«Wärmepumpen werden oft zu gross dimensioniert.»
ZVG, Martin OmlinSoll eine Wärmepumpe die Öl- oder Gasheizung ersetzen, wird in der Regel auf den bisherigen Energieverbrauch abgestützt. Das führt dazu, dass oft zu grosse Wärmepumpen eingebaut werden. Ein Basler Heizungsfachmann macht das anders. Ist das ein Vorzeige-Beispiel?
Lange Gasse 43 in Basel: Eine dreistöckige Stadtvilla mit hohen Räumen aus dem Jahr 1888. Die Ölheizung hatte ausgedient, die Eigentümer installierten eine Wärmepumpe. Gemäss dem bisherigen Energieverbrauch wäre eine Leistung von 30 kW notwendig gewesen.
Schliesslich wurde eine Anlage, bestehend aus 2 Wärmpumpen mit zusammen 24 kW eingebaut. Mitte Dezember 2019 fiel eine der neuen Wärmepumpen aus. Sechs Wochen war nur noch eine 12 kW-Pumpe im Einsatz – zum Heizen und für die Warmwasseraufbereitung. Das habe gereicht, sagt der Heizungsexperte Martin Omlin. Da staune er selbst noch. Habe aber auch damit zu tun gehabt, dass dieser Winter milder gewesen sei als andere.
Liegenschaft «gläsern machen»
Seit Jahren berät und installiert der Basler Heizungsfachmann Heizsysteme. Und er hat festgestellt: Viel zu oft gehe man von falschen Annahmen aus und berücksichtige vor allem den bisherigen Energieverbrauch. Aber: «Wieviel Energie bisher verbraucht wurde, das ist zweitrangig, da das alte Heizsystem meist ineffizient betrieben wurde.» Deswegen sei es wichtig, die Liegenschaft genau unter die Lupe nehmen. Omlin spricht von «gläsern machen».
Und das heisst konkret: «Wir berechnen den Wärmebedarf nach SIA, um alle systembedingten Störfaktoren (Standby-Verluste etc.) ausschliessen zu können.» Mit wie viel Leistung und Betriebstemperatur die Liegenschaft neu bewirtschaftet werden könne respektive müsse, dazu lasse sich eine Aussage machen, wenn man das den Heizflächen gegenüber stelle. Kühlen sei dabei auch ein Thema. Auch hier spiele das eingerichtete Fussbodenheizungsnetz eine nicht unwesentliche Rolle.
«Nur Heizkessel ersetzen, reicht nicht»
Denn: «Wenn das System energieeffizient funktionieren soll, muss alles aufeinander abgestimmt sein: Der Warmwasserspeicher (Boiler), alle Förderpumpen und die Steuerung der Wärmepumpe.» Ist zum Beispiel der Boiler zu klein, benötige das zu viel Bereitschaftsenergie. Es reiche also nicht, nur den Heizkessel zu ersetzen.
All diese Abklärungen brauchen Zeit. «Berechnet man die Leistung der Wärmepumpe anhand des bisherigen Energieverbrauchs, ist das in fünf Minuten erledigt», so Omlin. Und schon werde eine zu leistungsstarke Wärmepumpe eingebaut. Das sei aber alles andere als energieeffizient.
Allerdings: Was Omlins Abklärungen und Berechnungen wert sind, zeigt sich erst im Praxistest. «Das Monitoring ist gewissermassen die Stunde der Wahrheit.» Omlin gibt weiter noch zu bedenken: «Zu wenig warm, das ist nicht immer mit zu wenig Leistung gleichzusetzen.» Erst wenn man alle Parameter erfasst habe, sei eine Gesamtsicht möglich, so dass man reagieren und optimieren könne. Das Beispiel an der Lange Gasse in Basel habe die Bewährungsprobe auf jeden Fall bestanden.
Wie bewertet das Bundesamt für Energie (BFE) dieses Beispiel. Rita Kobler, Fachspezialistin Sektion erneuerbare Energien nimmt Stellung.
Energeiaplus: Was heisst das punkto Energieeffizienz, wenn man zwar auf Wärmepumpe umstellt, diese aber zu gross dimensioniert?
Rita Kobler, Fachspezialistin für erneuerbare Energien, BFE
Rita Kobler: Die Energieeffizienz leidet klar. Es gibt Wärmepumpen, die ihre Leistung dem Bedarf anpassen können. Diese werden «leistungsregulierende WP» oder «Inverter-Wärmepumpen» genannt. Diese Wärmepumpen, das beweisen auch die BFE Feldmessungen, sind i.d.R. 10-15 % effizienter als Geräte, die das nicht können (sogenannte on/off-Geräte). Werden leistungsregulierbare Wärmepumpen zu gross eingesetzt, verlieren sie diesen Effizienzbonus und sämtliche regulatorische Vorteile. Werden on/off-Geräte zu gross dimensioniert, dann schalten sie viel häufiger ein und aus, sprich: ihre Lebenserwartung sinkt stark.
Wie beurteilen Sie aus Sicht des BFE dieses Beispiel? Kann man es als Vorzeigebeispiel bezeichnen?
Die Messungen zum erwähnten Projekt konnten wir noch nicht analysieren. Im Rahmen von EnergieSchweiz haben wir jedoch eine andere von Herrn Omlin geplante Wärmepumpen-Anlage durch eine neutrale Firma dokumentieren lassen. Diese zeigt sowohl die gute Effizienz auf, als auch, dass Luft/Wasser-Wärmepumpen mit guter Planung auch im urbanen Raum erstellt werden können. In diesem Fall für ein Mehrfamilienhaus mitten in der Stadt Basel.
Was ist beispielhaft daran?
Es ist in Fachkreisen allgemein bekannt, dass viele Wärmepumpen zu gross installiert werden. Dies auch, weil man seit Jahrzehnten zu grosse Ölheizungen eingebaut hat. Ölheizungen sind günstig im Einkauf, teuer im Unterhalt. Bei Wärmepumpen ist es umgekehrt. Mit der Wahl einer kleineren Wärmepumpe spart man viel bei den Investitionen und später auch im Betrieb. Dafür muss man aber mehr Zeit (und somit Geld) für die Planung ausgeben.
Beispielhaft bei diesem Stadthaus an der Lange Gasse in Basel ist sicher die Tatsache, dass mit der Wärmepumpe auch ein Monitoring System eingebaut wurde. Die Eigentümer können die Anlagenqualität somit mitverfolgen. Der Verein Minergie empfiehlt das übrigens auch und publiziert für Interessenten eine Liste zu den auf dem Markt verfügbaren Monitoring-Systeme.
Was kann der Bund beisteuern, dass es mehr solche Beispiele gibt?
Das BFE und EnergieSchweiz können in der Kommunikation auf dieses Thema hinweisen. Die richtigen Informationen sind wichtig und eine Vollkostenrechnung.
Zudem kann der Bund den PlanerInen und InstallateurInnen eine Plattform bieten und beim Erfahrungsaustausch mithelfen.
Beitrag und Interview: Brigitte Mader, Kommunikation Bundesamt für Energie
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Würde das so nicht bestätigen. Die Praxis zeigt leider häufig, dass zu kleine WP eingebaut werden (klein = günstig), v.a. auch bei GUs, welche Gewinnoptimierung betrieben. Beim ersten kalten Wintertag kommt dann die Zusatzheizung zum Einsatz, welche ja nichts anderes als eine Elektroheizung ist. Und diese ist nicht wirklich effizient und auch für den Hauseigentümer teuer.
Genauso ist es, es zählt nur noch günstiger und nochmals günstiger und dann ne richtige EL-Heizung haben und hohen Stromverbrauch.
Die kantonalen Energiegesetze verlangen bei Neubauten, dass ein Energienachweis eingereicht wird. Ohne diese Nachweise gibt es keine Baubewilligung. Auch Generalunternehmer müssen folglich das Formular EN-3: Energienachweis Heizung und Warmwasseranlagen einreichen. Darin ist die berechnete Heizleistung nach SIA 384.201 deklariert.
Rita Kobler, Fachspezialistin Erneuerbare Energie, Bundesamt für Energie
Das BFE könnte z.B. mit ENDK zusammen die Rahmenbedingungen anpassen? Bei Auslegetemperatur gemäss Klimastation (-7°C Buchs/Aarau) darf gemäss Energiesparvorschriften nicht mit Elektroeinsatz zu geheizt werden. Viele Wärmepumpen müssen somit klar überdimensioniert werden (oft bis 50%), wobei dann auch noch die Sperrzeiten der EW’s dazugerechnet werden müssen. Wäre die Auslegetemperatur bei unserer Klimaerwärmung geringer, oder es gäbe z.B. einen Toleranzbereich in % für den Elektroeinsatz (2-5%), so könnte in den meisten Fällen auch das kleiner dimensionierte Modell eingesetzt werden! Auch die Sperrzeiten sollten abgeschafft werden, sollen Wärmepumpensystem effizienter betrieben werden.
Die Aussagen von Herr Omlin sind somit nichts neues und unter anderem eben auch dem gesetzlichen Rahmen geschuldet.
So ist es.
Ich denke man sollte hier auch unterscheiden zwischen der Wärmequelle. Bei Erdwärme finde ich es wenig sinnvoll eine Direktelektro-Heizung einzusetzen. Bei Aussenluft als Quelle kann man darüber diskutieren. Bei 7-10° Aussentemperatur ist die Effizienz ohnehin im Keller. Hier kann es gut sein, dass ich mit einer leicht zu klein dimensionierten Wärmepumpe durch den besseren Betrieb übers Jahr gesehen weniger Strom benötige trotz teilweiser Unterstützung mit Elektroeinsatz als mit einer zu gross dimensionierten Wärmepumpe.
Herr Omlin sagt, dass er bei bestehenden Mehrfamilienhäuser nicht einfach den Ölverbrauch für die Auslegung verwendet. Früher wurden Ölheizungen grosszügig ausgelegt. Damit kein Kondensat anfällt, wurden die Vorlauftemperaturen hoch eingestellt. Wenn nun eine neue Heizung geplant wird, sind oft bereits neue Fenster eingebaut. Manchmal wurde zwischenzeitlich ein neuer Kessel eingebaut, der auch kondensieren kann/darf. Aber es ist nicht bekannt, welche Anpassungen vorgenommen wurde und mit welcher Effizienz das System läuft. Somit wird eine neue Berechnung sinnvoll, was natürlich Zeit benötigt.
Was Sie ansprechen ist nun die Art und Weise, wie die Berechnung definiert ist. Ich stimme ihnen zu, dass eine «monoenergetisch» (Elektroeinsatz und Bivalenzpunkt über Auslegetemperatur) ausgelegte Luft/Wasser-Wärmepumpe über eine Jahresbetrachtung hinweg, sogar etwas effizienter sein könnte. Das ginge aber klar zu Lasten der nötigen elektrischen Leistung für die Wärmepumpen-Gesamtanlage. Diese muss ja von einem Stromerzeuger zur Verfügung gestellt werden. Auch in einem kalten Winter wollen wir Versorgungssicherheit. Diese Diskussionen werden übrigens gerade im Rahmen der Revision des Stromversorgungsgesetzes diskutiert. Hier finden Sie ein Faktenblatt zu den Vernehmlassungsunterlagen: Punkt verursachergerechte Netztarifierung. Demnächst wird der Bundesrat seine Vorlage veröffentlichen, die dann im Parlament diskutiert und verabschiedet wird.
Rita Kobler, Fachspezialistin Erneuerbare Energien, Bundesamt für Energie
Ich werde die Anlagen weiterhin mit dem historischen Energieverbrauch auslegen. Dass die oben erwähnte Anlage lange mit der halben Leistung auskam, kann ich gut nachvollziehen. Eine sauber nach CH Norm ausgelegte Inverter Wärmepumpe läuft übers Jahr im Schnitt mit durchschnittlich 50% Last. Die SIA 384 ist schön und gut, berücksichtigt aber noch längst nicht alle Faktoren. Ich war zum Beispiel selten in Wohnhäusern wo auf exakt 20°C geheizt wurde. Es sind in der Praxis eher 22°C. Wie der Vorredner bereits schrieb müssen wir monovalent auslegen. Also im Zweifelsfall die grössere WP einsetzen. Für mich gehen die Fragen in andere Richtungen: Wie können wir zukünftig günstig unsere Gebäude kühlen? Und wie gut können wir Wärmepumpen mit selbst erzeugtem Strom betreiben? Was machen wir in der saisonalen Speicherung?
Im Artikel wird klar dargelegt, dass eine energetische Rechnung Zeit und damit Geld erfordert und aus diesem Grund häufig weggestrichen wird. Damit wird die Chance verspielt, die Anlage auf den aktuellen Gebäudezustand auszulegen und erfolgte Erneuerungen zu berücksichtigen. Die vorhandenen Rechenverfahren ermöglichen durchaus, auch 22°C Raumtemperatur zu berücksichtigen. Eine zu gross ausgelegte Wärmepumpe wirkt sich auch auf die Dimensionierung anderer Anlageteile aus (Heizung, Warmwasser). Bei Erdwärmesonden als Wärmequelle ist das noch eindrücklicher. Eine Überdimensionierung führt zu hohen Quellentemperaturen (zwar energetisch interessant), aber dadurch auch zu einer noch leistungsstärkeren Wärmepumpe (da meist bei B0 geplant wurde). Zu ihren weiteren Fragen: Kühlen, Eigenverbrauch und saisonale Speicherung sind wichtige und aktuelle Themen.
Rita Kobler, Fachspezialistin Erneuerbare Energien, Bundesamt für Energie
Hoi Rita. Oliver Joss von Stiebel Eltron. In unserem Tagesgeschäft haben wir vornehmlich Anlagen bei denen nur die Heizung getauscht wird und die Gebäudehülle unberührt bleibt. Hier wird dann der historische Energieverbrauch herangezogen wie es auch bspws. vom WP Systemmodul gefordert wird. Rückblickend kann man sagen, dass dies gut funktioniert. Von Fachleuten erwarte ich schon, dass Sie dem Umstand Rechnung tragen wenn beispielsweise die Fenster kürzlich getauscht wurden. Das ist keine riesige Berechnung. Öfters mal haben wir auch den Fall, dass die Fenster 2 Jahre nach der Heizung gemacht werden. Das ist dann auch tricky.
Bei der Erdsonden Wärmepumpe gebe ich Dir absolut Recht. Hier betreiben wir meines Erachtens Overengineering und schauen zu wenig auf die Kühlung. Seit ich auf Passivkühlung umgerüstet habe, läuft meine Sonde ein paar Grad höher. Die Einsparung mittels Sondenüberdimensionierung kann ich – lapidar gesagt- mit ein paar PV Modulen auf dem Dach kompensieren.
Wir haben ein gutes Tool auf unserer Website, wo man Anlagen durchrechnen kann und sieht was bei einer Unter- und Überdimensionierung passiert. Das Tool zeigt dann an mit wieviel Last die Inverterwärmepumpe übers Jahr läuft. Und auch wieviel der Heizstab zugeschaltet werden muss. Einfach mal ausprobieren.
Oliver Joss. Stiebel Eltron AG Lupfig.
https://www.stiebel-eltron.ch/toolbox/waermepumpe/
Gibt es Untersuchungen und/oder Messungen, wie stark sich der COP/SCOP einer Wärmepumpe mit Luft/Wasser und Sole/Wasser verändert, wenn diese z. B. 10 oder 20 % zu gross sind (mit und ohne Inverter) und was die wesentlichen Einflussfaktoren sind?
Der COP/SCOP kennzeichnet die Geräte-Güte bei Normbedingungen. Eine Über- oder Unterdimensionierung wird dabei nicht ermittelt.
Anders sieht es aus bei Arbeitszahlen, die je nach Systemgrenze unterschiedliche Parameter beinhalten. Diese unterschiedlichen Arbeitszahlen sind in den Berichten zu den Feldmessungen detailliert erläutert.
Messungen zur Überdimensionierung haben wird nicht. Diese wären auch stark abhängig von den getroffenen Annahmen. Wurde z.B. die Wärmeübertragung auf das Warmwasser auf die vorhandene Leistung dimensioniert? Wurde der hydraulische Abgleich durchgeführt und reguliert die Anlage wie gewünscht? Sind Raumtemperaturfühler vorhanden? Wie gross ist die Überdimensionierung und wie stark wirkt sich das auf das Taktverhalten aus? Und um wie viel reduziert sich dadurch die Lebensdauer der Wärmepumpe?
Unsere Feldmessungen zeigen, dass leistungsregulierte Wärmepumpen 10-15% effizienter sind, als on/off Geräte. Dieser Vorteil wird durch eine Überdimensionierung sicher verspielt.
Rita Kobler, Fachspezialistin Erneuerbare Energie, Bundesamt für Energie
Besten Dank für Ihre Antwort. Mit COP/SCOP habe ich die Jahresarbeitszahl oder den COP an einem bestimmt Betriebspunkt gemeint.
Dass eine leistungsregulierte Luft-Wasser-Wärmepumpe effizienter läuft als im On/Off ist für mich nachvollziehbar aufgrund der höheren Leistungsaufnahme der Ventilatoren (Volllast) und dem eher kleineren, gleichmässigeren Temperaturhub. Wobei auch hier die Inverterverluste berücksichtigt werden müssen. Aus Gründen der Schallemissionen eh deutlich besser.
Ob eine etwas überdimensionierte Wärmepupme wirklich einen Unterschied macht ist m. E. fraglich. (Mehr Tauscherfläche vs. mehr on/off im Teillastfall)
Bei Erdsonden-Wärmepumpen ist dies m. E. noch fraglicher. Da gibt es im kleineren Bereich auch erst wenige Hersteller mit Invertern und meistens ist der COP/SCOP aus meiner Erfahrung bei diesen Maschinen nicht so gut, wie bei den besten on/off Wärmepumpen. Ab einer gewissen Grösse drängt sich eine 2-/mehrstufige WP auf.
Eine genauere Untersuchung/Messung des COP/SCOP’s bei einer Überdimensionierung wäre nicht so schwierig. Natürlich müsste diese im Labor erfolgen und der Wärmeverbrauch müsste z. B. aufgrund von Messwerten nachgefahren werden. Dann eine zweite Messung mit z. B. 10% weniger Wärmeverbrauch. (Idee für eine Untersuchung im Auftrag des BFE ;-))
Freundliche Grüsse
Hallo Pius,
gerne möchte ich noch ergänzen, dass leistungsgeregelte Verdichter eine Effizienzkurve bzgl. des Drehzahlbereiches aufweisen. Details finden sich u.a. https://www.fws.ch/wp-content/uploads/2018/06/Tagungsband-21.-Waermepumpen-Tagung.pdf auf Seite 135.
Bei (früheren) On/off Wärmepumpen sind die Verdichter für den Nennarbeitspunkt A2W35 bzw B0W35 auf die höchste Effizienz optimiert worden. Diese Effizinez im Nennbetriebspunkt spiegelt jedoch keinen vollständigen Heizbetrieb im Feld wieder und darf nicht mit dem SCOP verwechselt werden. Ein einfacher Vergleich ist aufgrund der unterschiedlichen Prüfnormen nur bedingt möglich.
Freundliche Grüsse
Manuel Prinzing – wissenschaftlicher Mitarbeiter an der OST – Ostschweizer Fachhochschule, beteiligt an den Feldmessungen von Wärmepumpen im Auftrag von EnergieSchweiz