Grundsätzlich sprechen derzeit drei Trends dafür, dass der ohnehin stark expandierende Wärmepumpenmarkt weiter stabil wachsen wird. Dies sind „die grüne Stromerzeugung“, „die Steigerung der Effizienz“ sowie „der informierte Endkunde“.
Der Wärmepumpenmarkt wird weiterhin stabil wachsen
Was steckt hinter diesen drei Trends?
Trend 1: Die „grüne“ Stromerzeugung
Für eine kWh Strom werden künftig immer weniger CO2-Emissionen anfallen. Diese Entwicklung wird zwangsläufig durch den vom Gesetzgeber forcierten massiven Ausbau der erneuerbaren Energieträger zur Stromerzeugung und die verstärkte Nachfrage der Endkunden nach „grünem“ Strom weiter vorangetrieben. Auch die nachhaltig wirksamen Investitionen in die Sanierung und Erneuerung des Kraftwerksparks für konventionelle Energieträger werden dazu beitragen. Daher ist die Wärmepumpe die einzige Technologie zur Wärmeerzeugung, die auch nach ihrem Einbau in den kommenden Jahren eine immer bessere Umweltbilanz aufweisen kann.
Trend 2: Die Steigerung der Effizienz
Bei klassischen Gas- und Öl-Brennwert-Heizgeräten lässt sich von der Effizienz her kaum noch etwas verbessern, da sie an der Grenze der physikalisch möglichen Ausnutzung der Energieträger liegen. Anders dagegen die Wärmepumpe: Gemessen an der immer ausgefeilteren Brennwerttechnik steckt die Wärmepumpe trotz der Tatsache, dass die Technik bereits seit rund 50 Jahren eingesetzt wird, erst am Anfang ihres Optimierungsprozesses. Drehzahlgeregelte Kompressoren und elektronische Expansionsventile sind nur zwei Komponenten, die nach ihrer Serienreife für weitere Effizienzsprünge in den kommenden Jahren sorgen werden.
Trend 3: Der informierte Endkunde
Anders als vor zehn Jahren kennt heute nahezu jeder Haus- und Wohnungseigentümer die Technologie der erneuerbaren Energieträger und insbesondere die Wärmepumpe. Alternativen zu konventionellen Lösungen der Wärmeerzeugung sind in allen Köpfen präsent und werden immer öfter gezielt nachgefragt. Umso wichtiger ist es, den Endkunden weiter von der Zukunftstechnologie Wärmepumpe zu überzeugen und ihn durch gut geplante und ausgeführte Anlagen zu Empfehlungen im Freundes- und Bekanntenkreis zu animieren.
Die häufigste Frage des Endkunden an das Fachhandwerk ist die nach der geeigneten Wärmequelle. Jede Wärmequelle hat ihre Vor- und Nachteile – die beste Lösung für alle Anwendungsfälle gibt es nicht. Wärmequellen sind genauso wie Wärmepumpen immer individuelle Systeme, die genauso ausgelegt und geplant werden müssen.
Wärmequelle Erdsonde
Die Erdsonde ist besonders für kleine Grundstücke geeignet. Für ein Einfamilienhaus mit 150 m² Wohnfläche und einem Heizleistungsbedarf von 7,5 kW wird durchschnittlich eine Erdsonde von ca. 110 m benötigt. Über Tiefenbohrungen wird die Erdsonde vertikal in ein Bohrloch eingebracht. Bei Bedarf kann die Sondengesamtlänge auch auf mehrere Bohrungen aufgeteilt werden. Erdsonden erlangen ihre Wärmeenergie durch den geothermischen Wärmestrom vom Erdinneren zur Oberfläche und dem Grundwasserfluss. In der Sonde zirkuliert eine Sole, die Wärmeenergie aufnimmt und zur Wärmepumpe fördert.
Erdsondenanlagen gelten als die effizienteste Variante in der Wärmequellenwahl für Wärmepumpen. Der Nachteil hingegen liegt auf der Hand: Für die Bohrung fallen vergleichsweise hohe Kosten an. Darüber hinaus gibt der ausführende Fachhandwerker ein sensibles Gewerk aus der Hand.
Bohrungen sind Vertrauenssache
„Die Qualität einer Sondenbohrung und die spätere Wirtschaftlichkeit der Wärmepumpenanlage wird direkt durch die Arbeit des Bohrbetriebes beeinflusst, der durch den Fachhandwerker beauftragt wird“, so Andreas Christmann, Leiter Produktvermarktung bei Vaillant Deutschland, der weiter auf die Besonderheiten dieser Technik eingeht: „Jede Bohrung ist immer auch eine Vertrauenssache gegenüber dem Bohrbetrieb. Werden Bohrung, Erdsondenanlage, Verpressung und Wärmeleitung nicht 100%ig ausgeführt und anschließend kalkulierte Leistungen nicht erreicht, steht als erstes der Fachhandwerker gegenüber seinem Kunden in der Haftung und Pflicht. Deswegen sollte man den Bohrbetrieb sehr genau auswählen. In jedem Fall sollte eine Qualifizierung nach DVGW Arbeitsblatt W 120 vorhanden sein.“
Am besten hat sich für den Fachhandwerker die Vorgehensweise bewährt, dass Wärmepumpe, Zubehör und Bohrung bzw. ausführendes Bohrunternehmen aus einem Hause kommen. Mehrere große Heiztechnikhersteller haben entweder Kooperationen mit Bohrbetrieben geschlossen oder haben, wie z.B. Vaillant, sogar Bohrfirmen in das eigene Unternehmen übernommen. So kann die Bohrung gegebenenfalls direkt mit der Wärmepumpe inklusive Festpreisgarantie aus der Preisliste heraus bestellt werden.
Konventionelle Bohrtechnik
Seit 2008 werden im Markt zwei unterschiedliche Bohrtechniken angeboten. Worin liegen hier die Unterschiede und worauf sollte der Fachhandwerker achten? Die konventionelle Bohrtechnik basiert in erster Linie auf dem traditionellen Gewerk des Brunnenbaus. Diese Verfahren sind auf der einen Seite erprobt und haben sich langjährig bewährt. Auf der anderen Seite sind sie technisch teils aufwendig sowie bei beengten Platzverhältnissen eventuell nicht realisierbar. Insbesondere beim Einsetzen der Erdsonden ist man auf die Erfahrung des Bohrteams angewiesen, denn erst nach Erreichen der Endteufe und Entfernung des Bohrstrangs aus dem Bohrloch kann die Erdsonde eingeführt werden. In der Zwischenzeit kann es unerfahrenen Bohrteams passieren, dass das Bohrloch partiell wieder zusammenfällt.
Neue Bohrtechnologie
Eine im Jahr 2008 vorgestellte, neue Bohrtechnologie basiert auf einer Kombination der klassischen Rotationsbohrung in Verbindung mit der innovativen Nutzung der Schneidwirkung eines Wasserdrucks von bis zu 1000 bar. Das Resultat ist eine erheblich schnellere und damit kostengünstigere Durchführung von Bohrungen im Vergleich zur konventionellen Technik. Gleichzeitig bietet das Verfahren auch weitreichende Möglichkeiten, die Vorzüge der Geothermie auf bislang dafür nicht erschließbaren Grundstücken im Bestandsbau zu nutzen. Beim „Geojetting“-Verfahren wird die Erdsonde durch das noch im Boden befindliche Bohrgestänge eingebracht und anschließend verpresst. Diese Vorgehensweise spart nicht nur einen Arbeitsgang ein, sondern garantiert gleichzeitig durch die optimale Positionierung der Erdsonde auch höchste Effizienz bei der Nutzung von Erdwärme. Mit dem Verfahren lassen sich sogar Schrägbohrungen realisieren. Während bei herkömmlichen Bohrverfahren in erheblichen Mengen Bohrgut anfällt, wird der Boden bei „Geojetting“ nahezu vollständig aufgelöst und zusammen mit dem Wasser in die Porenräume des Umgebungsgesteins verdrängt.
Derzeit fehlen jedoch noch Bohrgeräte für die Ausführung der zahlreichen Anfragen, sodass insbesondere für Ein- und Zweifamilienhäuser aktuell vorrangig das konventionelle Bohrverfahren interessant bleibt.
Wärmequelle Erdkollektor
Der Erdkollektor besteht aus einem Rohrsystem, das großflächig in ca. 1,20 m bis 1,50 m Tiefe verlegt wird. In dieser Tiefe herrschen das ganze Jahr über relativ konstante Temperaturen von 5 bis 15 °C. Der Erdkollektor eignet sich insbesondere für Häuser mit einer ausreichend großen Grundstücksfläche. Die Wärmeentzugsleistung ist abhängig von der Bodenbeschaffenheit. Je feuchter der Boden desto höher die Leistung. Für ein Einfamilienhaus mit 150 m² Wohnfläche und einem Heizleistungsbedarf von 7,5 kW werden etwa 250 m² Grundstücksfläche benötigt. Im Allgemeinen sind die Kosten zur Erstellung eines Erdkollektors günstiger als die Kosten zur Erschließung einer Erdsonde. Auf der Hand liegt auch die Tatsache, dass sich der Erdkollektor in erster Linie für den Neubau oder allenfalls für den Bestandsbau eignet, wenn der Garten ohnehin komplett neu angelegt werden soll.
Ein wesentlicher Vorteil für das Fachhandwerk ist, dass beim Erdkollektor alle Gewerke wieder in seiner Hand liegen können. Hierzu ist lediglich das Ausleihen eines Baggers bei einem örtlichen Anbieter und gegebenenfalls ein Baggerführer erforderlich.
Wärmequelle Kompaktkollektor
Der Kompaktkollektor ist eine platzsparende Lösung, um die Wärmequelle Erdreich zu erschließen. Er besteht aus mehreren Kollektormatten, die horizontal in das Erdreich eingebracht werden. Diese Matten werden dann über eine Verteiler-/Sammler-Kombination parallel verschaltet. Verlegt wird der Kompaktkollektor ebenfalls ca. 20 cm unterhalb der Frostgrenze in ca. 1,2 bis 1,5 m Tiefe.
Der Kompaktkollektor bietet sich insbesondere bei kleineren Grundstücken an. Gegenüber dem Erdkollektor sind erheblich weniger Erdbewegungen vorzunehmen, wodurch sich das gesamte System als vergleichsweise preisgünstig darstellt.
Wärmequelle Grundwasser
Das Grundwasser stellt ohne Frage die ergiebigste Wärmequelle für Wärmepumpen dar. Durch die über das Jahr relativ konstante Temperatur von 8 bis 10 °C lassen sich die im Vergleich aller Systeme höchsten Wärmeentzugsleistungen generieren. Über einen Saugbrunnen wird das Grundwasser mithilfe einer Tauchpumpe der Wärmepumpe zugeführt und über einen Schluckbrunnen wieder in den Boden zurückgeführt. Die Brunnen müssen mit einem Abstand von ca. 15 m hergestellt werden. Auch hierbei gelten die bereits bei der Erdsonde ausgeführten Erläuterungen zur Erstellung von Bohrungen, den Bohrverfahren und der Beauftragung von Bohrunternehmen.
Das entscheidende, die Brunnenlebensdauer beeinflussende Phänomen ist die Verockerung. Darunter versteht man die Ab- bzw. Anlagerung von unlöslichen Eisen- und Manganverbindungen. Die chemische Verockerung erfolgt durch Sauerstoffzufuhr ins Grundwasser. Der direkte Kontakt mit Grundwasser birgt Korrosionsrisiken, die in erster Linie durch die Wasserbeschaffenheit bestimmt wird. Daher sollte vor der Entscheidung für diese Wärmequelle eine genaue Grundwasseranalyse durchgeführt werden. Durch die ständige Wasserentnahme kann sich die Wasserqualität gerade im Laufe der ersten Betriebsjahre darüber hinaus noch verändern. Wer das Risiko der Korrosion der Wärmepumpe durch Kontakt mit dem Grundwasser erst gar nicht eingehen möchte, kann im Grundwasserkreislauf einen Wärmetauscher mit Systemtrennung einsetzen. Wird dieser Zwischenwärmetauscher nicht eingesetzt, empfehlen alle namhaften Hersteller eine kontinuierliche Überwachung der Grundwasserzusammensetzung und Wartung der Grundwasserfilter.
Auch wenn die Wärmequelle Grundwasser im Vergleich zu anderen Wärmequellen die höchsten Jahresarbeitszahlen erbringen kann, ist sie insbesondere nach einem Feldtest des Fraunhofer-Institutes in die Kritik geraten. Ein Grund dafür ist der tendenziell hohe Stromverbrauch der Brunnenpumpen, die deutlich höhere Leistungen als z.B. Solepumpen aufweisen. Ein weiterer Grund lag in der schlechten Wasserqualität, die zu stärkeren Verschmutzungen der Filter führte. Sollte deshalb ein Zwischenwärmetauscher installiert werden, ist eine zweite Primärpumpe notwendig, die die Jahresarbeitszahl noch stärker vermindert. Ausweg bieten elektronische geregelte Brunnenpumpen, die vergleichsweise aber noch einen hohen Anschaffungspreis haben.
Wärmequelle Luft
Die Luft/Wasser Wärmepumpe nutzt die von der Sonne erwärmte Außenluft. Die Umgebungsluft unterliegt jedoch jahreszeitlich bedingt erheblichen Temperaturschwankungen. Gerade dann, wenn der größte Heizwärmebedarf besteht, bietet die Wärmequelle Luft die geringste Temperatur. Oft werden deswegen Luft/Wasser-Wärmepumpen mit einem zusätzlichen Wärmeerzeuger kombiniert.
Der größte Vorteil der Wärmequelle Luft liegt in den geringen Aufwendungen für deren Erschließung. Insofern eignet sich diese Wärmequelle auch ideal für den Baubestand. Gerade hier sind jedoch tendenziell höhere Heizlasten nötig, um die Anforderungen auch nach einer energetischen Sanierung decken zu können. In Kombination mit oftmals engen Treppen und Kellern besteht zudem das Problem, dass die Einbringung der vergleichsweise voluminösen Luft/Wasser-Wärmepumpen teilweise nicht möglich ist. Daher bieten die Hersteller hier verschiedene Lösungen an.
Klassische Innenaufstellung
Diese Technologie bildet die langjährig bewährte Basis von Luft/Wasser-Wärmepumpen. Durch die komplette Innenaufstellung befinden sich alle Komponenten im Inneren des zu beheizenden Gebäudes. Die Nachteile: Die Erstellung der Luft-führenden Kanäle erfordert Durchbrüche durch die Außenmauer des Gebäudes und die Einbringung in den Baubestand kann bei engen Treppen eventuell nicht durchgeführt werden.
Klassische Außenaufstellung
Vorteilhaft bei der Außenaufstellung ist, dass die Einbringung ins Gebäude entfällt. Die Nachteile überwiegen jedoch in der Regel. Führt man sich den Winter 2006 vor Augen, ist es auch in Deutschland möglich, dass – wie im Münsterland geschehen – mehrere Tage der Strom ausfällt. Fallen die Temperaturen unter 0 °C ist ein Bersten der Wasser-führenden Leitungen vorprogrammiert, da sich kein frostgeschütztes Wasser verwenden lässt.
Der zweite und gerade in Bezug auf die Wärmepumpentechnik noch gravierendere Nachteil ist die Tatsache, dass das Heizungswasser außerhalb des Gebäudes bei niedrigen Temperaturen erwärmt wird und dann mit möglichst geringem Verlust in das Heizwasserverteilsystem des Gebäudes geführt werden muss. Dafür ist nicht nur eine sehr gute Dämmung notwendig, sondern auch ein Graben außerhalb der frostgefährdeten Bereiche, in dem die Heizrohre verlegt werden.
Split-Technik: geteilter Kältekreislauf
Bei der Split-Technologie wird die Wärmepumpe in zwei Bereiche innerhalb und außerhalb des Gebäudes geteilt: Das Außenteil enthält Wärmetauscher und Lüfter, das Innenteil das Wärmepumpenaggregat. Ein gravierender Nachteil für das Fachhandwerk ist, dass der geteilte Kältekreislauf wieder verbunden und befüllt werden muss. Für diese Tätigkeit sind ein besonderer Sachkundenachweis sowie Spezialwerkzeug erforderlich, das in der Regel nur Fachhandwerksunternehmen besitzen, die auch Klimageräte selbst installieren und in Betrieb nehmen.
Split-Technik: geschlossener Kältekreislauf
Der gravierendste Vorteil dieser Variante ist die Teilung der Wärmepumpe in zwei abgeschlossene Segmente, die auch das Fachhandwerk ohne Sachkundenachweis zum Umgang mit Kältemitteln wieder verbinden kann. Bei den Konzepten der meisten Hersteller zirkuliert im Außengerät zudem Sole und auch im Verdampfer ist frostsicheres Wasser zu finden. Probleme bei eventuellen langfristigen Stromausfällen können so erst gar nicht entstehen.
Der zweite große Vorteil besteht darin, dass die aus der Umwelt gewonnene Energie nicht auf einem hohen Temperaturniveau in das Gebäude geführt werden muss wie bei Luft-Wasser-Wärmepumpen mit Außenaufstellung. Je nach Witterung sind es lediglich 5 oder 6 °C Wärme. Erst im Gebäude findet beim eigentlichen Wärmepumpenprozess die Verdichtung auf das gewünschte Temperaturniveau statt. Damit werden potenzielle Wärmeverluste minimiert. Gleichzeitig können sowohl Vor- als auch Rücklaufleitungen oberhalb des Erdreichs geführt werden, weil ein Einfrieren nicht möglich ist.
Grundsätzlich vereint diese Anlage zwei Wärmepumpen-Prinzipien: Die Energie wird grundsätzlich zwar über die angesaugte Außenluft, die über einen Wärmetauscher geführt wird, gewonnen und dann an einen Sole-Kreislauf weitergegeben, der zur Wärmepumpe führt. Erst hier wird die Wärme dann in den Wärmepumpenprozess übertragen. Aufgrund dieser „Hybrid-Technologie“ lässt sich u.a. im Winter auch noch das z.B. 20 °C warme Wasser aus dem Solarkreislauf in den Sole-Kreislauf der Wärmepumpe einkoppeln, wodurch sich die Effizienz des Gesamtsystems entscheidend erhöht.
Die Wärmequellen Erde, Wasser und Luft lassen sich durch Wärmepumpen mit verschiedenen technischen Möglichkeiten für die Wärmeerzeugung erschließen. Der Kombination einer Wärmepumpe mit ihrer Wärmequelle kommt mit Blick auf die Heizleistung und die Energieeffizienz entscheidende Bedeutung zu. Bedingt durch z.B. einen Kompaktkollektor für das Erdreich und ein neues Bohrverfahren, werden die Alternativen für die Erstellung einer geeigneten, individuell ausgelegten Wärmequellenanlage noch umfassender. In den kommenden Jahren wird es weitere Verbesserungen geben.
Weitere Informationen
Unser Autor Martin Schellhorn ist Fachjournalist und Inhaber der Agentur Kommunikations-Management Schellhorn; Telefon (0 23 64) 16 70 39, E-Mail: martin.schellhorn@die-agentur.sh
