Ingenieurbüro Matthaei · Wuppertal

Wärmepumpen – Ein Beitrag zur Energiewende, oder doch nicht?

Was halten Sie von Wärmepumpen? Sind die der Schlüssel für die Heizung der Zukunft? Mit solchen Fragen bin ich als Energieberater immer wieder konfrontiert. Gegenfrage: Kennen Sie Radio Eriwan? Sie wissen schon, die alten Radio-Eriwan-Witze. Dort gefragt wäre die Antwort: „Im Prinzip eine tolle Sache, aber …“ Hier soll es um das Tolle und auch um das Aber gehen.

Erster Schritt: Energieberatung

Wer von mir eine Energieberatung bekommt, erhält in 90 Prozent als einen Vorschlag die Installation einer Wärmepumpe zu erwägen. Davon wieder 90 Prozent empfehle ich eine Erdwärmepumpe. Das System besteht aus einer Erdsonde als Wärmequellenanlage. Darin kursierender Sole als erster Wärmeträger. Dann kommt die Wärmepumpe in der mit Hilfe von Strom das Temperaturniveau angehoben und an das Heizungswasser abgegeben wird. Am Ende stehen Verteilung und die Übergabe der Gebäudeheizanlage mit Rohren und Heizflächen.

Doch die Energieberatung ist nur ein erster Schritt hin zum effizienten Haus. Gerade Wärmepumpenanlagen müssen sehr sorgfältig ausgelegt werden. Die Untersuchungen des Fraunhofer Instituts für Solare Energie-System (ISE) und der Agenda 21-Gruppe Energie Lahr zeigten jedoch übereinstimmend, dass ein großer Teil der Anlagen mangelhaft arbeitet. Zu geringe Jahresarbeitszahlen (JAZ) bedeuten hohe Stromkosten. Außerdem wird der Beitrag zum Klimaschutz gering oder negativ ausfallen, wenn man solche Anlagen mit konventionellen Gaskesseln vergleicht. Gerade das aber soll ja das Ziel sein. Durch den Einsatz von Umweltenergie in Wärmepumpen-Anlagen soll der Aufwand an nicht erneuerbarer Primärenergie und der Ausstoß an CO₂ verringert werden.

Fehler bei der Auslegung von Wärmepumpenheizungen

Viele Fehler werden schon im Vorfeld bei der Planung gemacht. Es fehlt am Gesamtkonzept. Gebäude und Heiztechnik müssen miteinander harmonieren. Es hat keinen Zweck in ein Haus eine Wärmepumpe einzubauen, wenn Vorlauftemperaturen bis über 60°C erforderlich sind. Das ist aber der Standard, wenn ein ungedämmtes Haus mit Heizkörpern beheizt wird. Nicht selten wird eine Vorlauftemperatur von 75°C und mehr gebraucht. Keine Wärmepumpe kann das wirtschaftlich und energieeffizient darstellen.

Die Heizlasten müssen raumweise berechnet und die gesamte Hydraulik muss ausgelegt werden. Bei bestehenden Fußbodenheizungen fehlt oft die Dokumentation. Das bedeutet dann akribische Arbeit bei der Bestimmung von Heizflächen und Rohrwiderständen. Ohne Messungen kommt man da nicht hin. Messungen kosten Zeit und das kostet das Geld des Kunden. An dieser Stelle jedoch richtig investiert, denn ohne die richtige Hydraulik und Regelung bleibt das System ineffizient oder funktioniert gar nicht erst richtig. Die Versorgung mit einem Heizkessel ist dabei anspruchsloser.

Die richtige Wahl der Wärmequelle ist ein ebenso wichtiger Punkt, der oft zu wenig beachtet wird. Luft ist als Wärmequelle leicht zu erschließen. Sämtliche Untersuchungen der Systemeffizienz zeigten jedoch, dass Wärmepumpenheizungen mit Luft als Wärmequelle Jahresarbeitszahlen zwischen 2 und 2,5 aufweisen. Gefördert wurden viele der Anlagen, weil ein pfiffiger Heizungsbauer eine JAZ von über 3 berechnet und bescheinigt hat. Den Schaden hat der Kunde und wir Alle, weil nun viel dreckiger Strom zum Heizen gebraucht wird. Auch Grundwasserwärmepumpen zeigten sich in den Untersuchungen als nur wenig besser. Lediglich bei den Wärmepumpenanlagen, die eine Erdwärmesonde als Quelle nutzen gibt es einige Anlagen, die an die berechneten Werte heran reichen.

Fehler bei der Ausführung

Allerdings habe ich in meiner Praxis bei der Schadensbegutachtung auch schon eine eingefrorene Erdsonde gefunden. Hier lag allerdings kein Auslegungsfehler vor, sondern die Ventile einer von drei Sonden waren zugedreht. (Wie sich später zeigte, weil die Sonde leck war.) In diesem Beispiel zeigte sich, wie wichtig die richtige Auslegung der Wärmequelle ist. Dem trägt auch die erneuerte VDI-Richtlinie 4640 (Thermische Nutzung des Untergrundes) Rechnung. Waren nach der alten Richtlinie die Bohrungen eher zu knapp geraten, wird nun die Berechnung genauer und die Wärmequelle etwas großzügiger ausgelegt.

Die Installateure unterschätzen oft die Komplexität der Wärmepumpentechnik. Da insbesondere im Einfamilienhausbereich nur selten TGA-Planer zum Einsatz kommen, müssen die Heizungsbauer selber die gesamte Planung übernehmen. Meist wird die dann an den Fachhändler weiter gegeben, der auf der Basis völlig unzureichender Information eine Wärmepumpenanlage plant. Diese Planung mündet dann in einer hydraulischen Systemskizze, damit der Installateur weiß, was er im Heizungsraum miteinander zu verbinden hat, und einer Stückliste, schlißlich will der Fachhändler aus seiner kostenfrei angebotenen Planung Geschäft generieren. Es wird dann jedoch vom Installateur keine ordentliche Dokumentation gefertigt.

Regelung? Standard!

Neben der vom Gebäude geforderten maximalen Vorlauftemperatur sind die Heizgrenztemperatur, die Steilheit der Heizkurve und die Zeiten der Heizunterbrechung (Nachtabsenkung) Parameter, die sauber definiert oder berechnet werden müssen. Das ist Theorie, mit der sich die Praktiker des Heizungsbaus nur ungern befassen wollen. Die Hersteller liefern die Regelung mit, das Ganze dann noch mit einer schicken App versehen, so dass der Kunde auf seinem Smartphone visualisieren kann. Nur funktionieren tut’s oftmals mehr schlecht als recht. Kommt dann noch eine undurchschaubare Hydraulik dazu, dann geht die Jahresarbeitszahl in den Keller.

Zukunft der Heiztechnik: Die Wärmepumpe

Es deutet sich an, dass die Wärmepumpe zukünftig den Heizungsmarkt dominieren wird. Die Politik hat dies mit einem auf 1,8 abgesenkten Primärenergiefaktor für Strom forciert. Der Faktor ist ein rein politischer, der damit begründet wurde, dass ja zukünftig viel mehr erneuerbarer Strom ins Netz komme. Allerdings tut die gleiche Politik alles dafür, gerade dies zu verhindern. Die Sektorenkopplung ist das Ziel. Wenn nun jedoch immer mehr Wärmepumpen Strom benötigen, um Wärme zu produzieren, dann muss das Stromangebot auch insgesamt steigen. Es erscheint jedoch völlig unmöglich, unter der jetzigen Politik ein wesentlich vermehrtes Angebot an Strom aus erneuerbaren Quellen generieren zu können.

Damit ist die Wärmepumpe eigentlich eine politische Mogelpackung. Durch einen zu gering angesetzten Primärenergiefaktor wird ein ökologischer Vorteil suggeriert, der de facto nicht existiert. Lediglich mit ordentlich geplanten und sauber ausgeführten Erdwärmepumpen erscheint es möglich, einen wirtschaftlichen und ökologischen Vorteil zu gewinnen.

Bildnachweise:
Bohrgerät auf beengtem Platz, Foto: Olof Matthaei 2011
Eingefrorene Erdsonde, Foto: Olof Matthaei 2017

Weitere Beiträge zum Thema Wärmepumpe:
Artikel vom 01.07.2018: Speicherung von Energie und Sektorenkopplung
Fachbeitrag: Erdwärme anzapfen
Fachbeitrag: Nutzungsgrad, Wirkungsgrad, Arbeitszahl, Aufwandszahl, Effizienz
Bericht der Agenda21-Gruppe Energie, Lahr: Feldtest Phase 2: „INNOVATIVE WÄRMEPUMPENSYSTEME“, 2009-2014