Fachwissen über Wärmepumpen anzueignen, sagt Fonfara. Ein Schulungskonzept finde sich zum Beispiel in der VDI 4645, Blatt 1.

Am meisten profitiert von der Weiterbildung der Installateure der Hausbesitzer, da sein System dann effizienter arbeitet. „Den erreichen wir aber nur schlecht“, wendet der Ingenieur ein. „Deshalb wollen wir mit der VDI-Richtlinie über die Verbände, z. B. den Bundesverband Wärmepumpe (BWP), die Hersteller erreichen.“ Das Wissen über den Planungsprozess und häufig gemachte Fehler könne im Rahmen von jenen Schulungen vermittelt werden, die die Hersteller für ihre Produkte ohnehin anböten.

Die dritte Säule eines erfolgreichen Wärmepumpensystems ist das Optimieren der Reglereinstellungen nach Inbetriebnahme. Dabei geben das Objekt und die Planung die individuell erforderlichen Einstellungen vor – zumindest sollte es so sein. Häufig wird aber gar nichts optimiert. „Die Reglereinstellungen ab Werk sind für alle Wärmepumpen zwischen Kiel und Berchtesgaden gleich gut oder gleich schlecht“, sagt Fonfara. In der Praxis laufen Systeme oft lange mit Standardeinstellungen, bis jemand etwas merkt. „In einem von mir untersuchten Bauvorhaben hat die Wärmepumpe sogar noch bei einer Außentemperatur von 20 °C geheizt, also praktisch auch im Sommer“, erinnert sich der Ingenieur an einen Einsatz. Für ein Niedrigenergiehaus, wie in diesem Fall, hätte aber eine Heizgrenztemperatur von 12 °C ausgereicht.

Wer nicht erst dann handeln möchte, wenn es zu spät ist, der kann den Wärmemengenzähler und den Stromzähler an der Wärmepumpe ablesen. Über das Verhältnis der beiden gezählten Energiemengen zueinander über ein Jahr lässt sich die Jahresarbeitszahl der Anlage bestimmen. „Für ein älteres Gebäude mit Heizkörperheizung ist eine Arbeitszahl von über 3 zufriedenstellend“, sagt der Wärmepumpenexperte.

Wärmequelle: Erdreich, Sonden, eingebracht in vertikale oder schräge Bohrungen bis in Teufen von um die 100 m.
JAZ: in Neubauten lt. Feldtests 2,0 bis 5,4, in Altbauten 2,2 bis 4,2.
Vorteile: ganzjährig relativ konstanter Ausgangstemperaturbereich bei 10 °C, können im Sommer Gebäude passiv kühlen; insbesondere im Winter bei tiefen Temperaturen sehr effektiv.
Nachteile: nicht in den Kernzonen von Wasserschutzgebieten nutzbar; genehmigungspflichtig, Planungsaufwand für die Bohrungen. swe

Wärmequelle: horizontal verlegtes Rohrsystem in oberflächennahem Erdreich (ca. 1,5 m unterhalb der Frostgrenze).
JAZ: in Neubauten lt. Feldtests 2,0 bis 5,4, in Altbauten 2,2 bis 4,2.
Vorteile: ganzjährig relativ konstanter Ausgangstemperaturbereich zwischen 4 °C und 10 °C; anzeigen- aber nicht genehmigungspflichtig; geringer Erschließungsaufwand.
Nachteile: Flächenbedarf bei 1,5-Fachem der Heizfläche; Kollektorfläche darf nicht versiegelt, asphaltiert oder gar bebaut werden; Einschränkungen bei Bepflanzung. swe

Wärmequelle: Umgebungsluft
JAZ: in Neubauten lt. Feldtests 1,5 bis 4,3, in Altbauten 2,4 bis 2,7.
Vorteile: einfach und überall erschließbare Quelle, geringer Platzbedarf, einfach nachzurüsten.
Nachteile: oft Geräuschemission durch Luftansauganlage; großer Temperaturbereich der Wärmequelle in der Heizperiode.
Variante: Es lässt sich auch Abwärme nutzen, die eine gleichmäßigere Temperatur hat als Außenluft. Erfordert in der Regel Niedrigenergiehaus-Niveau des Gebäudes mit kontrollierter Lüftung und Wärmerückgewinnung. swe

Wärmequelle: Grundwasser; es braucht zwei Brunnen; einen Saugbrunnen, um das Wasser zu fördern, einen Schluckbrunnen fürs Rückführen. Fördertiefe 3 m bis 15 m.
JAZ: in Neubauten lt. Feldtests 2 bis 7,3, in Altbauten 2,8 bis 5,4; Verhältnis des WP-Stroms und des Pumpenstroms muss für gute JAZ optimiert werden.
Vorteile: ganzjährig hoher Ausgangstemperaturbereich zwischen 7 °C und 13 °C.
Nachteile: nicht überall nutzbar; Wasserqualität wichtig, genehmigungspflichtig, hoher Planungs- und Erkundungsaufwand.
Variante: Ein Solar-Eis-Speicher nutzt Wasser als Wärmequelle, das in einer im Erdboden vergrabenen Betonzisterne gespeichert ist. Innen sind Leitungen verlegt, durch die ein frostsicheres Arbeitsmedium fließt, das dem Wasser die Wärme entzieht. Auch bei Wassertemperaturen unter dem Gefrierpunkt kann das System weiter Energie gewinnen. Eine Solarthermieanlage lädt das Wärmereservoir wieder auf. swe

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