Praxiserfahrungen mit WärmepumpenInstallationsfehler und ihre Auswirkungen auf den Anlagenbetrieb

Dabei muss zuerst zwischen der Art des Vorfalls unterschieden werden: Erfolgt durch den Wärmepumpenregler eine Regelabschaltung oder eine Störabschaltung? Eine Regelabschaltung bedeutet, dass bestimmte Parameter die Regelung veranlassen, die Wärmepumpe abzuschalten. Das ist ärgerlich, hat aber für den Endkunden keine weitreichenden Folgen. Denn wenn sich die für die Abschaltung verantwortlichen Werte wieder normalisieren, wird der Regelbetrieb im Normalfall automatisch wieder in Gang gesetzt.
Weitaus unangenehmer ist die Störabschaltung: Erfolgt diese, erfordert das fast immer einen Fachhandwerker- oder Kundendiensteinsatz, um das Gerät wieder einwandfrei in Betrieb zu setzen. Gründe für eine Störabschaltung sind immer dann gegeben, wenn die Regelung für die gelieferten Werte keine Vorgehensweise kennt beziehungsweise die Werte nicht den vorgegebenen Parametern entsprechen.

Gleich mehrere Quellen, die zu Fehlermeldungen der Wärmepumpe führen können – obwohl das Gerät selbst nicht dafür verantwortlich ist: Das Membranausdehnungsgefäß ist zu klein, der Vordruck zu hoch, außerdem lässt es sich derart installiert nicht richtig entlüften. Zusätzlich war bei dieser Anlage der Wärmequellen-Massenstrom zu gering. Das PTFE-Band zur Gewindedichtung am Entlüfter kann angesichts der Glykol-Belastung zu einer Undichtigkeit führen. Auch sind hier die Rohre zu starr befestigt, sodass eine Körperschallübertragung auf das Gebäude erfolgt. Die Wärmequellen-Leitungen wurden außerdem nicht diffusionsdicht gedämmt.

Der Einfluss einer einwandfreien oder eben fehlerhaften Installation auf den Betrieb der Wärmepumpe und die gesamte Anlage ist immens. Nur eine fachgerechte Installation der Gasamtanlage sichert den störungsfreien Betrieb der Wärmepumpe. Deshalb sollten Techniker, die zu einem Wärmepumpen-Störfall gerufen werden, immer auch das Anlagenumfeld genau unter die Lupe nehmen.

Mögliche Fehlerquellen bestehen in vielen Bereichen:
• auf der Wärmequellenseite,
• auf der Wärmeabgabeseite, also der Heizmediumseite,
• im eigentlichen Geräteumfeld (Kondensatableitung).

Auf der Wärmequellenseite sind folgende Probleme häufig im Feld anzutreffen:
• Massenstrom des Wärmequellenmediums zu gering;
• Strömung des Wärmequellenmediums unterbrochen;
• Temperatur des Wärmequellenmediums zu niedrig oder
• Temperatur des Wärmequellenmediums zu hoch.

Den Druck im Auge behalten
Die Druckhaltung im Sole-Kreislauf ist von großer Bedeutung für den reibungslosen Betrieb der Erdreich-Wärmepumpe. Fällt der Soledruck, werden die Dichtungen der Verbindungen und Verschraubungen extremen Belastungen ausgesetzt. Sie verformen sich – die Dichtung wird „gezogen“, also vom Unterdruck verformt und damit unwirksam. Dabei ist es weitgehend egal, ob weiche oder harte Dichtungen verwendet werden. Als Folge tritt Soleflüssigkeit aus.
Ursachen für einen Druckabfall im Solekreislauf können sein:
• Das Membran-Ausdehnungsgefäß (MAG) fehlt oder ist zu klein ausgelegt. Die Folge: Reduziert sich das Volumen der Sole im Solekreislauf aufgrund einer Abkühlung der Sole, wird die Volumenreduzierung nicht ausgeglichen und es kommt zum Druckabfall im Solekreislauf und dann letztlich durch eingezogene Dichtungen zum Soleaustritt.
• Das MAG wurde mit einem zu hohen Vordruck installiert. Die Folge: Bei der Befüllung der Anlage wird dann zu wenig Soleflüssigkeit in das Ausdehnungsgefäß eingefüllt, sodass auch hier kein ausreichender Ausgleich des Druckverlustes bei einer Sole-Abkühlung erfolgen kann.
• Der Anlagenfülldruck ist von vornherein zu niedrig.
• Die Umwälzpumpe für den Solekreislauf ist linksdrehend an die Stromversorgung angeschlossen – ein tückisches Problem, denn es wird nur selten erkannt und der Fehler behoben.
• Die Solekonzentration ist zu niedrig, sodass es zu einer Versulzung der Sole infolge von Eiskristallisation kommt. Die erhöhte Viskosität der Soleflüssigkeit führt zu einer erhöhten Druckdifferenz zwischen dem Saug- und dem Druckstutzen der Soleumwälzpumpe. Fällt der Druck am Saugstutzen unter den Umgebungsdruck, wird auch hierbei die Dichtung am Saugstutzen der Soleumwälzpumpe eingezogen.
• Die Solekonzentration ist zu hoch – damit steigt ebenfalls die Viskosität der Sole mit den zuvor beschriebenen Folgen. Die Solekonzentration ist nicht homogen – in der Regel kommt es zu einer Eisbildung innerhalb der Sole im kältes­ten Abschnitt des Kreislaufs, dem Verdampfer. Dadurch wird der Soleflüssigkeitsumlauf beeinträchtigt, bzw. im Extremfall unterbrochen.
• Der Saugdruck der Umwälzpumpe liegt unter dem Atmosphärendruck. Auch dabei wird die Dichtung am Saugstutzen der Soleumwälzpumpe eingezogen.
• Luft im System – ein typischer Fehler: In der Soleflüssigkeit befinden sich gelöste Gase. Wenn die Soleflüssigkeit zur Ruhe gekommen ist, bilden sich Gasbläschen innerhalb der Flüssigkeit. Bei Sole-Wasser-Wärmepumpen, die ganzjährig betrieben werden, bleiben die Luftbläschen relativ unschädlich: Durch das ständige Umwälzen der Soleflüssigkeit gasen die Gasbläschen nicht aus. Sole-Wärmepumpen, die beispielsweise im Sommer komplett abgeschaltet werden, sind dagegen häufig davon betroffen, dass nach dem erneuten Anschalten zeitnah eine Fehlermeldung auftritt: Durch das monatelange Ruhen der Soleflüssigkeit gasen die Bläschen aus, es bilden sich Luftansammlungen, die im System zu einer Unterbrechung des Sole-Kreislaufs führen.

Ein typischer Fall ist das Praxisbeispiel einer Wärmepumpen-Kaskade, die aus zwei Sole-Wasser-Wärmepumpen besteht und an kalten Tagen gelegentlich eine Niederdruck-Störung aufwies. Der Fehler ist nur dann aufgetreten, wenn beide Wärmepumpen über längere Zeit gleichzeitig gearbeitet haben. Es hat sich herausgestellt, dass die Sole-Umwälzpumpe für den gleichzeitigen Betrieb beider Wärmepumpen nicht ausreichend dimensioniert war und nur einen Volumenstrom von maximal 4,3 statt der notwendigen 6,9 m³/h  gefördert hat.
Ein Austreten von Soleflüssigkeit konnte außerdem bei folgenden Praxisbeispielen beobachtet werden:
• Mit PTFE-Band eingedichtete Gewindedichtungen. Sie sind nicht glykolbeständig.
• Bei Verwendung von automatischen Entlüftern. Diese sind für Sole-Kreisläufe nicht zu empfehlen, da sie im Betrieb Undichtigkeiten aufweisen können.

Auch eine optisch einwandfreie Installation kann fehlerhaft sein: Werden zwei Wärmepumpen als Kaskade betrieben, muss die Sole-Umwälz- pumpe für den gleichzeitigen Betrieb beider Wärmepumpen ausreichend dimensioniert werden.

Ausreichender Massenstrom bei Luft-Wasser-Wärmepumpen notwendig
Auch bei Luft-Wasser-Wärmepumpen ist die Gewährleistung des ausreichenden Massenstroms des Wärmequellenmediums Grundvoraussetzung für einen einwandfreien Betrieb. Wird zu wenig Luft in den Verdampfer der Wärmepumpe geleitet, drohen Störungen. Gründe für einen verminderten Luftvolumenstrom sind häufig mechanische Störungen im Ansaugbereich der als Wärmequelle verwendeten Luft. Zwei Beispiele aus der Praxis:
• Bei einem Wanddurchbruch wurden die Umfassungen mit Teerpappe ausgekleidet. Diese Auskleidung löste sich bei der oberen Kante, sodass die Teerpappe vom Luftsog im Betrieb wie eine Gardine in die Ansaugöffnung gezogen wurde und so den Luftstrom behinderte.
• Bei einer anderen Anlage hatte der Nutzer die Luftansaugöffnung aus optischen Gründen mit Brettern verschlossen.

Neben einer eventuellen Stör- oder Regelabschaltung ist außerdem das Austreten von Kondensatwasser möglich. Denn durch die Verminderung des Luftvolumenstroms durch Verengungen auf der Ansaugseite entsteht in der Wärmepumpe  ein Unterdruck. Dieser Unterdruck bewirkt, dass das Kondensat nicht wie vorgesehen über den Kondensatablauf abgeführt wird, sondern im Gerät – in der Regel in der Kondensatwanne – verbleibt. Sammelt sich zu viel Kondensat, läuft die Kondensatwanne über und das Kondensat tritt unkontrolliert aus der Wärmepumpe aus.

Typische Probleme, wenn der Druck in der Wärmepumpe wegen der genannten Fehler zu hoch wird: Die Dichtung wird „gezogen“, verformt sich und verliert damit ihre Wirkung. Hier einige Beispiele für „gezogene“ Dichtungen, deutlich sind die Verformungen gerade bei den „harten“ Dichtungen zu erkennen, doch auch die „weichen“ Dichtungen weisen im Betrieb das gleiche Problem auf.

Nicht zu heiß und nicht zu kalt
Die Temperatur des Wärmequellenmediums soll grundsätzlich weder zu niedrig (unterhalb der jeweiligen gerätespezifischen Einsatzgrenze) noch zu hoch (oberhalb der jeweiligen gerätespezifischen Einsatzgrenze) liegen: Je kälter das Wärmequellenmedium ist, desto größer ist das Risiko von sogenannten Niederdruck-Abschaltungen infolge eines dadurch entstandenen niedrigen Verdampfungsdruckes. Aber auch eine zu hohe Wärmequellentemperatur kann zu einer Störung des Wärmepumpenbetriebes führen: Steigt die Temperatur des Wärmequellenmediums über den vorgesehenen Maximalwert, erhöht sich auch der Druck im Kältemittelkreislauf bis hin zum Auslösen der Hochdruck-Abschaltvorrichtung.
Auch die Wärmeabgabeseite muss, soll die Wärmepumpe reibungslos arbeiten, einwandfrei installiert worden sein. Denn die Wärmepumpe muss die von ihr produzierte Wärme auch jederzeit umfänglich abgeben können. Diese Wärmeabgabe kann im Wesentlichen von folgenden Problemen behindert werden:
• Strömung des Heizmediums durch die Wärmepumpe zu gering;
• Strömung des Heizmediums durch die Wärmepumpe ist unterbrochen.

Grundsätzlich ist die gerätespezifische Heizwasserumlaufmenge über die Wärmeabgabeeinrichtung der Wärmepumpe sicherzustellen. Die Mindestzirkulation des Heizwassers kann über verschiedene Möglichkeiten sichergestellt werden. Neben dem Einsatz sogenannter hydraulischer Weichen oder in Parallelschaltung betriebener Pufferspeicher kann beispielsweise auch ein differenzdruckgesteuertes Überströmventil verwendet werden. Beim Einsatz von differenzdruckgesteuerten Überströmventilen sollte darauf geachtet werden, dass nicht nur der Volumenstrom ausreichend ist, sondern auch, dass die über das Überströmventil umgewälzte Heizwassermenge möglichst groß ist. Daher ist es besser, das differenzdruckgesteuerte Überströmventil nicht unmittelbar in der Nähe der Wärmepumpe, sondern am Ende der Hauptverteil-Leitung zu montieren. Außerdem sollte die Heizkurve so gewählt werden, dass die Heizkreise zwar ausreichend mit Energie versorgt werden, ein Überheizen der Räume im Regelfall aber vermieden wird und so die Raumthermostate nur im Ausnahmefall abregeln müssen. Der hydraulische Abgleich der Heizungsanlage trägt zu einer angemessenen Wärmeabgabe durch die Heizkreise und damit auch zu einem stabilen Heizwasserumlauf bei.

Hinter dieser „Bretterverschönerung“ verbirgt sich die Luftansaugöffnung einer Luft-Wasser-Wärmepumpe – so ist natürlich der Volumenstrom behindert, das führt zu einer Fehlermeldung.

Luft im Heizkreislauf wirkt sich ebenfalls negativ aus. Sie kann zum Beispiel für ein Abreißen des Heizwasser-Volumenstroms verantwortlich sein. Daneben sind in der Praxis weitere Fehlerquellen zu beobachten, die auf den ersten Blick von untergeordneter Bedeutung erscheinen. Wenn beispielsweise nach der Wärmepumpe ein Wärmeaustauscher zur Systemtrennung installiert wird, ist darauf zu achten, dass dieser ausreichend dimensioniert wird. Ein unterdimensionierter Wärmeaustauscher führt immer zu Fehlfunktionen. Auch wenn die technischen Daten des Wärmeaustauschers eine Wärmeaustauscherleis­tung von z. B. 14 kW angeben und die Wärmeleistung der Wärmepumpe z. B. 13 kW beträgt, ist dies ohne die Einbeziehung  der jeweiligen Bezugstemperaturen nur auf den ersten Blick ein passendes Verhältnis. Wenn sich die Wärmetauscherleistung primärseitig auf 70/50 °C und sekundärseitig auf 50/40 °C bezieht, wird mit diesem Wärmeaustauscher die Wärmepumpe nicht effektiv arbeiten, da der Wärmeaustauscher die von der Wärmepumpe abgegebene Heizleistung nicht ausreichend an das System übertragen kann. Solche mit unterdimensionierten Wärmeaustauschern ausgestattete Heizungsanlagen arbeiten erst nach dem Einbau eines angepassten Wärmeaustauschers einwandfrei.
Die Ausführung des Kondensatablaufs bei Luft-Wasser Wärmepumpen sollte nicht vernachlässigt werden. Im Feld konnten folgende Situationen beobachtet werden:
• der Kondensat-Ablauf wurde mit Gegengefälle verlegt,
• der Querschnitt der Kondensat-Ablaufleitung wurde zu klein gewählt,
• die Kondensat-Ablaufleitung wurde so ausgeführt, dass die in den Kondensat­ablaufleitung vorhandene Luft beim Einlaufen des Kondensates nicht entweichen konnte und somit auch das Kondensat nicht ablaufen konnte.

Eine typische Fehlermeldung einer Wärmepumpe: Das Dreieck mit Ausrufezeichen signalisiert „Störung“, der Text die Art des Fehlers: „HD-Sensor max“, also eine Hochdruckstörung, da der Sensor Werte oberhalb des Maximalwertes liefert.

Fazit: In den seltensten Fällen ist die Wärmepumpe selbst für eine Störabschaltung verantwortlich. Zahlreiche Probleme können bei sorgfältiger Planung und Ins­tallation vermieden werden. Deshalb ist es unerlässlich, dass sich Planer und Fachhandwerker eingehend mit der Wärmepumpenanlagen-Technik und -Systematik auseinandersetzen. Sie sollten jede Möglichkeit nutzen, sich entsprechend weiterzubilden – etwa durch Seminare bei Herstellern.

Autor: Heinz-Jürgen Wyzgol, Kundendienst Stiebel Eltron

Bilder: Stiebel Eltron

www.stiebel-eltron.de