TGA Interview

TGA Ausgabe 07-2016
Schweizer Wärmepumpendoktor Peter Hubacher

Mehr Mut zur knappen Dimensionierung


1 Kaum ein Wärmepumpen-Fachmann kennt die Tücken von Wärmepumpenanlagen besser als Peter Hubacher, besser bekannt als Schweizer Wärmepumpendoktor. Sein Credo: kleiner Temperaturhub, knappe Dimen

1  Kaum ein Wärmepumpen-Fachmann kennt die Tücken von Wärmepumpenanlagen besser als Peter Hubacher, besser bekannt als Schweizer Wärmepumpendoktor. Sein Credo: kleiner Temperaturhub, knappe Dimensionierung.

Seit Langem gilt die Schweiz als europäischer Vorreiter bei Wärmepumpengeräten und der qualitativ hochwertigen Umsetzung in die Anlagentechnik. Um vom Spannungsverhältnis – Gerätehersteller, Fachplaner, ausführendes Fachunternehmen und Betreiber – zu lernen, hat die Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz frühzeitig auf einen Qualitätsverantwortlichen gesetzt. Die TGA-Redaktion sprach darüber mit Peter Hubacher, Engelsburg, Kanton St. Gallen, besser bekannt als Schweizer Wärmepumpendoktor. Das Gespräch führte Wolfgang Schmid, freier Fachjournalist für Technische Gebäudeausrüstung, München.

Schmid: Herr Hubacher, Sie sind über die Grenzen der Schweiz hinaus seit über einem Jahrzehnt als Wärmepumpendoktor bekannt. Ist Ihre Hilfe immer noch gefragt? Die Wärmepumpen-Geräte sind heute wohl nicht mehr der Grund, Sie anzurufen. Wo sehen Sie noch Optimierungsbedarf?

Hubacher: Sicher konnten wir die Qualität der Wärmepumpen-Systeme in den vergangenen mehr als zehn Jahren, in denen ich im Rahmen meiner Tätigkeit als Qualitätsverantwortlicher bei der FWS, also der Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz, tätig war und bin, anheben und verbessern. Wir zeigten ja immer wieder von Neuem auf, wie ein solches WP-System zusammengestellt und gebaut werden soll, respektive wie man Fehler vermeiden kann.

Es ist jedoch immer noch wichtig und notwendig, dass das Fachwissen und die Erfahrungen rund um die Wärmepumpe weiter verbreitet werden. Dabei geht es nicht nur um die Planung und Umsetzung der Anlagen, sondern auch um die Regelung und den Betrieb. Trotzdem werde ich immer noch und wohl auch weiterhin wegen Problemen kontaktiert, die man bei einigermaßen normalem Wissensstand verhindern könnte. Dabei spielt sicher auch der enorme Preisdruck, der in der Branche herrscht, eine nicht zu unterschätzende Rolle. Aus meiner Sicht sollte man gerade bei einem niedrigen Anlagenpreis darauf achten, dass man sich damit nicht nachgelagerte Probleme einhandelt.

Wenn ich meine heutige Tätigkeit derjenigen vor einigen Jahren gegenüberstelle, sind viele Probleme immer noch gleich gelagert. Es beginnt bei der Hydraulik und Dimensionierung sowie auch bei der Regelung und Steuerung und setzt sich fort im Betrieb. Mit dem Aufkommen der außen aufgestellten Luft/Wasser-Wärmepumpen haben zudem die Schallprobleme deutlich zugenommen. Leider hat die Fachbranche immer noch ein generelles Wissensmanko. Obwohl die FWS im Rahmen des Ressorts „Aus- und Weiterbildung“ mehrere fachspezifische Kurse anbietet, findet man sehr wenige Fachpersonen, die diese Kurse besuchen. Natürlich sind diese Kurse nicht gratis, aber bereits mit der Verhinderung von Problemen bei nur einer Anlage hat es sich gelohnt, diese Kosten zu investieren.

Aus unserem Vorgespräch leite ich die Frage ab, ob und wie man vorgehen sollte, um die Qualität so zu steigern, dass die Problemfälle weiter abnehmen. Diese Prävention ist ganz wichtig, doch egal welche der angesprochenen Richtungen wir betrachten, der Weg führt immer über die Anhebung des Fachwissens. Somit sind wir wieder bei der Aus- und Weiterbildung der Fachpersonen, die Wärmepumpen-Projekte bearbeiten.

Da heute die Bauherren, respektive die Anlagenbesitzer, besser informiert sind und auch sein wollen, wird es immer wichtiger, dass eine auf dem richtigen Niveau angesiedelte Fachinformation dieser Zielgruppe über die dafür geeigneten Medien erfolgt. Dies hat auch das Bundesamt für Energie (BFE) in Bern erkannt und unterstützt die FWS in diesem Bereich.

Schmid: Die Wärmepumpen-Tagungen der FWS vermitteln den Eindruck, dass es noch viele Stellschrauben gibt, die Effizienz von Wärmepumpen zu steigern, Stichwort: Wärmepumpe-System-Modul. Gerätehersteller, Planer und Installateure begeben sich dabei in ein sehr enges Korsett. Wie realistisch ist / war die Umsetzung einer Zertifizierung von den Komponenten bis zum Betrieb durch den Hausbesitzer? Können Sie die Philosophie, die dahinter steckt, kurz erklären?

Hubacher: Das Wärmepumpen-System-Modul (WP-S-M), welches die FWS in mehrjähriger Arbeitsgruppentätigkeit entwickelt hat, basiert auf all den Erkenntnissen und Erfahrungen, die ich einerseits mit der Tätigkeit als Wärmepumpendoktor und auch mit dem Feldanalyseprojekt des BFE, wo wir in den letzten 19 Jahren rund 250 Anlagen analysieren und die Betriebsdaten vergleichen konnten. Dass all diese Informationen nahtlos in dieses WP-S-M eingeflossen sind, ist nicht zuletzt dem Umstand zu verdanken, dass die Kommunikationswege kurz waren. Nebst der QS-Tätigkeit bei FWS war ich auch beim BFE-Feldanalyseprojekt in all den Jahren als Projektleiter tätig.

Das WP-S-M wurde von FWS mit einem bedeutenden Finanzaufwand und der finanziellen Unterstützung durch das BFE entwickelt. Dabei waren von Anfang an einige Vorgaben gesetzt. Anlagen nach dem Prinzip des WP-S-M gebaut, dürfen keine Mehrkosten generieren. Gleichzeitig werden mit diesem Systemgedanken die Verantwortungen und die Zuständigkeiten für die Planung, Dimensionierung sowie die Inbetriebnahme klar geregelt. Es sollte nicht mehr vorkommen, dass beispielsweise bei einem Problem mit der Trinkwassererwärmung nicht klar ist, ob die Wärmepumpenfirma oder der Lieferant des Warmwasserspeichers dafür verantwortlich ist. Ergo müssen alle wichtigen Komponenten von der Wärmepumpenfirma als System zusammengestellt und geliefert werden. Damit ist sichergestellt, dass diese Komponenten abgestimmt sind und problemlos funktionieren. Das Produkthandling solcher Systeme ist für die Lieferfirma und den Installateur deutlich einfacher.

Es ist erstaunlich, dass sich praktisch alle wichtigen Hersteller und Lieferanten von Wärmepumpen zum WP-S-M bekennen. Heute sind ca. 75 % der am Markt tätigen Firmen darauf eingeschwenkt und haben ihre gängigen Geräte zu Gesamtsystemen zusammengestellt und zertifizieren lassen.

Die zweite Phase, welche die Umsetzung im Feld betrifft, ist nicht so schnell angelaufen. Es sind zwar bereits rund 150 Installateure und Planer informiert und geschult, sodass sie ein WP-S-M bearbeiten können. Nun muss mit einer weiteren Informationskampagne die Information in Richtung Endkunden vorangetrieben werden. Der Endkunde profitiert beim Kauf einer Wärmepumpenanlage nach WP-S-M ebenfalls, denn er erhält nach Abschluss der Arbeiten ein auf sein Objekt ausgestelltes Zertifikat. Damit bekommt er die Bestätigung, dass seine Anlage nach den Vorgaben und Instruktionen gemäß Pflichtenheft des WP-S-M erstellt wurde, welches einem Qualitätsanspruch gleichkommt.

Zum Schluss sei noch erwähnt, dass die FWS dem Installationsgewerbe einen Vertrauensvorschuss gewährt. Jede Firma kann Anlagen gemäß WP-S-M bauen und zertifizieren lassen, sofern diese nach den klaren Vorgaben erstellt und in Betrieb genommen werden. Die Qualitätssicherung erfolgt durch klare Vorgaben und schlussendlich durch Stichproben im Feld. In der Anfangsphase werden von speziell geschulten Fachpersonen der FWS ca. 20 % der Wärmepumpe-Anlagen nach WP-S-M-gebauten Anlagen kontrolliert. Dadurch erfolgt die Qualitätssicherung sehr effizient und breit abgestützt.

Schmid: Bislang heißt es immer, den Temperaturhub in einem Wärmepumpenheizsystem möglichst klein zu halten, sprich eine Fußbodenheizung einzubauen. Jetzt mehren sich die Stimmen, dass Fußbodenheizungen und Betonkerntemperiersysteme in hoch wärmegedämmten Häusern und Gebäuden wegen ihres sehr trägen Regelungsverhaltens – energetisch gesehen – kontraproduktiv sein können. Flinke Niedertemperatur-Heizkörper seien effizienter, hört man auf einschlägigen Veranstaltungen. Welche Erfahrungen liegen Ihnen dazu vor?

Hubacher: Physikalisch betrachtet stimmt es immer noch, dass der Temperaturhub bei Wärmepumpensystemen eine zentrale Größe ist und meine fast in jedem Vortrag dozierte Grundregel „je kleiner der Temperaturhub, desto größer die Effizienz“ gilt weiterhin. Es ist jedoch heute klar, dass der Heizwärmebedarf in hoch wärmegedämmten Häusern deutlich kleiner geworden ist und somit der spezifische Anteil der Trinkwassererwärmung einen größeren Einfluss auf die Jahresarbeitszahl hat.

Das von Ihnen angesprochene Regelverhalten bei Fußbodenheizungen oder auch Betonkern-Heizflächen, wird regelungstechnisch schwieriger, je kleiner die Heizleistung ist. Die auftretenden Regelabweichungen sind dann bei Wohneinheiten oft unangenehm beziehungsweise unhaltbar. Doch muss man auch hier – gesamtheitlich betrachtet – festhalten, dass bei solchen Objekten auch der Fremdwärmeanteil zu Temperaturschwankungen führt, die dann schnell einer schlechten Systemwahl angelastet werden. Betonkern-Heizflächen sind in erster Linie dann angebracht, wenn diese zum Heizen und Kühlen eingesetzt werden. Diese Tendenz ist bei Wohnobjekten seit einigen Jahren zunehmend. Aufgrund von Simulationen zeigt es sich, dass bei solch trägen Heiz- und Kühlsystemen eigentlich eine relativ zuverlässige Meteo-Voraussage notwendig wäre, um trendmäßig richtig zu regeln.

Dass man mit flinken Niedertemperaturheizkörpern die Raumtemperatur regeltechnisch schneller und vermutlich auch genauer kontrollieren, also konstant halten kann, ist absolut klar. Solche Niedertemperaturheizkörper benötigen jedoch eine Gebläseunterstützung, da sonst ihre Abmessungen ausufern oder sie auch träge sind. Damit keine Geräuschprobleme entstehen, werden sehr leise Gebläse benötigt. Zudem ist der Wartungsaufwand von Gebläse-Heizkörpern deutlich größer.

Schmid: Bleiben wir beim Temperaturhub: Für die Trinkwassererwärmung werden aus wasserhygienischen Gründen Speichertemperaturen von mindestens 60 °C und Zirkulations-Rücklauftemperaturen von 55 °C gefordert bzw. in Verordnungen vorgeschrieben. Nun wird gerade im hoch wärmegedämmten Haus der prozentuale Heizenergiebedarf für die Trinkwassererwärmung immer größer, das heißt, die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe wird mehr und mehr von der Trinkwassererwärmung beeinflusst. Welche Lösung empfehlen Sie?

Hubacher: Der Anteil des Transmissions- und Lüftungswärmebedarfs ist kleiner geworden. Dadurch ist der Anteil für die Trinkwassererwärmung, relativ betrachtet, größer geworden und beeinflusst die Gesamteffizienz einer Wärmepumpenanlage negativ. Immerhin dürfen wir festhalten, dass es heute kein Problem mehr ist, mit einer richtig gewählten Wärmepumpe Warmwassertemperaturen von bis zu 60 °C ohne Heizstab zu erreichen.

Die Entwicklung bei der Trinkwassererwärmung steht aber auch nicht still. So haben wir heute aufgrund wasserhygienischer Vorgaben eine große Anzahl von Frischwassersystemen auf dem Markt. Gemäß den Vorschriften und Untersuchungen zur Trinkwasserhygiene ist Vorsicht geboten, wenn warm stehendes Trinkwasser nicht innerhalb von 24 h verwendet wird. Deshalb müssen wir die bestehenden Dimensionierungsvorgaben für Trinkwasser, welche immer total auf der sicheren Seite waren und heute noch sind, infrage stellen. Wir konnten bei mehreren Objekten feststellen, dass der wirkliche Verbrauch von Trinkwarmwasser bis zu 50 % niedriger als bei der Planung angenommen war. Solche Anlagen benötigen dann Maßnahmen zur Legionellenprävention. Doch diese umfasst praktisch in jedem Wohnbauobjekt nur den Warmwasserspeicher. Die Verteilleitungen und die gegebenenfalls vorhandene Zirkulation sind in den wenigsten Fällen in den Legionellenschutz integriert.

Es ist unabdingbar, dass bei der Trinkwassererwärmung weitere Entwicklungen folgen müssen. Dazu gehören auch besser funktionierende Speichersysteme. Die Trennung von Heizung und Trinkwassererwärmung steht für Einzelobjekte aus meiner Sicht nicht im Vordergrund. Wenn aber bei einem Nahwärmeverbund die Trinkwassererwärmung ebenfalls zentral organisiert wird, habe ich schon meine Mühe. Es macht wenig Sinn, einen Nahwärmeverbund für die Trinkwassererwärmung auf einem deutlich höheren Temperaturniveau zu fahren, um Warmwasserspeicher 2- bis 4-mal am Tag aufzuladen. Hier ist eine separate Trinkwassererwärmung je Gebäude eine deutlich effizientere Lösung.

Zu überlegen wäre, ob im Einzelfall die Trinkwassererwärmung direkt mit dem Heiß-gas ab Verdichter erfolgen kann. In der Kältetechnik, beispielsweise bei Kühlräumen und anderen kältetechnischen Anlagen, praktiziert man dieses Verfahren bereits seit langer Zeit. Da die Heißgastemperatur im Bereich von 60 bis 80 °C liegt, ist dieses Verfahren rein physikalisch betrachtet sinnvoll. Die technische Umsetzung ist dann aber deutlich schwieriger, da die Wärmepumpe im Werk nicht mehr fertiggestellt und geprüft werden kann, weil der Kältekreislauf – je nach System – erst vor Ort fertiggestellt wird.

Schmid: Die Auslegung von Wärmepumpen ist für den Planer bzw. den Installateur ein Dilemma: Legt er sie exakt aus, beklagt sich der Nutzer womöglich über zu lange Aufheizzeiten nach einer längeren Abwesenheit. Eine zu groß gewählte Wärmepumpe führt dagegen zu rund 20 % höherem Stromverbrauch. Brauchen wir bei Wärmepumpen Leistungsreserven für unkalkulierbare Betriebssituationen oder einfach mehr Klarheit darüber, was eine Wärmepumpe kann und was nicht?

Hubacher: Diese Bemerkung ist absolut angebracht. Es braucht Fachkenntnisse und Erfahrung, um die Dimensionierung der Wärmepumpe richtig vorzunehmen. Beim BFE-Feldanalyseprojekt haben wir festgestellt, dass die Wärmepumpen oft 30 bis 50 % zu groß dimensioniert sind. Dies ist darin begründet, dass die Berechnung der Gebäudeheizlast ohne passive Wärmegewinne erfolgt und zusätzlich auch noch Sicherheitszuschläge gemacht werden.

Dass die Heizleistung einer Wärmepumpe zu knapp ist, kommt sehr selten vor, da dies nur bei der für die Dimensionierung maßgebenden Auslegungs-Außentemperatur der Fall wäre und diese kommt – statistisch betrachtet – sehr selten vor. Bei Absenkung der Raumtemperatur bei längerer Abwesenheit sollte man ohnehin berücksichtigen, dass für die Erreichung eines behaglichen Raumklimas wenige Stunden nicht genügen, sodass man mindestens am Vortag der Rückkehr den Aufheizvorgang einleiten sollte.

Eine zu groß gewählte Wärmepumpe führt vor allem in der Übergangszeit der Heizperiode zu deutlich mehr Schaltzyklen. Daraus resultiert eine schlechtere Effizienz im Betrieb, die durchaus bei 15 bis 20 % liegen kann. Eine Wärmepumpe sollte deshalb möglichst genau nach der notwendigen Heizleistung dimensioniert werden. Auch im Sanierungsfall ist es notwendig, dass die Dimensionierung möglichst exakt erfolgt. Es genügt nicht, sich am bisherigen Energieverbrauch zu orientieren. Dieser Wert muss analysiert und hinterfragt werden. Aus meiner Sicht sollten die Verbrauchszahlen mindestens der letzten drei Jahre vorliegen und diese auch auf mittlere Meteodaten (Heizgradtage) „normiert“ werden.

Wenn die Heizleistung einer Wärmepumpe die benötigte Nutzwärmeleistung nur knapp erreicht, muss deswegen nicht ein größeres Modell eingesetzt werden. Die Leistung könnte in einem solchen Fall zwar bei der maßgebenden Auslegungs-Außentemperatur knapp werden. Da diese minimale Außentemperatur jedoch statistisch nur alle paar Jahre an wenigen Tagen erreicht oder unterschritten wird, ist dies für die Dimensionierung eher belanglos. Die Erfahrung zeigt, dass die Gebäudemasse kurze Tieftemperaturphasen praktisch ohne Einbuße der Behaglichkeit überbrückt.

Schmid: Innovationen, Marketing und Zertifizierung zählen mit Sicherheit zu den Triebfedern des Wärmepumpen-Marktes. Auf der anderen Seite beeinflussen hohe Stromkosten – zumindest in Deutschland – den Markt. Hinzu kommen Unsicherheiten durch die anhaltende Kältemitteldiskussion. Was spricht aus Ihrer Sicht – trotz widriger Rahmenbedingungen– dennoch für die Wärmepumpe?

Hubacher: Die Wärmepumpe ist ein modernes und technisch interessantes, sowie auch aus der Sicht des Umweltschutzes betrachtet, gutes Heizsystem. In der Schweiz hat die Wärmepumpe in der Energiestrategie 2050 der Eidgenossenschaft einen fest zugeordneten Platz. Da ja in ganz Europa die Bemühungen für den Umweltschutz, insbesondere die Reduktion des CO2-Ausstoßes, intensiv laufen empfehle ich, die Wärmepumpe überall ernst zu nehmen und zu fördern.

Die Wärmepumpe ist bereits heute technisch auf einem hohen Niveau angesiedelt. Zertifizierungen und ein gut funktionierender Markt sowie die stete Weiterentwicklung und zwar nicht nur bei der Wärmepumpe, sondern beim gesamten Wärmepumpensystem, dürften wirklich maßgeblich zur CO2-Minderung beitragen.

Die Stromkosten sind aus meiner Sicht zwar wichtig. Da eine Wärmepumpenanlage mit guter Effizienz heute gerade noch rund 20 bis maximal 30 % kostenpflichtige Energie benötigt, schlagen Kostenschwankungen nur sehr gedämpft durch. Wir haben beispielsweise im Engadin ein Mehrfamilienhaus mit vier Wohnungen (2,5 und 3,5 Zimmer) und vier Studios erstellt, wofür Heizkosten von insgesamt nur 1500 CHF/a anfallen.

Die Suche nach Kältemitteln mit möglichst geringen Umweltwirkungen in der Gesamtbilanz ist eine wichtige Aufgabe. Es gibt ja bereits umweltfreundliche Kältemittel, beispielsweise Propan (R290). Sicher muss die Entwicklung hier noch weiterlaufen, um die sogenannten Übergangskältemittel abzulösen. Ich sehe hier jedoch kein Problem, das gegen den Einsatz der Wärmepumpe spricht.

Auch die Entwicklung des Strommarkts, wo die erneuerbaren Stromquellen sowie die Speicherung von Elektroenergie im Markt zu weiteren Veränderungen führen, wird den Wärmepumpenmarkt nicht maßgeblich beeinflussen. Im Grunde ist die Wärmepumpe ein ideales Gerät, welches man mithilfe von Smart-Grid-Funktionen speziell auch für das Ausgleichen von Netzschwankungen einsetzen kann.

Schmid: Wodurch unterscheidet sich der Wärmepumpen-Markt der Schweiz von dem Deutschlands? Was können wir von der Schweiz lernen?

Hubacher: Die Wärmepumpe hat sich in Europa zuallererst auf dem Schweizer Markt etabliert. Heute ist sie in ganz Europa gut verankert. Probleme gibt es immer dort, wo die ordnungsrechtlichen Randbedingungen zu extrem sind. In der Schweiz haben wir ein Fördersystem, das auf der Qualität der Wärmepumpensysteme aufbaut und dies finde ich gut und richtig.

Schmid: Herr Hubacher, vielen Dank für das Gespräch.

www.wp-systemmodul.ch

www.fws.ch

www.energieschweiz.ch

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Mehr Mut zur knappen Dimensionierung
  2. Teil: Vita
  • 2  Effiziente Wärmepumpenanlagen durch das Wärmepumpen-System-Modul (WP-S-M) erhofft sich die Fachvereinigung Wärmepumpe Schweiz. Rund 75 % der Hersteller und Lieferanten von Wärmepumpen der Schweiz sind darauf eingeschwenkt.

  • 3  Realisierte Wärmepumpenanlage nach dem Prinzip Wärmepumpe-System-Modul.

  • 4  Besonders bei Großobjekten besteht bei der Trinkwassererwärmung noch erheblicher Optimierungsbedarf. Die meisten Bestandsanlagen sind überdimensioniert und entsprechen nicht mehr den heute gültigen wasserhygienischen Vorgaben. Im Bild: Groß-Wärmepumpe mit wandhängenden Frischwassermodulen.

  • 5  Die hygienischen Vorgaben an die Trinkwassererwärmung erfordert speziell auch bei Wärmepumpen eine neue Denkweise bei der Systemwahl und Dimensionierung. Peter Hubacher, Schweizer Wärmepumpendoktor (links) im Gespräch mit Wolfgang Schmid, Fachjournalist TGA, München.

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Margot Dertinger-Schmid

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