Höhere Wärmepumpeneffizienz durch qualifiziertere Installateure

Schmid: Das Jahr 2016 war ein Rekordjahr für die Wärmepumpe, obwohl die Rahmenbedingungen für elektrisch angetriebene Wärmepumpen aufgrund des Ölpreisverfalls und steigender Strompreise eher ungünstig waren. Worauf führen Sie den Aufschwung zurück?

Sabel: Die Entwicklung ist vor allem auf die guten Rahmenbedingungen im Neubausegment zurückzuführen. Seit 2016 gelten durch die neue Stufe der Energieeinsparverordnung höhere Anforderungen an die Effizienz von Gebäuden. Diese lassen sich mit Wärmepumpen besonders einfach und kostengünstig erfüllen. Dazu kommt natürlich die derzeit allgemein gute Baukonjunktur. Gleichzeitig gibt es sehr gute Förderbedingungen beim Marktanreizprogramm des BAFA und bei den Programmen der KfW sowie einige attraktive Landesförderprogramme. Dies hilft insbesondere der Erdwärme, die im letzten Jahr das erste Mal seit Langem wieder Zuwächse verzeichnen konnte.

Schmid: Felduntersuchungen des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme an ausgeführten Wärmepumpenanlagen deuten darauf hin, dass bei Planung und Installation von Wärmepumpenanlagen noch Optimierungspotenziale bestehen. Wo sehen Sie die Schwachstellen bei ausgeführten Anlagen?

Sabel: Neben tatsächlichen Fehlern bei Planung und Installation wirken sich auch Klima und Nutzerverhalten enorm auf die Effizienz der Anlagen aus. Dies ist zwar bei allen Heizungssystemen so, aber Wärmepumpenanlagen reagieren besonders sensibel auf höhere Temperaturhübe durch zum Beispiel höhere Vorlauftemperaturen. Werden für Planung und Installation Fachleute herangezogen, die im Idealfall auch nach dem ersten Betriebsjahr eine Überprüfung der Anlage und der Einstellungen vornehmen, können Fehler bei den Anlagen mit hoher Sicherheit vermieden werden.

Schwachstellen finden sich meistens bei komplexen Anlagenkonfigurationen mit komplizierten hydraulischen Schaltungen, dies zeigen auch die Ergebnisse des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme. Zur Verminderung von Fehlerquellen sollten also möglichst einfache Systeme geplant werden. Eine gute Hilfestellung dazu ist der Leitfaden Hydraulik des BWP ( Webcode  725297).

Schmid: Rein technisch ist die Industrie in der Lage, die reale Arbeitszahl einer installierten Wärmepumpenanlage mitzuschreiben, zu dokumentieren und gegebenenfalls bei zu großer Abweichung eine Alarmmeldung abzusetzen. Bislang werden Wärmepumpengeräte mit Energiemanagement-Funktionen nach meinem Kenntnisstand jedoch noch nicht angeboten, zumindest nicht bei den kleinen Leistungen. Wäre es nicht an der Zeit, mehr Transparenz bei der Effizienz von Wärmepumpen einzufordern? Wo liegen die Hemmschwellen?

Sabel: Die Jahresarbeitszahl ist nicht die beste Größe, um die Anlagenperformance zu beurteilen. Ein gutes Beispiel ist die bewusste Steigerung des Eigenverbrauchs von Strom aus PV-Anlagen: Eine auf den PV-Ertrag optimierte Fahrweise der Wärmepumpe führt zu höheren Speicherverlusten und damit zu einer niedrigeren Jahresarbeitszahl. Gleichzeitig werden aber die ökologische und ökonomische Bilanz der Anlage verbessert und zusätzlich die Stromnetze entlastet. Dasselbe gilt bei flexiblen Wärmestromtarifen.

Die Erfahrung der vergangenen Jahre hat gezeigt, dass Effizienzanzeigen für die Nutzer wenig Sinn machen. Die meisten Wärmepumpen verfügen bereits über Wärmemengen- und Stromzähler. Die JAZ ließe sich damit für jeden leicht errechnen. Der Mehrwert einer Anzeige erschießt sich folglich nicht wirklich.

Generell gibt es aber schon eine Reihe von Angeboten, die per Fernüberwachung und Fernwartung eine schnelle Fehlererkennung und Fehlerbehebung ermöglichen. Das funktioniert nur mit dem Einverständnis der Nutzer. Einige haben diesbezüglich Vorbehalte wegen des Datenschutzes oder wegen Cyberattacken. Hier gilt es, sichere Lösungen zu entwickeln und Überzeugungsarbeit zu leisten.

Der Schlüssel zu einer besseren Anlagenperformance ist jedoch ein guter, qualifizierter Fachpartner, der die Anlage optimal plant und einbaut. Die Themen Weiterbildung, Schulung und Qualifizierung stehen deshalb momentan im Fokus unserer Arbeit.

Schmid: Erfahrungen in der Schweiz deuten darauf hin, dass die meisten Wärmepumpen um 30 bis 50 % überdimensioniert sind. Ein Grund dafür ist, dass die Fremdwärme in den hochwärmegedämmten Neubauten bei der Dimensionierung der Wärmepumpen unberücksichtigt bleibt. Brauchen wir an den Dämmstandard angepasste Auslegungsverfahren für Wärmepumpen, damit Überdimensionierungen sicher vermieden werden?

Sabel: Die Heizlastberechnung nach DIN EN 12 831 ist die Grundlage für die Dimensionierung des Heizsystems und sie beinhaltet eine Worst-Case-Betrachtung. Ermittelt wird die erforderliche Leistung für die Normaußentemperatur (der kälteste Zweitagesmittelwert, der innerhalb von 20 Jahren 10-mal erreicht oder unterschritten wurde). So gesehen sind alle Wärmeerzeuger während ihrer Laufzeit überwiegend überdimensioniert. Normativ werden natürlich die Dämmwerte sämtlicher Bauteile berücksichtigt, ebenso Wärmeströme innerhalb von Gebäuden, um Überdimensionierung zu vermeiden. Eine gewisse Abhilfe kann durch modulierende Wärmepumpen geschaffen werden, die ihre Leistung an den tatsächlichen Bedarf anpassen können.

Uns ist nicht bekannt, dass Anlagen über die Normberechnung hinaus überdimensioniert werden. Das wäre auch nicht sinnvoll: Jedes zusätzliche Kilowatt Leistung kostet Geld. Jeder Planer wird daher die Leistung möglichst gering halten, um nicht den Kürzeren gegen andere Wärmeerzeuger zu ziehen.

Schmid: Planer und Installateure von Wärmepumpenanlagen stecken in einem Dilemma: Eine exakte Auslegung führt zu langen Aufheizzeiten nach Heizpausen, zum Beispiel bei Rückkehr aus dem Winterurlaub. Brauchen wir bei Wärmepumpenanlagen für Aufheizvorgänge oder einen überproportional hohen Warmwasserverbrauch Leistungsreserven oder müsste man den Nutzer besser über die Leistungsgrenzen von Wärmepumpen informieren?

Sabel: Um einen übermäßigen Heizstabeinsatz, mit dem ja theoretisch Leistungsspitzen gedeckt werden könnten, zu vermeiden, wäre eine umfassende Information der Nutzer sicher wünschenswert. Die Wiederaufheizung wird bei der Heizlastberechnung normativ berücksichtigt, aber eine geplante Überdimensionierung sollte auf jeden Fall unterbleiben, um ein häufiges Takten der Maschinen im „Normalbetrieb“ zu verhindern. Abhilfe können auch hier leistungsgeregelte Wärmepumpen schaffen.

Schmid: Je besser ein Haus gedämmt ist, desto mehr beeinflusst die Trinkwassererwärmung die Jahresarbeitszahl einer Wärmepumpe. Hinzu kommen wasserhygienische Vorgaben, die eine Speichertemperatur von mindestens 60 °C erforderlich machen. Gleichzeitig soll der Speichervorrat innerhalb eines Tages einmal ausgetauscht werden. Welche Lösungen zeichnen sich ab?

Sabel: Gerade im Mehrfamilienhaus ist die Trinkwasserhygiene ein wichtiges Thema; die erforderlichen hohen Wassertemperaturen wirken sich natürlich negativ auf die Effizienz aus. Ob die Trinkwassererwärmung über die Heizungswärmepumpe sinnvoll ist, hängt sicher vom Einzelfall und dem individuellen Warmwasserbedarf ab. Hier ist immer der Planer gefragt.

Alternative Lösungen gibt es etliche: Neben der Trinkwassererwärmung durch separate Warmwasser-Wärmepumpen, die für den Einsatzzweck optimiert sind, kann die Versorgung auch über Frischwasserstationen in den einzelnen Wohnungen realisiert werden. Probleme mit der Hygiene oder die Untersuchung auf Legionellen entfallen damit. Unter Umständen können auch dezentral angeordnete, elektronisch geregelte Durchlauferhitzer sinnvoll sein.

Schmid: Im Rahmen des Workshops „Effizienzhaus Plus“ während der BAU 2017 in München wurde von den beteiligten Wissenschaftlern mit Nachdruck die Einführung von Schulungs- und Zertifizierungsmaßnahmen für Wärmepumpen-Installateure gefordert. Vorbilder hierfür sind Maßnahmen in Österreich und der Schweiz. Sind für deutsche Wärmepumpen-Installateure ähnliche Qualifizierungsprogramme geplant?

Sabel: Mit dem EUCERT-Siegel gibt es ja bereits ein Ausbildungs- und Zertifizierungssystem für Wärmepumpen-Installateure. Dies ist bisher leider nicht auf die erhoffte Resonanz unter den Handwerkern gestoßen. Die Gründe dafür sind vielfältig und wir erarbeiten derzeit ein Konzept auf Basis der VDI-Richtlinie 4645, das mehr Reichweite entfalten soll.

VDI 4645 ist eine ausführliche Anleitung zur Planung und Dimensionierung von Wärmepumpenanlagen; sie liegt momentan im Gründruck vor. Der zuständige Richtlinienausschuss erarbeitet gerade ein Konzept für die Schulung von Planern und Errichtern auf Grundlage dieser VDI-Richtlinie. Derzeit ist auch die Einführung eines BWP-Gütesiegels für Fachbetriebe in Vorbereitung. Diese Betriebe müssen unter anderem entsprechend geschulte Mitarbeiter beschäftigen und sich verpflichten, im Bereich Kundenservice, Kundenberatung und Qualitätskontrolle der installierten Anlagen voranzugehen.

Schmid: Auf der Geotherm 2016 wurde von verschiedenen Wissenschaftlern die bisherige Praxis der Ringraumverfüllung von Erdwärmesonden infrage gestellt. Welche Situation haben wir heute. Stehen inzwischen bessere Materialien und Verfüllungsverfahren zur Verfügung?

Sabel: Was die Qualität der Ringraumverfüllung betrifft, ist man in Deutschland aus meiner Sicht auch im europäischen Vergleich sehr gut aufgestellt. Für eine hohe Qualität der Ringraumverfüllung ist neben der Qualität des Materials die fachgerechte Ausführung entscheidend. Verfüllt wird im Kontraktoverfahren und für die Herstellung einer qualitativ hochwertigen Suspension stehen neben speziell für den Einsatzzweck entwickelten Materialien eine Reihe von qualitätssichernden Maßnahmen zur Verfügung, zum Beispiel die Dichtemessung mit einer Spülungswaage.

Der eigentliche Verfüllvorgang lässt sich mit geeigneten Messsonden überwachen und dokumentieren. So ist für die Fachleute vor Ort jederzeit erkennbar, auf welchem Niveau sich der Suspensionsspiegel befindet. Bei Hinweisen auf Komplikationen, etwa durch Suspensionsverluste aufgrund von Klüften im Gebirge, kann frühzeitig reagiert werden, um geeignete Maßnahmen zu ergreifen. Außerdem wird der Verfüllvorgang dokumentiert und damit auch im Nachhinein nachvollziehbar. Speziell entwickelte Verfüllmaterialien erlauben sogar eine Kontrolle nachdem das Verfüllmaterial vollständig ausgehärtet ist, auch Jahre nach dem Einbau der Erdwärmesonde.

Schmid: Der Bau von Erdwärmesonden ist eine Sache, der Rückbau nach Ende des Lebenszyklus wurde bislang kaum thematisiert. Nach meinem Kenntnisstand müssen nicht mehr in Nutzung befindliche Erdwärmesonden zurückgebaut werden.

Sabel: Eine Erdwärmesondenanlage ist äußerst langlebig und kann nach dem heutigen Kenntnisstand mindestens 50 bis 100 Jahre lang genutzt werden. Die eingesetzten Materialien sind äußerst widerstandsfähig und liegen gut geschützt vor mechanischen Beschädigungen im Untergrund. Das Material, aus dem Erdwärmesonden bestehen, wird zum Beispiel auch für Trinkwasserleitungen verwendet und stellt keine Gefahr für die Umwelt dar.

Bei der Stilllegung sind die Hinweise in den Leitfäden der einzelnen Bundesländer beziehungsweise die Vorgaben der entsprechenden VDI-Richtlinien zu beachten. Allgemein gilt: Wird eine Anlage nicht länger zur Gewinnung von Umweltwärme genutzt, sollte das Wärmeträgermedium entfernt, durch Wasser ersetzt und die Sonde dicht verschlossen werden. Je nach Bundesland müssen stillgelegte Erdwärmesonden den zuständigen Behörden gemeldet werden. Ein Rückbau von stillgelegten Erdwärmesonden ist außer in sehr seltenen Ausnahmefällen nicht erforderlich (Anmerkung des Autors siehe Info-Kasten).

Schmid: Vielen Dank für das Gespräch.

Martin Sabel (Jahrgang 1973) ist promovierter Geologe und kam 2012 als Experte für Geothermie zum Bundesverband Wärmepumpe (BWP). Als Leiter des Ressorts Geothermie hat er unter anderem die Implementierung eines umfassenden Qualitätssicherungsprogramms für Erdwärme-Bohrungen vorangetrieben und die Anliegen der Branche gegenüber Politik und Genehmigungsbehörden vertreten. Anfang 2017 hat Sabel die Geschäftsführung des BWP übernommen, seit 2014 war er stellvertretender Geschäftsführer des BWP. www.waermepumpe.de

Eine bundeseinheitliche Regelung, wie mit stillgelegten EWS-Anlagen in Deutschland umgegangen werden sollte, gibt es derzeit nicht. Der Leitfaden „Erdwärmenutzung in Hessen“ empfiehlt bei stillgelegten EWS-Anlagen, deren Bohrung mindestens zwei Grundwasserstockwerke mit unterschiedlichen Druckpotenzialen durchteufen, bei Hinweisen auf ein Versagen der Bohrlochabdichtung die Wirksamkeit der Abdichtung im Zusammenhang mit der Stilllegung zu prüfen. Ist eine Wiederherstellung der Abdichtung nicht möglich, müsse der Rückbau der EWS-Anlage durch Überbohren geprüft werden.

Angaben über einen möglichen Rückbau von Erdwärmesonden finden sich auch in der VDI Richtlinienreihe VDI 4640 „Thermische Nutzung des Untergrunds“. In Blatt 1 „Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte“ heißt es unter Abschnitt 8 Umweltgerechte Materialauswahl für Einbauten im Untergrund in 8.1 Materialien für Brunnen, Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden und Rohre: „Material, das in den Untergrund eingebaut wird, sollte ungiftig und korrosionssicher sein. Für den Brunnenausbau sind Vollrohre und Filterrohre zu verwenden, die korrosionsgeschützt sind. Rohre, Filterkies, Quellton, Zement usw. müssen für den Einsatz im Grundwasser geeignet sein. Geeignet für Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden und Rohrleitungen sind vor allem reine Kohlenwasserstoff-Polymere wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polybutylen (PB) in ausreichender Dichte (z. B. nach DIN 8074/8075). Sollten für Erdwärmesonden in Ausnahmefällen Stahlrohre verwendet werden, so ist auf ausreichende Wanddicke, Stahlqualität und Korrosionsschutz zu achten und die chemische Zusammensetzung des Grundwassers zu berücksichtigen (niedriger pH-Wert, Chlorid-Ionen und freier Sauerstoff sind besonders kritisch). Bei Direktverdampfung kommen Kupferrohre in ‚Kältequalität‘ zum Einsatz. Diese sollten bei Einbau im Untergrund durch eine Beschichtung mit Kunststoff (z. B. PE) gegen Korrosion geschützt sein.“

Angaben über einen möglichen Rückbau von Erdwärmesonden finden sich auch in der VDI Richtlinienreihe VDI 4640 „Thermische Nutzung des Untergrunds“. In Blatt 1 „Grundlagen, Genehmigungen, Umweltaspekte“ heißt es unter Abschnitt 8 Umweltgerechte Materialauswahl für Einbauten im Untergrund in 8.1 Materialien für Brunnen, Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden und Rohre: „Material, das in den Untergrund eingebaut wird, sollte ungiftig und korrosionssicher sein. Für den Brunnenausbau sind Vollrohre und Filterrohre zu verwenden, die korrosionsgeschützt sind. Rohre, Filterkies, Quellton, Zement usw. müssen für den Einsatz im Grundwasser geeignet sein. Geeignet für Erdwärmekollektoren, Erdwärmesonden und Rohrleitungen sind vor allem reine Kohlenwasserstoff-Polymere wie Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder Polybutylen (PB) in ausreichender Dichte (z. B. nach DIN 8074/8075). Sollten für Erdwärmesonden in Ausnahmefällen Stahlrohre verwendet werden, so ist auf ausreichende Wanddicke, Stahlqualität und Korrosionsschutz zu achten und die chemische Zusammensetzung des Grundwassers zu berücksichtigen (niedriger pH-Wert, Chlorid-Ionen und freier Sauerstoff sind besonders kritisch). Bei Direktverdampfung kommen Kupferrohre in ‚Kältequalität‘ zum Einsatz. Diese sollten bei Einbau im Untergrund durch eine Beschichtung mit Kunststoff (z. B. PE) gegen Korrosion geschützt sein.“

In Blatt 2 „Erdgekoppelte Wärmepumpenanlagen“ gibt es im Abschnitt 10.2.3 „Rückbau von Erdwärmesonden“ konkrete Hinweise: „Wird eine Erdwärmesonde vorübergehend stillgelegt, ist die Wärmeträgerflüssigkeit in der Sonde zu belassen. Die Anlage bedarf weiterhin einer behördlichen Genehmigung (siehe Blatt 1, Abschnitt 4). Wird die Erdwärmesonde endgültig stillgelegt, muss die Wärmeträgerflüssigkeit mit Frischwasser aus der Sonde gespült und fachgerecht entsorgt werden. Bereits beim Einbau ist darauf zu achten, dass das Sondenmaterial den Anforderungen gemäß Blatt 1, Abschnitt 8.1 entspricht und die Erdwärmesonde somit dauerhaft im Untergrund verbleiben kann. Erfüllt das Sondenmaterial diese Anforderungen nicht, muss ansonsten die Erdwärmesonde gezogen werden. Eine im Untergrund verbleibende, gereinigte Erdwärmesonde ist in der Regel vollständig, dicht und permanent zu verfüllen; dabei ist nur grundwasserunschädliches Material zu verwenden. Der Rückbau ist der zuständigen Genehmigungsbehörde anzuzeigen.“