Qualität und Effizienz verbessern

Wärmepumpenanlagen mit einer geothermischen Energiequelle stehen bei Bauherren und Investoren hoch im Kurs. Nach Schätzungen der Geothermischen Vereinigung – Bundesverband Geothermie e.V. (Gtv-BV) sind in Deutschland in der oberflächennahen Geothermie bereits über 100000 Anlagen installiert.

Mehr Qualitätsbewusstsein

Noch bei der ersten Kongress-Messe „Geotherm“ vor einem Jahr klagte die Geothermie-Branche über eine nicht ausreichende Kapazität bei den Bohrfirmen. Auch in diesem Jahr ist die Branche unzufrieden, allerdings, weil sich inzwischen zu viele und nicht immer seriöse Bohrfirmen auf dem expandierenden Markt tummeln. Klaus Huwig von der Karo-San pro Umwelt GmbH, Illingen, einer der wenigen Anbieter ganzheitlicher Geothermiekonzepte, sieht den Markt für Erdsondenbohrungen deshalb zwiespältig: „Durch den Einstieg von Fachfremden in das Bohrgeschäft fallen die Preise für Sondenbohrungen, aber leider auch die Qualität. Wir stellen fest, dass Bohrlöcher oft nur zum Teil und dazu noch mit schlechtem Material verfüllt werden.“

Ein großes Problem sei der vorherrschende Gewerkeegoismus: Jeder denke und plane nur innerhalb der klassischen Gewerkegren­zen und kümmere sich nicht um eine gesamthafte Optimierung der Anlage, wie sie bei ­einem geothermischen Wärmepumpen­sys­tem notwendig wäre. Karo-San verfolge von Anfang an ein ganzheitliches Konzept, das bei der genauen geologischen Vorbereitung des Bohrloches beginne und bis zum Wärmepumpen-geeigneten Heizsystem reiche. Durch die gewerkeübergreifende Optimierung könne man unnötige Bohrmeter einsparen und dennoch eine hohe Gesamt­leis­tungszahl erreichen.

Wichtig sei eine hohlraumfreie Verfüllung des Bohrlochs mit Verfüllmaterialien, die einen optimalen Wärmetransport zwischen Sonde und Erdreich gewährleisten. Versuche mit Abstandshaltern bei Doppelrohrsonden hätten gezeigt, dass dadurch größere Temperaturdifferenzen erreicht werden können, was wiederum die Leistungszahl der Wärmepumpe verbessere. Oft werde aus Unkenntnis der Sachlage am falschen Ende gespart. Wichtig sei die Qualitätssicherung am Bohrloch. „Das kostet dann zwar 400 bis 500 Euro mehr, garantiert aber eine hohe Effizienz über die ­Lebenszeit der Sonde“, so Huwig.

Effizienteres Sondensystem

Ergänzend meinte Peter Früh, Amasond Vertriebs GmbH, Dornbirn/Österreich, dass auch das Effizienzbewusstsein bei vielen Bauherren noch nicht sehr ausgeprägt sei. Hauptsache weg von Öl und Gas, laute eine gängige Einstellung, so Früh. „Die Leute sind mit ihrer geothermischen Wärmepumpe zufrieden, solange die Stromkosten für die Heizung unterhalb der von Heizöl oder Erdgas liegen.“

Amasond stellte in Offenburg ein modular aufgebautes Koaxial-Sondensystem vor, das horizontal, vertikal, kombiniert horizontal-vertikal und in Schrägbohrung eingesetzt werden kann. Damit könnten insbesondere bei bestehenden Gebäuden die oftmals für die Geothermie-Nutzung eingeschränkten Freiflächen besser genutzt werden, erklärt Früh. Wesentlicher Unterschied zu den gängigen U-Rohr-Sonden sei das gewellte Sondenrohr. Dadurch vergrößere sich die Wärmeübertragungsfläche um bis zu 30 %, womit geringere Bohrtiefen bei kleineren Bohrlochdurchmessern möglich seien.

Das modulare Stecksystem mit metalldichtenden Verbindungen (eine Entwicklung aus dem Bereich Turbolader für Kfz) soll zudem in den Verbaukosten gegenüber konventionellen Erdsonden rund 50 % günstiger sein. Wegen der höheren Wärmeübertragungsfläche reiche es oftmals aus, nur bis in eine Tiefe von 40 m zu bohren. Dadurch könne auch leichteres Bohrgerät eingesetzt werden, was den Einsatz der Wellrohr-Sonde im Sanierungsmarkt begünstige. Auch sei bei kürzeren Bohrungen das Risiko einer Fehlbohrung geringer. Das Sondensystem eigne sich auch für Schrägbohrverfahren, wie sie beispielsweise Tracto Technik anbiete. Damit könne man sogar das Erdreich unter bestehenden Häusern oder versiegelten Oberflächen geothermisch erschließen, erklärt Früh.

Bemessung von Erdsonden

Wenig Schmeichelhaftes über die Bemessung von Erdsonden berichtete auch Dr. Sven Rumohr vom Hessischen Landesamt für Umwelt und Geologie in Wiesbaden. Aus seiner Sicht müssten die in VDI 4640 genannten Entzugsleistungen und Wärmeleitfähigkeiten korrigiert bzw. spezifiziert werden. „Die VDI-Angaben sind zu weich.“ Die schweizerischen SIA-Richtlinien seien hier deutlich genauer und verbindlicher. Die Technik rund um die Erdwärme sei viel zu wichtig, als dass man sich auf die offensichtlich nicht mehr ganz zeitgemäßen Angaben der VDI 4640 verlassen könne. Viele Planer gingen bei der Sondenauslegung nach der Devise vor: Augen zu und durch. Der Endverbraucher müsse eine Garantie für die Leistung bekommen, für die er schließlich bezahlt habe. Das vielfach gehörte Argument „Was wollt Ihr denn, die Anlage läuft doch“, sei überholt. Die meisten Wärmepumpenbetreiber wüssten nicht einmal, wie oft bzw. wie lange der eingebaute Heizstab in Betrieb ist.

Auch von anderer Seite wurde bemängelt, dass die Effizienz einer Wärmepumpe nicht am Display angezeigt bzw. mitgeschrieben wird. Ein Installateur dazu: „Der Einfamilienhausbesitzer zahlt oft bis zu 8000 Euro für ­eine Wärmepumpe und bekommt weder ­einen COP-Wert noch die Jahresarbeitszahl angezeigt.“

Gesamtverantwortung unklar

Mehr Aufschluss über die Erfahrungen mit Erdwärmesonden-Anlagen in Baden-Würt­temberg erhofft sich die Branche durch die Evaluation von 150 Anlagen durch Mitarbeiter der Klimaschutz- und Energieagentur (KEA), Karlsruhe, deren Endbericht im August 2008 erwartet wird. Dr.-Ing. Martin Sawillion gab in Offenburg schon einen Einblick in die vorläufigen Ergebnisse. Auszug:

• Die durchschnittliche Wohnfläche bei geothermischen WP-Anlagen liegt bei 200 m2, die Heizleistung bei 12,7 kW und die Anzahl der Sonden bei 2,3 mit je 90 m Tiefe
• Bei 12 % der Anlagen wird auch „natural“ gekühlt
• 22 % der untersuchten Erdwärmepumpen sind zusätzlich mit einer solarthermischen Anlage ausgestattet.

Typische Problemstellungen sind:

• Wasserrechtliche Bescheide werden meist nicht gelesen bzw. gelesen, aber nicht verstanden
• Kunde ist mit den Beschreibungen/Bedienungsanleitungen der Hersteller überfordert
• Unklare Gesamtverantwortung für Bohrsonden und Wärmepumpen-Anlage
• Schmutzprobleme beim Bohren sind oft gravierend
• Unseriöse Bohrfirmen liefern bei den Geologischen Landesämtern „vorgefertigte“ Schichtenverzeichnisse ab
• Steuerung/Regelung der Wärmepumpe ist nicht benutzerfreundlich
• Kritische Betriebswerte bei Wärmepumpen werden von Endkunden oft nicht erkannt
• Betreiber kontrollieren nur den Stromverbrauch (97 %); Wärmezähler werden nur selten eingebaut (13 %) oder eingebaute nicht abgelesen
• Effizienzwerte wie COP und JAZ sind beim Endverbraucher weitgehend unbekannt; als „wirtschaftlich“ gilt was billiger ist als Heizöl oder Erdgas
• Bei 6 bis 7 % der Anlagen liegt ein dauerhaftes Problem vor.

Trotz aller Widrigkeiten werden die von KEA erfassten Wärmepumpenanlagen auf einer Skala von 1 (sehr zufrieden) bis 5 (absolut ­unzufrieden) im Mittel mit der Note 1,6 bewertet, die Zufriedenheit mit den Akteuren mit der Note 1,9. Dr. Sawillion zu den Ergebnissen: „Mich wundert, wie wenig die Endnutzer an der energetischen Effizienz ihrer Anlage interessiert sind.“

Der Wärmepumpendoktor hilft

Nichts fürchtet die Wärmepumpenbranche derzeit mehr als eine negative Mundpropaganda in Verbraucherkreisen. Offensichtlich besteht inzwischen genügend Anlass, für Streitfälle eine offizielle Anlaufstelle einzurichten, die sowohl Wärmepumpennutzern als auch Marktakteuren als eine Art Schiedsstelle für „kranke Wärmepumpen“ dienen soll. Harald Höflich vom Wirtschaftsministerium Baden-Württemberg sieht die neu eingerichtete Stelle eines „Wärmepumpendoktors“ salomonisch als vorbeugende Maßnahme, um den Ursachen einer wachsenden Anzahl an weniger zufriedenstellenden Wärmepumpenanlagen auf den Grund zu gehen. Vorbild ist hier das Modell in der Schweiz, das nach dem Wärmepumpendebakel Ende der achtziger/Anfang der neunziger Jahre mit einer beispielhaften Qualitätsoffensive der Wärmepumpe wieder zu einem besseren Image verhalf. Dazu zählt der Aufbau eines Wärmepumpentestzentrums in Töss (heute an der interstaatlichen Hochschule für Technik in Buchs angesiedelt), eine Zertifizierungs- und Fortbildungsoffensive und eine Anlaufstelle für unzufriedene Wärmepumpenbetreiber mit einem so genannten Wärmepumpendoktor als Ansprechpartner. Dieser hat die Aufgabe, verlorengegangenes Vertrauen des Endverbrauchers gegenüber Wärmepumpenherstellern, Lieferanten und Anlagenbauer wieder zurückzuholen.

Ziel des vom Land Baden-Württemberg installierten Wärmepumpendoktors ist laut Höflich die Objektivierung der Sachlage in Streitfällen und eine Hilfestellung zur Problem­lösung mit der Absicht, Rechtsstreitigkeiten, aufwendige Gutachten und Negativ-Schlagzeilen in der Tagespresse zu vermeiden. Dazu soll ein Netzwerk mit kompetenten Beratern und Sachverständigen eingerichtet werden, deren Erkenntnisse in Fortbildungs- und Qualifizierungsmaßnahmen einfließen. Das Angebot schließt eine kostenlose telefonische Beratung bis etwa drei Stunden mit ein.

Die energetische Effizienz von geothermischen Wärmepumpenanlagen ist immer noch stark verbesserungswürdig. Nicht nur Erdreich, Bohrloch, Sonde und Verfüllmaterial müssen besser aufeinander abgestimmt werden, sondern auch die Hydraulik, die Leistungsabstimmung mit der Wärmepumpe und die COP-optimierte Auslegung des Heiz-/Kühlsystems. Auch muss dem Endverbraucher eine Möglichkeit eingeräumt werden, die energetische Effizienz seiner Anlage ohne Rechenkunststücke zu überprüfen. Die Mikroelektronik bietet heute einfache und preiswerte Möglichkeiten, COP und JAZ zu dokumentieren und Auffälligkeiten, z.B. die Häufigkeit und Dauer der elektrischen Direktheizphasen, auf einem Display darzustellen.

Unser Autor Wolfgang Schmid ist freier Fachjournalist für Technische Gebäudeausrüstung, München, E-Mail: wsm@netsurf.de