Das Motto „Gas- oder Ölheizung raus und Wärmepumpe rein“ sollte der SHK-Handwerker nicht zu wörtlich nehmen, denn darin drückt sich eine zu starke Vereinfachung des Planungsaufwandes aus. Einer der häufigsten Praxisfehler ist die Unterdimensionierung der Wärmepumpe.
Es werden oft zu kleine Wärmepumpen angeboten
Aus Unkenntnis der in Bild 1 dargestellten Abhängigkeit der thermischen Leistung von der Temperatur in Quelle und Heizwasser werden oft zu kleine Geräte angeboten. Vor allem bei der Nutzung der Wärmequelle Luft ist diese Gefahr besonders groß, weil diese wesentlich kälter als das Erdreich wird.
Nachfolgend ein Beispiel zur Verdeutlichung der Zusammenhänge: Ein Einfamilienhaus wurde bisher bei einer Heizlast von 13,2 kW mit einem 14-kW-Kessel beheizt, der zusätzlich für vier Personen Warmwasser bereitet. Kommt nun noch hinzu, dass der regionale Energieversorger dreimal am Tag zwei Stunden Sperrzeit hat, dann kann die in Bild 1 dargestellte Wärmepumpe (bei einer Heizwassertemperatur von 55°C) die Beheizung nicht mehr schaffen. Die Frage ist nun, welche Mehrkosten der Elektro-Heizstab verursacht.
Die rechnerische Herangehensweise für diesen Fall ist zunächst einmal klar: Man schaut in den Herstellerunterlagen der ausgewählten Wärmepumpe nach, welche Leistung die Wärmepumpe bei der benötigten Heizwassertemperatur hat. Doch hierbei taucht die Frage auf, wie kalt die Quelle ist. Bei Luft und Wasser lässt sich dies relativ einfach beantworten; nicht jedoch bei Sole-Wasser-Wärmepumpen. Denn bei denen richtet sich die tiefste Quellentemperatur nach vielen Kriterien: nach den Bodenverhältnissen, der Auslegung der Quelle, den Strömungsverhältnissen, der Laufzeit usw. Wer Erfahrung mit Wärmepumpen hat, weiß, dass eine minimale Quellentemperatur von 0 °C teilweise schon ein optimistischer Wert ist und dass eine Sonde die ungestörte Quellentemperatur von 10 °C im Winter nicht behält, weil sie auskühlt. Einen typischen Verlauf zeigt Bild 2. Fazit deshalb: Ohne eine Simulation sind hier Aussagen schwer zu treffen.
Variantenvergleiche bei der Beratung durchrechnen
Nach VDI 4640 ist für Erdsonden ein großer Temperaturbereich zugelassen: „Die Temperatur des zu der/den Erdwärmesonde(n) zurückkehrenden Wärmeträgermediums soll im Dauerbetrieb (Wochenmittel) den Grenzbereich von ±11 K Temperaturänderung gegenüber der ungestörten Erdreichtemperatur nicht überschreiten; bei Spitzenlast soll ±17 K Temperaturänderung nicht überschritten werden.“ Diese Vorschrift setzt allerdings voraus, dass die Sonden auch richtig ausgelegt wurden.
Rein rechnerisch würde man nun bei Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen für jeden Heiztag die jeweilige Außentemperatur und entsprechend benötigte Heizwassertemperatur verwenden. Dann müsste man in den technischen Daten der Wärmepumpe nachsehen, mit einem Modell die Auskühlung des Erdreichs bestimmen und für jeden Tag so weiterrechnen. In den Stunden, in denen die Wärmepumpe die komplette Gebäudebeheizung nicht schafft, müsste der Heizstab zugeschaltet werden. – Wohl niemand wird diesen Rechenaufwand von Hand betreiben. Aus diesem Grund werden potenzielle Kunden häufig mit widersprüchlichen Aussagen konfrontiert. Dies gilt z. B. für die notwendige Sondenlänge und die Höhe der künftigen Betriebskosten. Weil sich verunsicherte Kunden eher nicht für eine Wärmepumpe entscheiden werden, ist es empfehlenswert, Variantenvergleiche mittels Simulationsrechnung durchführen zu können.
Bei Verwendung der Klimadaten des Standorts Dresden, ergibt eine Simulationsrechnung mit der Software „WP-OPT“ für das oben erwähnte Haus das in Bild 3 dargestellte Ergebnis. Die daraus resultierenden Betriebskosten von 1580 Euro lassen sich aber um knapp 400 Euro verringern, wenn die nächst größere Wärmepumpe eingesetzt wird und die Warmwassertemperatur von 60 auf 45 °C und die Heizwasservorlauftemperatur von 55 auf 50 °C verringert werden. Tipp: Je weiter sich die Vorlauftemperatur reduzieren lässt (z. B. durch zusätzliche oder größere Heizflächen oder durch Dämmmaßnahmen), desto besser kann die Wärmepumpe ihre Vorzüge entfalten.
Drastische Folgen der Unterdimensionierung
Entsprechend der „Geiz-ist-geil“-Mentalität bekommt häufig der preislich günstigste Anbieter den Auftrag. Und dieser argumentiert vielfach, dass eine unterdimensionierte Anlage ökonomisch sinnvoll sei. Dabei wird meist nicht beachtet, dass eine Unterdimensionierung der Wärmequelle Erdreich häufig ein Folgefehler der Unterdimensionierung der Wärmepumpe ist. In VDI 4640 bzw. SIA D 0136 werden Richtwerte für den möglichen momentanen und jährlichen Energie-Entzug vorgegeben. Doch meist wird in der Praxis die Quelle nur passend zur Leistung der Wärmepumpe ausgesucht und eben nicht berücksichtigt, dass eine unterdimensionierte Wärmepumpe auch eine längere Laufzeit haben muss.
Die übliche Vorgehensweise, dass man der Bohrfirma die Leistung der Wärmepumpe mitteilt und diese dann damit die Sonden auslegt, funktioniert nur bei einer ausreichend großen monovalenten Wärmepumpe mit prozentual nicht zu hohem Warmwasserbedarf. Andernfalls schränkt der jährliche Entzug, aufgrund der längeren Laufzeiten, die Ergiebigkeit der Quelle ein. Streitigkeiten über die Schuldfrage sind somit programmiert.
Analog gelten auch vom Hersteller empfohlene Solepakete nur unter bestimmten Randbedingungen (Bodenart, Wärmepumpenlaufzeiten etc.) Zu kleine Erdabsorber oder Erdsonden führen über die Jahre hinweg im Extremfall zu Frostaufbrüchen und zu schlechteren Jahresarbeitszahlen (entsprechend Bild 1).
Simulation ist auch bei der Auftragsakquise hilfreich
Auch für das Beratungsgespräch erweist es sich als hilfreich für den Handwerker, wenn er mit den Interessenten verschiedene Szenarien betrachten kann. Und mit Simulationsergebnissen ist der Handwerker immer bzw. besser aussagefähig. Dies gilt z. B. für die Frage, inwieweit eine größere Fläche für den Erdabsorber sinnvoll ist. Oder er kann Konzepte für die Warmwasserbereitung, für verschiedene Wärmequellen und Bivalenzpunkte vergleichen. Sogar komplizierte Zusammenhänge, wie die Regeneration des Erdreichs durch Einspeisung von Solarwärme bzw. passive Kühlung, lassen sich bei Bedarf betrachten.
Zudem können die Angebote der Wettbewerber durchleuchtet werden. Insbesondere, wenn die prognostizierten Betriebskosten bei massivem Einsatz des Elektro-Heizstabes steil nach oben gehen, kommt so mancher Bauherr ins Grübeln, ob das preiswerteste Angebot auch wirklich das Beste ist.
Mit den Simulationsmöglichkeiten einer Software kann der Handwerker also den (potenziellen) Kunden seine Kompetenz zeigen und eine Vertrauensbasis schaffen. Sehr gute Vorraussetzungen also dafür, dass er den Auftrag erhält und bei der späteren Umsetzung auf der sicheren Seite ist.
Weitere Informationen
Das Simulationsprogramm „WP-OPT“ dient zur praxisorientierten Berechnung und Optimierung von Wärmepumpenheizungen. Weitere Infos sowie eine kostenfreie Demo-Version gibt es von:
WPsoft
01189 Dresden
Telefon (03 51) 4 24 67 12
Weitere Informationen
Unsere Autorin Dipl.-Phys. Christina Hönig ist Gebäudeenergieberaterin und seit 1994 hauptsächlich auf dem Wärmepumpensektor tätig. Sie führt Schulungen und Planungen durch, erstellt Gutachten und ist in der Softwareentwicklung aktiv (Telefon (03 51) 8 90 02 98).
