Geschäftsfeld Wärmepumpe: Richtig installieren, Fehler vermeiden

Bestandsgebäude weisen einige Besonderheiten auf, die sie von Neubauten unterscheiden. Im Wesentlichen gelten die Hinweise in diesem Beitrag auch für neue Gebäude, die Besonderheiten im Bestand sollen aber besonders hervorgehoben werden. Will man das bestehende Haus nicht derart umfassend sanieren, dass es einem Neubau gleichkommt, muss sich der Installateur mit den vorhandenen Bedingungen auseinandersetzen. Neben den Heizflächen betrifft dies vor allem auch die bisherigen Rohrleitungen, die – zumindest teilweise – weiterhin benutzt werden können.

Besonderheiten bei Bestandsgebäuden

Wärmepumpen lassen sich auch mit Heizkörpern effizient betreiben. Meist wird angenommen, dass Heizkörper mit einer hohen Vorlauftemperatur betrieben werden müssen. Oft ist das nicht der Fall. Häufig sind die vorhandenen Heizkörper ausreichend dimensioniert, um mit Vorlauftemperaturen bis 55 oder 60 °C ausreichend Wärme an den Raum abzugeben. Gegebenenfalls sind weitere Maßnahmen notwendig, wie beispielsweise der Austausch einzelner Heizkörper. Unter Umständen können auch relativ unkompliziert Flächenheizungen für Boden, Wand oder Decke nachgerüstet werden.

Kann für Neubauten anhand von Plänen vorgegangen werden, ist im Bestand eine Besichtigung des Objektes unerlässlich. Moderne Heizsysteme arbeiten richtig effizient, wenn sie genau an die Umgebung und auf das Verbrauchsverhalten der Benutzer abgestimmt sind. Daher stellen die vor Ort erfassten Daten die entscheidende Basis dar. Mit einem Energiesparcheck lassen sich die Potenziale ermitteln. Ziel der Bestandsaufnahme sollte die Sammlung aller Daten sein, die eine Planung und Angebotserstellung ermöglichen.

Wichtig ist zudem, vor Ort die allgemeinen Aufstellbedingungen zu prüfen. Dies betrifft insbesondere:

• den Aufstellort für die Außen- bzw. Innen­einheit der Wärmepumpe und für den bzw. die Speicher
• die Einbringungs- und Entsorgungsmöglichkeiten, Türbreiten, Treppen etc.
• die Prüfung der Lage von erforderlichen Wand- oder Deckendurchführungen

In der Angebotskalkulation sind zudem die Demontage und die Entsorgung der Altanlagen sowie ggf. die Renovierung des Heizraums und des Brennstofflagerraums zu berücksichtigen.

Wärmequellencheck: Was ist zu beachten?

Für welche Wärmequelle sich ein Kunde entscheidet, hängt von verschiedenen Faktoren ab: z. B. von den persönlichen Vorlieben, dem Vorhandensein der Voraussetzungen für bestimmte Wärmequellen (Schall, Grenzabstände, Wasserschutz etc.) oder dem zur Verfügung stehenden Budget.

Was bei der Erschließung der verschiedenen Wärmequellen generell zu beachten ist, ist im folgenden Kurzüberblick dargestellt. Ergänzender Hinweis: Bei erdgekoppelten Systemen sollten ergänzend die Gartenarbeiten nach der Bohrung oder Kollektorenverlegung berücksichtigt werden.

Luft/Wasser-Wärmepumpen

• Zwar sind keine Genehmigungen notwendig, zu beachten sind aber Vorgaben zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm, BImSchV, Bauordnungen, Bebauungspläne etc.).
• Der Aufstellungsort des Außengeräts sollte sorgfältig ausgewählt werden: möglichst nicht direkt an der Grundstücksgrenze (ggf. gibt es baurechtliche Vorgaben zu Abständen), Ausblasrichtung nicht zum Nachbarn oder in Richtung von Wegen (Vereisungsgefahr), nicht unter dem eigenen Schlafzimmerfenster.
• Zugänglichkeit des Verdampfers und des Kondensatablaufs sollte sichergestellt sein.
• Für die optische Kaschierung im Garten kommen, neben auf das Gerät abgestimmten Hauben oder Einhausungen, auch frostunempfindliche und immergrüne Hecken infrage.
• Bei sehr kleinen Grundstücken ist die Innenaufstellung im Keller eine mögliche Lösung.
• Die Leitungsführung für Heizungswasser, Strom und Kondensat sollte im Vorfeld geplant werden.
• Ein Fundament für die Außeneinheit ist vorzusehen.

Erdsonden

Prüfung, ob bzw. wo eine Bohrung generell erlaubt ist (Wasserrecht, amtliche Vorgaben).

• Jedes Bundesland stellt einen Leitfaden Erdwärme und Karten für die Erstorientierung zur Verfügung.
• Regionale Besonderheiten müssen unbedingt beachtet werden.
• Genehmigungsverfahren und Bohrarbeiten sollten zeitlich miteingeplant werden.
• Prüfung der Zuwegung für das Bohrgerät.
• Eine provisorische Lage für Anbindeleitung, Übergabepunkt und Verteiler sollte festgelegt werden.
• Einholung des Angebots eines nach DVGW W120­-2 zertifizierten Bohrunternehmens.
• Grobe Faustregel: Um 100 m² Wohnfläche zu beheizen, wird eine Erdwärmesonde mit etwa 100 m Bohrtiefe benötigt (bei 6 kW Heizlast und mit ca. 45 Watt/m Entzugsleistung). Die genaue Sondenlänge hängt von den hydrogeologischen Verhältnissen vor Ort ab und muss planerisch ermittelt werden.
• Eine verschuldensunabhängige Versicherung ist günstig für den Hausbesitzer, notwendig für den Erhalt der Bafa-Förderung und auf jeden Fall zu empfehlen.
• Empfehlenswert ist die Anbindung der Quellenanlage bis in den Keller durch das Unternehmen, welches die Quelle erschließt. An der Innenwand des Kellers sollte das Quellensystem durch Kugelhähne von der Wärmepumpenanlage abgetrennt werden können. Auf diese Weise sind die Zuständigkeiten der Gewerke für Wärmequelle und Wärmepumpe sauber voneinander abgrenzbar, dies gilt auch für Kollektorenanlagen.

Erdkollektoren

Ist die nötige unüberbaute Fläche vorhanden (ca. 150 bis 200 m² für eine Wohnfläche mit 100 m²), sind Erdkollektoren eine Alternative. Eine ausreichend große Gartenfläche, Weideland sowie ggf. landwirtschaftliche Nutzflächen eignen sich unter Umständen für diese Variante der Wärmegewinnung.

• Die Kollektorenfläche darf nicht überbaut oder verdichtet werden (Versickerung muss möglich sein).
• Keine Bäume (Tiefwurzler) pflanzen, die Kollektoren liegen etwa 1 bis 1,5 m tief im Boden (je nach Frosttiefe)
• Grobe Faustregel: Die Fläche für die Kollektoren beträgt etwa das 1,5- bis 2-Fache der zu beheizenden Fläche (bei einer Heizlast von 6 kW und einer mittleren Entzugsleistung des Untergrundes von 30 W/m²).

Grundwasser-Wärmepumpen

Insbesondere dort, wo Grundwasser in ausreichender Menge und Qualität vorhanden ist, sind Grundwasser-Wärmepumpen eine attraktive Variante des erdgekoppelten Systems. Aufgrund der konstant hohen Temperatur des Grundwassers arbeiten Grundwasser-Wärmepumpen besonders effizient.

• Die Ergiebigkeit eines Brunnens kann über Pumpversuche nachgewiesen werden. Eine Analyse des Grundwassers durch ein Fachlabor gibt Aufschluss über die Eignung für die thermische Nutzung.
• Die Genehmigung für eine Brunnenbohrung ist zwingend erforderlich. Das ausführende Unternehmen sollte nach DVGW W120-1 zertifiziert sein.
• Es sollte nur Grundwasser, kein Oberflächenwasser genutzt werden.
• Förder-­ und Schluckbrunnen müssen in einem ausreichenden Abstand zueinander positioniert sein. Die Wiedereinleitung des Grundwassers erfolgt grundsätzlich im Grundwasserabstrom des Förderbrunnens.
• Die Einleitung des thermisch genutzten Wassers erfolgt in der Regel unterhalb der Grundwasseroberfläche im Schluckbrunnen. Der Sauerstoffzutritt muss unbedingt verhindert werden. Dazu sollte der niedrigste mögliche Stand des Grundwasserspiegels bekannt sein.

Heizlastermittlung

Zur Angebotserstellung genügt eventuell zunächst eine überschlägige Ermittlung der Heizlast. Dazu stehen unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung:

• Über die Analyse des bisherigen Verbrauchs mit Annahmen zu Vollbenutzungsstunden
• Über Wohnfläche und Baualtersklasse
• Mit verschiedenen Online-Tools, wie sie z. B. auch der BWP zur Verfügung stellt, können Berechnungen durchgeführt und miteinander verglichen und teilweise zusätzlich zum Baualter noch Sanierungsmaßnahmen berücksichtigt werden.
• Sämtliche Schätzverfahren sind mit Vorsicht zu genießen und sollten keinesfalls für die detaillierte Auslegung verwendet werden.
• Auf keinen Fall sollte die Leistung des vorhandenen Kessels als Grundlage für die Dimensionierung dienen.
• Eine Heizlastberechnung nach DIN EN 12831 ist für die Dimensionierung der Wärmepumpe, der Heizflächen, der Rohrleitungen, Pumpen und Armaturen unabdingbar.

Sanierung geplant?

Außerdem sollte berücksichtigt werden, ob im Zuge des Wärmepumpeneinbaus oder später weitere Sanierungsmaßnahmen geplant sind:

• Werden neue Fenster eingebaut?
• Wird das Dachgeschoss ausgebaut?
• Erfolgen sonstige Dämmmaßnahmen?

Bei der Berechnung sind diese Aspekte unbedingt zu berücksichtigen.

Soll gekühlt werden?

• Grundsätzlich müssen zwei unterschiedliche Formen der Kühlung mit Wärmepumpe unterschieden werden: die aktive Kühlung, bei welcher der Verdichter der Wärmepumpe in Betrieb ist, und die passive Kühlung, bei der Wärme aus dem Gebäude in die Sonden- oder Brunnenanlage abgeführt wird.
• Bei der passiven Kühlung können daher nur erd- und grundwassergekoppelte Systeme genutzt werden, wobei bei Erdkollektoren meist abzuraten ist. Bestenfalls kann ein Teil der sommerlichen Wärme im Untergrund gespeichert und im folgenden Winter zum Heizen des Gebäudes genutzt werden.
• Im Falle der aktiven Kühlung ist es erforderlich, dass der Kältekreis der Wärmepumpe umkehrbar ist. Dies ist bei sämtlichen Wärmequellen, also auch bei Luft-­Wärmepumpen möglich.
• Zu berücksichtigen sind auch die unterschiedlichen Massenströme von Heizung und Kühlung, weswegen meist keine vollständige Kühlung, sondern nur eine Ankühlung erreicht wird.
• Ggf. sind Maßnahmen gegen Taupunktunterschreitung zu ergreifen.

Heizkörper, Heizflächen, Hydraulik

Nach der Berechnung der Gebäude- und Raumheizlasten kann das bestehende Heizsystem analysiert werden.

Heizkörperanalyse

Um herauszufinden, ob und wie das hydraulische System bei den vorhandenen Heizkörpertypen angepasst werden muss und inwieweit die Vorlauftemperatur abgesenkt werden kann, müssen die spezifischen Daten der vorhandenen Heizkörper und die Heizlast pro Raum ermittelt werden. Der Heizkörperrechner des BWP bietet die Möglichkeit, die Heizleistungen gebräuchlicher Heizkörpertypen für unterschiedliche Systemtemperaturen zu ermitteln.

Verfügt das Gebäude über eine Fußbodenheizung, ist der Einbau einer Wärmepumpe immer möglich. Falls die nötige Vorlauftemperatur für die alten Heizkörper zu gering ist, sollte zumindest in einigen Räumen der Einbau einer Flächenheizung oder der Austausch einzelner Heizkörper in Erwägung gezogen werden. Relativ unkompliziert ist oft der Einbau einer Wandflächenheizung. Ferner ist auch der Einsatz von Gebläse­konvektoren o. Ä. möglich. Diese Varianten werden häufig übersehen und sind meist unkompliziert umzusetzen.

Hydraulischer Abgleich

Der hydraulische Abgleich sorgt dafür, dass alle Stränge und Heizflächen eines Heizsystems die tatsächlich benötigte Wassermenge erhalten, nicht mehr und auch nicht weniger. Neben erhöhtem Komfort ergibt sich damit ein erhebliches Energieeinsparpotenzial. Auch der Betriebsbereich der Heizungsumwälzpumpe ist zu prüfen. In der Regel wird die vorhandene Pumpe durch eine neue drehzahlgeregelte Umwälzpumpe ersetzt. Der hydraulische Abgleich sollte prinzipiell Teil des Angebots sein.

Ein Thermostatventil-Austausch ist in 90 % der Fälle sinnvoll, denn die Stellantriebe altern. Außerdem sollte unbedingt eine Voreinstellung möglich sein (Thermostatventile, Einzelraumregelung).

Bei Fußbodenheizungen sollten die Heizkreisverteiler einzeln abgeglichen und die Durchflussanzeigen geprüft werden. Es empfiehlt sich, alte Verteiler und Stellantriebe direkt durch neue, gut zu regulierende Bauteile zu ersetzen.

Gesamtsystem betrachten

Ein funktionierendes hydraulisches System ist unabdingbar für eine effizient arbeitende Heizungsanlage. Fehler in der Anlagenhydraulik können sich negativ auf die Effizienz auswirken. Mithilfe der vorab ermittelten Informationen zur Heizlast und zu der Heizkörperinfrastruktur kann ein passendes Schema für das neue Wärmepumpenheizsystem erstellt werden.

Beispiele für Anlagenschemata findet man bei den Wärmepumpenherstellern, in der VDI 4645 oder im Leitfaden Hydraulik des BWP.

Trinkwarmwassersystem

Auch das Trinkwarmwassersystem ist zu planen, wobei hier der Bedarf aufgrund unterschiedlicher Nutzergewohnheiten schwer abzuschätzen ist. Durchflussmengen, Speichergrößen etc. können beispielsweise nach den Verfahren der EN 15450 bzw. der VDI 4645 ermittelt werden. Gegebenenfalls ist ein Wärmepumpen-Leistungszuschlag für die Trinkwassererwärmung notwendig. Ein Austausch des Trinkwarmwasserspeichers ist meist empfehlenswert. Bezüglich der Warmwasserhygiene sind die Anforderungen von DIN 1988-200 bzw. DVGW-Arbeitsblatt W511 zu berücksichtigen.

Reine Warmwasser-Wärmepumpen müssen hydraulisch nicht mit dem Heizungssystem verbunden werden, sind steckerfertig und arbeiten eigenständig für die Trinkwassererwärmung. In der Regel sollte der Warmwasserspeicher für eine vierköpfige Familie 200 bis 300 l Inhalt fassen. Bei Trinkwarmwassersystemen mit Zirkulation muss auf die Rücklauftemperatur geachtet werden. Generell sollte die Temperatur im System nicht unter 55 °C liegen, um die Hygiene des Trinkwassers zu gewährleisten.

Rohrleitungs-/Werkstoff-Check

Ein professionelles Angebot für ein neues Heizungssystem sollte auch die Überprüfung der Werkstoffe, der Beschaffenheit und des Zustands der vorhandenen Rohr- und Steigleitungen umfassen (Durchmesser, Korrosion, Wärmedämmung). Außerdem ist der Zustand des Heizungswassers zu berücksichtigen. Dieser Schritt ist auch bei Brennwertheizsystemen erforderlich. Dazu gehören:

• Abgleich des Heizungswassers bezüglich des pH-Werts, der Leitfähigkeit und des Härtegrads. Vorzugsweise ist aufbereitetes Heizungswasser (nach VDI 2035) zu verwenden.
• Eine Prüfung ggf. vorhandener Schlamm-­ bzw. Luftabscheider ist vorzunehmen, alte Abscheider sollten sicherheitshalber ersetzt werden.
• Für das Rohrsystem wird z. B. Kupfer oder Kunststoff (Mehrschichtverbundrohr) empfohlen; dabei darf Kupfer nicht mit verzinktem Stahl kombiniert werden.
• Bei der Heizungsbefüllarmatur muss die Kontamination des Trinkwassers ausgeschlossen werden. Ggf. ist eine neue Befüllarmatur mit Sicherheitsgruppe einzuplanen.
• Nicht diffusionsdichte Fußbodenheizungen werden über einen verlustarmen Trennwärmeübertrager angeschlossen. Der Wärmeübertrager sollte unbedingt nach Herstellerangaben ausgelegt werden.
• Das vorhandene Rohrleitungssystem sollte gespült, gereinigt und erneut mit aufbereitetem Wasser gefüllt werden

Elektro/Internet/Smart Grid

• Mit dem regionalen Stromversorger sollte abgeklärt werden, ob für die Wärmepumpe ein zweiter, digitaler Stromzähler, ein sogenannter Smart Meter, gesetzt werden muss. Dadurch können sich bei variablen Strompreismodellen finanzielle Vorteile ergeben. Ein Einbau lohnt sich daher möglicherweise und ist bei manchen Systemkonfigurationen bereits verpflichtend. Möglich sind auch „Huckepack-­Lösungen“ für bestehende Systeme.
• Zähler und Zählerplätze sind platz- und kostenseitig einzuplanen. Falls der neue Zähler nicht in den bestehenden Verteilerschrank eingesetzt werden kann, ist ein separater Schaltschrank zu planen.
• Ggf. ist auch Platz für ein Tarifschaltungsrelais oder für einen FI-Schutzschalter notwendig.
• Die Kabelführung zum Anschlusskasten und gegebenenfalls zum Außengerät sowie zur Steuerung (Kabelkanal) sind ebenfalls zu planen.
• Eventuell ist eine elektrische Begleitheizung für den Kondensatablauf notwendig.
• Der Anschluss an den vorhandenen Router oder das WLAN ist zu planen.
• Die Kompatibilität mit Smart-Grid-Optionen sollte überprüft werden.

Vermeidbare Fehler bei Planung und Installation

Gerade bei der Installation von Wärmepumpen sind Fehler bei Planung und Installation teilweise nur schwer wieder zu beheben. Die fehlerhafte Installation eines Heizungssystems kann teure und unangenehme Folgen für den Kunden, aber auch für den Fachmann haben. Typisch dafür sind, dass die Heizkosten deutlich höher ausfallen als geplant, weil die Wärmepumpe die berechneten Arbeitszahlen nicht erreicht.

Fehler bei der Quellenauslegung (bei Erdwärmepumpen)

• Die Quellenleistung reicht aufgrund zu knapp dimensionierter Erdwärmekollektoren oder ­-sonden nicht aus, um die gewünschten Temperaturen zu erreichen.
• Es geht um die nachhaltige Auslegung der Erdwärmequelle. Falsche Abmessungen verändern die Fließgeschwindigkeiten und damit die Leistungsaufnahme. Es ist darauf zu achten, dass der Wärmebedarf des Gebäudes und die Boden- und Klimaverhältnisse möglichst genau bekannt sind (Bodenart, Klimazone). Die Auslegung erfolgt nach VDI 4640 Blatt 2.
• Zu enge Leitungsabstände bei Erdkollektoren entziehen dem Erdreich zu viel Energie. Es erfolgt keine ­ausreichende ­Regeneration des Erdreichs im ­Sommer. Damit wird mit jeder Heizsaison die ­Wärmeaufnahme niedriger. Bei zu großen Abständen wird mehr Fläche benötigt und eventuell die benötigte Anzahl an Rohrmetern nicht untergebracht.
  
  Die Hersteller unterstützen üblicherweise bei der korrekten Auslegung. Die ­Angaben der Hersteller sind unbedingt zu beachten.

Fehlerhafte Bemessung des Ausdehnungsgefäßes

• Die Wärmeträgerflüssigkeit im Solekreislauf verhält sich durch den Zusatz von Glykol unterschiedlich im Vergleich zu normalem Heizungswasser. Bei einer unpassenden Größenauswahl kommt es zu starken Druckschwankungen im System. Eventuell entweicht Wärmeträgerfluid, und es kommt zu Störabschaltungen. Die korrekte Berechnung ist äußerst wichtig.
• Ausdehnungsgefäße für Heizungsanlagen sind für Soleanlagen nicht geeignet.
• Die Montage sollte am höchsten Punkt der Solevorlaufleitung erfolgen.

Ungeeignete Pumpenleistung

• Bei zu geringer Pumpenleistung im Solekreislauf wird die benötigte Heizleistung nicht erreicht.
• Eine zu hohe Pumpenleistung führt aber u. a. zu erhöhtem Stromverbrauch. Die Pumpe sollte also der berechneten Größe entsprechen.

Fehler bei Steuerung und Hydraulik

• Gerade bei der Kombination mit weiteren Wärmeerzeugern sind die richtige Hydraulik und Verschaltung wichtig.
• Es ist festzulegen, welcher Wärmeerzeuger Vorrang hat und wann sich der zweite Erzeuger hinzuschaltet. Diese Fragen sind im Vorfeld abzuklären und bei der Installation zu beachten, damit z. B. die Umschaltventile richtig angesteuert werden können.
• Das passende Hydraulikschema sollte ausgewählt werden, Abweichungen davon sind zu vermeiden.

Der Autor Alexander Sperr ist Referent für Normung und Technik beim Bundesverband Wärmepumpe e. V.