Betrieb von Wärmepumpen: Kontrolle, Wartung und Optimierung

Unterscheidung von Begriffen und regulatorischen Vorgaben

Es gibt Vorgaben, die aus Gründen der Sicherheit sowie des Umwelt- und Mieterschutzes gesetzlich geregelt sind, als Fördervoraussetzung gelten oder von Herstellern entsprechend der Garantiegewährleistung gefordert werden.

Eine Wärmepumpenanlage umfasst neben dem Wärmepumpengerät die Wärmequellenerschließung (Außenluft, Erdreich, Grundwasser oder andere Quellen) und Anlagenelemente zur Wärmeverteilung, wie Leitungen, Speicher, Pumpen, Ventile, Heizkörper etc.

Folgende Begriffe werden unterschieden:

• Inspektion oder Betriebskontrolle: Umfasst die Überwachung des Zustandes der Anlage, um Abweichungen vom Soll-Zustand festzustellen.
• Wartung: Beinhaltet präventive Maßnahmen, die einen störungsfreien Betrieb der Anlage ermöglichen und umfasst auch die Inspektion. Dazu zählen beispielsweise die Reinigung von Filtern oder Schlammabscheidern, Funktionskontrollen, die Prüfung relevanter Kennwerte und Einstellungen sowie der Austausch kleinerer Verschleißteile.
• Instandsetzung: Umfasst die Reparatur und den Austausch defekter Komponenten, um den Soll-Zustand wiederherzustellen.
• Optimierung: Beinhaltet Anpassungen an der Anlage hinsichtlich Einstellungen, Regelungen oder Komponenten, um den Anlagenbetrieb zu verbessern und leistungsfähiger, effizienter, langlebiger oder nachhaltiger zu gestalten.

Wartung der Komponenten an der Anlage

Das Wärmepumpengerät ist gegenüber Heizgeräten mit Verbrennung wartungsarm. Dennoch gibt es Verschleißteile wie den Verdichter, die geprüft werden sollten. Besonders relevant bei der Wartung ist die Prüfung der Parametrierung und Komponenten an der gesamten Anlage, die unabhängig vom Wärmeerzeuger im Heizungskeller installiert sind und für einen effizienten und langlebigen Betrieb erforderlich sind – entsprechend den Vorgaben des GEG. Dies beinhaltet Reinigungen und Funktions- und Einstellungsprüfungen.

Besonders relevante Wartungstätigkeiten

Hersteller und weitere Informationsquellen (siehe „Weiterführende Informationen") bieten umfangreiche Informationen über die gesamten Wartungstätigkeiten an der Anlage. Im Folgenden stehen die Tätigkeiten im Fokus, für einen störungsfreien, effizienten, langlebigen Betrieb besonders relevant sind. Die Erkenntnisse beruhen auf Studien, Feldtests und Erfahrungen von Gutachtern.

Überwachung und Bewertung relevanter Kennwerte und Optimierung der Einstellungen

Der optimale Betrieb einer Anlage wird an verschiedenen Kennwerten einer Anlage sichtbar. Die relevantesten Parameter sind in folgendem Abschnitt beschrieben. Bei einer turnusmäßigen Wartung der Komponenten von meist einem Jahr werden diese Parameter bewertet und entsprechend Optimierungen an der Einstellung vorgenommen. Eine regelmäßigere bzw. permanente Überwachung dieser Werte ermöglicht es, frühzeitig Optimierungen zu erkennen und umzusetzen, wodurch Störungen und erhöhte Betriebskosten vermieden sowie Effizienzsteigerungen ermöglicht werden können. Hersteller unterstützen verschiedene Service-Dienstleitungen, die teilweise durch den Fachbetrieb umgesetzt werden können.

Optimieren der Einstellungen an der Anlage: Sollwerte, Laufzeiten und Regelparameter

Die folgenden Einstellungen haben einen wesentlichen Einfluss auf den Stromverbrauch und sollten geprüft sowie bei der Feststellung von Optimierungsbedarf oder bei Änderungen in der Anlagennutzung angepasst werden:

• Einstellung der Heizgrenze: Typische Werte für die Heizgrenze sind für Altbauten 15 Grad Celsius, bei sanierten Gebäuden 12 Grad Celsius und für gut gedämmte Neubauten oder Passivhäuser 10 Grad Celsius Außentemperatur. Wird die Wärmepumpe in den Sommermonaten für die Raumheizung freigegeben, kann es dazu kommen, dass sie den Heizungsspeicher weiterhin auflädt. Auch in Systemen ohne Heizungsspeicher läuft sie kurzzeitig an, wenn die Außenlufttemperatur unter die Heizgrenze fällt, sofern kein automatischer Wechsel vom Winter- in den Sommerbetrieb erfolgt. In beiden Fällen wird dadurch nicht notwendige Wärme erzeugt und unnötig elektrische Energie verbraucht. Auch könnten diese Verdichterstarts, die aufgrund der fehlenden Wärmeabnahme oftmals mit kritisch kurzen Betriebsphasen verbunden sind, vermieden werden. Die Heizgrenztemperatur kann in Abstimmung mit den Nutzenden reduziert oder erhöht werden. Dadurch kann der Stromverbrauch reduziert werden, auch wenn die Jahresarbeitszahl durch den Betrieb an milden Tagen steigen kann. Gleichzeitig sollte ein möglicher Komfortverlust in der Übergangszeit berücksichtigt werden.
• Einstellung der Heizkurve: Die Heizkurve hat direkten Einfluss auf die Effizienz der Wärmepumpe. Die Heizkurveneinstellung sollte entsprechend der Auslegungsberechnung vorgenommen und schrittweise weiter angepasst werden. Dabei ist zwischen Neigung und Niveau zu differenzieren: Die Neigung der Heizkurve kann im Winter angepasst werden und das Niveau in der Übergangszeit (Herbst/Frühling). Zu steil (Neigung) oder zu hoch (Niveau) eingestellte Heizkurven bewirken eine zu hohe Vorlauftemperatur und führen damit zu einer geringeren Effizienz. Die Neigung wird je nach Hersteller auch „Endpunkt“, „Steilheit“ oder „Auslegung“ genannt. Das Niveau wird auch „Offset“ oder „Parallelverschiebung“ genannt. Achtung: Wenn das Niveau nach oben angepasst wird, weil dem Nutzer im Herbst zu kalt ist, muss auch die Neigung weniger steil angepasst werden, wenn es im Winter passend warm war. Eine Möglichkeit ist, in Abstimmung mit dem Kunden oder der Kundin die Heizkurve anfangs geringer einzustellen und bei Bedarf schrittweise anzuheben: Bei berechneter Vorlauftemperatur von 55 Grad Celsius bei -10 Grad Celsius Außentemperatur kann die Heizkurve auf 50 Grad Celsius eingestellt werden und ggf. im Nachhinein nach oben oder noch weiter nach unten angepasst werden. Eine gute Möglichkeit bietet sich über ein Fernmonitoring oder Fernwartung des SHK-Betriebes an bzw. in Abstimmung mit dem Kunden direkt am Gerät bzw. an der Bedieneinheit.

• Einstellung des Bivalenzpunkts für Heizstabeinsatz: Der Bivalenzpunkt gibt die Außentemperatur an, ab dem der zweite Wärmeerzeuger (z.B. elektrischer Heizstab) zugeschaltet wird. Der Bivalenzpunkt wird bei der Inbetriebnahme aus den Planungswerten übernommen. Da der Wärmebedarf des Gebäudes von der berechneten Heizlast und damit vom geplanten Bivalenzpunkt abweichen kann, könnte die Wärmepumpe auch unterhalb der Bivalenztemperatur in der Praxis noch ausreichend Wärme ohne den Heizstab bereitstellen. Die Einstellung der Bivalenztemperatur aus den Planungsdaten kann dies jedoch verhindern. Die Einstellung einer geringeren Bivalenztemperatur kann sinnvoll sein, wenn im Anschluss daran die Anlage weiter überwacht wird, um ggf. Anpassungen durchzuführen. Eine Überprüfung der Einstellung und nach einer Heizperiode kann helfen, um die Anlage auf den tatsächlichen Bedarf anzupassen und weiter zu optimieren.
• Begrenzung der Leistung des Heizstabes, um unnötigen Betrieb und Leistung zu vermeiden: Standardmäßig ist der Heizstab mit drei Schützen von jeweils 3 kW eingebaut, insgesamt 9 kW. Das bedeutet, dass die Leistung auf 3 kW oder 6 kW abgestuft werden kann. Modulierende Heizstäbe können mit genaueren Abstufungen von 0,5 kW eingestellt werden.
• Nachtabsenkung: Bei gut gedämmten Gebäuden mit thermisch trägen Heizungen (Fußbodenheizung) ist die Nachtabsenkung meist nicht lohnend, da die Raumtemperatur sehr langsam sinkt und das schnelle Aufheizen viel Strom verbrauchen kann. Eine Nachtabsenkung kann den Strombedarf erhöhen, wenn durch die nötige Aufheizung in den Morgenstunden zusätzliche Wärmequellen (bspw. Heizstab) zugeschaltet werden müssen oder die Vorlauftemperatur erhöht werden muss. Bei der Inbetriebnahme ist zu prüfen, ob die Werkseinstellungen zu den Vor-Ort-Gegebenheiten passen. Kurze Zeiten mit geringen Temperaturen und geringe Aufheizzeiten sollten vermieden werden.
• Trinkwarmwassertemperatur und Zirkulation:
  • Regelungen für Großanlagen: Für Anlagen mit Trinkwassererwärmern gilt nach DVGW Arbeitsblatt W 551 und VDI 4645: Sobald der Inhalt mindestens 400 Liter umfasst und/oder in einer Rohrleitung zwischen Trinkwassererwärmer und Entnahmestelle mehr als 3 Liter enthalten sind (Großanlagen), muss die Temperatur im gesamten Zirkulationssystem über 55 °C liegen. Am Warmwasseraustritt muss eine Temperatur von mindestens 60 °C erreicht werden. Dieses hohe Temperaturniveau stellt eine Herausforderung für den effizienten Einsatz von Wärmepumpen dar. Effiziente Optionen sind der Einsatz eines zweiten Wärmeerzeugers, wie z. B. einer Trinkwarmwasser-Wärmepumpe, Kaskaden-Lösungen oder dezentrale Lösungen, wie Frischwasserstationen oder direkt-elektrische Erwärmung. Wenn gewisse Bedingungen im Zirkulationssystem eingehalten werden, kann eine Großanlage mit geringeren Temperaturen von 55 °C betrieben werden (Temperatur am Austritt der Trinkwassererwärmungsanlage mindestens 50 °C). Die Bedingungen, wie Einsatz elektronischer Zirkulationsventile, Temperaturmessungen und Legionellenmessungen, sind in DVGW Arbeitsblatt W 551 (2025) erläutert. Die Zirkulation des Trinkwarmwassers im Gebäude führt zu Wärmeverlusten. Deswegen sollten Zirkulationszeiten des TWW angepasst werden, um Zirkulation zu nicht benötigten Zeiten zu vermeiden.
  • Regelungen Kleinanlagen: Für kleinere Anlagen, in Ein- und Zweifamilienhäusern, sind Betriebstemperaturen von unter 50°C zu vermeiden. Bei integrierten Vorwärmstufen (häufig Bestandteil bei Wärmepumpensystemen) ist sicherzustellen, dass der gesamte Trinkwasserinhalt mindestens einmal täglich auf 60 °C oder höher erwärmt wird. Für kleinere Anlagen mit Zirkulationssystem gelten dieselben Temperaturanforderungen wie bei Großanlagen. Es sollte auf die Bedeutung der Zirkulation und den Einfluss auf die Wärmeverluste aufmerksam gemacht werden. Zudem empfiehlt es sich, ein Zeitprogramm einzustellen und so anzupassen, dass die Zirkulation nur in den benötigten Zeitfenstern Zirkulation läuft.
  • Dezentrale Anlagen: Dezentrale Trinkwassererwärmer zur Einzelversorgung einer Entnahmestelle können ohne zusätzliche Anforderungen betrieben werden. Bei dezentralen Speicher-Trinkwassererwärmern für mehrere Entnahmestellen, beispielsweise innerhalb eines Badezimmers, muss die Temperatur am Austritt mindestens 50 °C betragen. Dezentrale Durchfluss-Trinkwassererwärmer dürfen ebenfalls ohne weitere Anforderungen eingesetzt werden, sofern das nachgeschaltete Leitungsvolumen im Fließweg 3 Liter nicht überschreitet.
• Soll-Temperaturen und Werte für Hysteresen für Raumluft- und Trinkwarmwassertemperaturen: Die werkseitig eingestellten Soll-Temperaturen für Raumluft und Trinkwarmwasser können bei Bedarf reduziert werden, wodurch sich die Effizienz erhöht. Die Hysterese, also die Temperaturdifferenz, ab der die Speicher für Trinkwarmwasser und Heizung beladen werden, kann ggf. angepasst werden. Dabei muss beachtet werden, dass sehr geringe Hysteresen zu häufigerem Takten führen.

Protokoll und Auswertung für Betreiber der Anlage

Die Ergebnisse der Wartung und Betriebskontrolle sind in einem Protokoll zu dokumentieren. Hersteller bieten an die Anlage angepasste Wartungsprotokolle an. Herstellerübergreifende Protokolle sind in den weiterführenden Informationen enthalten. Im Protokoll sind Wartungsarbeiten, Kennwerte, Betriebsparameter und Ergebnisse und ggf. Reparaturbedarf vermerkt. Diese Ergebnisse sind den Nutzerinnen und Nutzern oder Betreibern der Anlage auszuhändigen und zu erläutern. Insbesondere die Ergebnisse der Kennwerte zur Beurteilung der Anlage sind auch für Laien einzuordnen. Den Nutzerinnen und Nutzern ist verständlich zu erläutern, welchen Einfluss diese auf die Effizienz und somit die Betriebskosten haben.