Aus Fehlern lernen: Feldanalyse an Wärmepumpenanlagen Peter Hubacher dipl. Ing. HTL Leiter Ressort Qualitätssicherung bei der Fördergemeinschaft Wärmepumpen Schweiz FWS Hubacher Engineering, Tannenbergstrasse 2, 9032 Engelburg 08. September 2010 1
2 Schwerpunkt-Themen Feldanalyse an Kleinwärmepumpenanlagen ein Projekt, das bereits seit mehr als 14 Jahren läuft und interessante Resultate hervorbrachte Wärmepumpendoktor als Qualitätssicherungsinstrument, - Anlaufstelle für unzufriedene Anlagenbesitzer - für die Unterstützung der Installateure mit Informationen und Beratung - flankiert durch die Aus- und Weiterbildung, speziell die Kurse für Fachpartner. 08. September 2010 2
Wer spielt hier mit? Das Bundesamt für Energie BFE mit Energie Schweiz, welches die wichtigsten Akteure unterstützt, ausgewählte Forschungsprojekte lanciert und die Erkenntnisse daraus an die Fach-Branche über FWS und Publikationen kommuniziert Der Fachverband Wärmepumpen Schweiz FWS, der die Qualitätssicherung (Gütesiegel, Wärmepumpendoktor) sowie die Aus- und Weiterbildung mit vielen Aktionen fördert. Die Hersteller und Installateure, die das System von FWS akzeptieren und die Aktivitäten mittragen. Das Wärmepumpentestzentrum WPZ, für die Normprüfungen bei Wärmepumpen samt dem Wärmepumpen-Bulletin, wo alle geprüften Wärmepumpen systematisch aufgeführt werden. 08. September 2010 3
Feldanalyse an Kleinwärmepumpen Feldanalyse des Bundesamts für Energie über 14 Jahre Grossangelegte Feldstudie FAWA an 250 Kleinwärmepumpen über 10 Jahre, mit Folgeprojekt an über 130 Anlagen Ausgewähltes Sample, gemäss wichtigsten Punkten: - Sole/Wasser und Luft/Wasser-Wärmepumpen - mit und ohne Warmwasserbereitung - Seriengefertigte Normgeräte, keine Exoten - Gängige hydraulische Einbindungsschemata - verteilt auf alle Regionen der Schweiz 08. September 2010 4
Welche Zielsetzungen werden verfolgt Betriebserfahrungen kennen lernen, insbesondere - Effizienz und JAZ-Entwicklung über die Jahre, - Betriebs- und Langzeitverhalten, sowie - Warmwasserbereitung, Verfügbarkeit durch Analyse der Störungen Anlagenkonzepte, die sich eignen (Effizienz, Betrieb) Problemanalyse zwecks Verhinderung gleichen Fehlern Schulung der involvierten Fachleute zwecks QS Übergeordnetes Ziel: Zufriedene Anlagenbesitzer! 08. September 2010 5
Langzeitverhalten der Effizienz njaz2 3.60 3.40 3.20 3.00 2.80 2.60 2.40 2.20 2.00 Alle Anlagen (132 Anlagen) 95/96 97/98 99/00 01/02 03/04 Betriebsjahr 05/06 07/08 Feldanalyse an Kleinwärmepumpen Langzeitprojekt des Bundesamts für Energie BFE, 3003 Bern Die Entwicklung der JAZ (absoluter Wert) über die Betrachtungszeit von 12 Jahren ist interessant. Die Effizienz der Anlagen ist auch nach mehr als 10 Jahren immer noch gleich gut. 08. September 2010 6
Langzeitverhalten der Effizienz JAZ2 relativ vs. Betriebsjahre - alle Anlagen JAZ2 relativ 1.10 1.05 1.00 0.95 0.90 0.85 0.80 0.75 0.70 0.65 0.60 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Betriebsjahre 150 120 90 60 30 0 Anzahl Anlagen Feldanalyse an Kleinwärmepumpen Langzeitprojekt des Bundesamts für Energie BFE, 3003 Bern Die Veränderung der JAZ über die Betrachtungszeit ist praktisch unverändert bis zum 11. Betriebsjahr. Für die Beurteilung der Jahre 12 14 sind noch zuwenig Anlagen enthalten, resp. die alten Anlagen beeinflussen das Resultat zu stark. 08. September 2010 7
Verlauf in FAWA resp. WPZ FAWA-Messungen und WPZ-Prüfergebnisse njaz 2 resp. COP [-] Hochrechnung FAWA und WPZ L/W und S/W mit Marktanteilen gewichtet 4.0 4.0 3.5 3.5 3.0 3.0 2.5 2.5 2.0 2.0 1.5 1.5 1.0 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 FAWA [njaz 2] WPZ [COP] 1994/95 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 Bau- oder Prüfjahr Arbeitspunkt WPZ: TQuelle L/ W 2 C, S/ W: 4.8 C; TSenke 39.1 C Die Anlagenresultate im Feld sind 1-2 Jahre verzögert gegenüber den WPZ Ergebnissen 08. September 2010 8 JAZ2 [-] 4.0 3.8 3.6 3.4 3.2 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0 1.8 1.6 1.4 1.2 1.0 JAZ2 vs. Kalenderjahre Alle Anlagen 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 Es fand nur eine innovative Phase statt bis ca. Jahr 2000. 150 120 90 60 30 0 Anzahl Anlagen
Laufzeit von Wärmepumpenanlagen Laufzeit [h/a] Mittlere Laufzeiten SW-Anlagen 2'600 2'400 2'200 2'000 1'800 1'600 1'400 1'200 1'000 96/97 Laufzeit 98/99 00/01 02/03 HGT Mittelland 04/05 06/07 4000 3500 3000 2500 2000 Heizgradtage Feldanalyse an Kleinwärmepumpen Langzeitprojekt des Bundesamts für Energie BFE, 3003 Bern Für die Laufzeiten von Sole/Wasser-Wärmepumpen sind Grenzen gesetzt, da sonst die Erdwärmesonden übernutzt werden. Trotzdem gibt es einzelne Anlagen mit bis zu 3 000 Betriebsstunden. 08. September 2010 9
Warmwasserbereitung mit Wärmepumpen JAZ von Anlagen mit und ohne WW-Einbindung JA AZ 2 [-] JAZ 2 und Warmwasserbereitung 100% mit WP 0% mit WP (Elektroboiler) 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 0.5 0.0 Alle Luft/Wasser Sole/Wasser FAWA-Erkenntnisse Wärmebedarf (FAWA): Raumheizung: 80% Warmwasser: 20% T VL -WW nur wenig höher als T VL -Heizen Kein Effekt auf JAZ zu erwarten. Feldanalyse an Kleinwärmepumpen Langzeitprojekt des Bundesamts für Energie BFE, 3003 Bern Wärmepumpen mit denen auch die Warmwasserbereitung erfolgt, haben keine schlechtere Effizienz, d.h. dass mindestens eine JAZ im Rahmen der Anlagen ohne WW-Bereitung erwartet werden kann. 08. September 2010 10
Die Verfügbarkeit Verfügbarkeit 1.000 Verfügbarkeit [-] 0.995 0.990 0.985 0.980 A lle Neubau Sanierung Feldanalyse an Kleinwärmepumpen Langzeitprojekt des Bundesamts für Energie BFE, 3003 Bern Störung Alle Neubau Sanierung L/W S/W LZ total [h] 1'646'091 811'206 834'885 551'422 953'931 Störung [h] 3'944 2'065 1'879 2'427 1'311 Verfügbarkeit [-] 0.9976 0.9975 0.9978 0.9956 0.9986 Bei den festgestellten Ausfällen sind oft Störungen der Regulierung aufgetreten, die nur indirekt die Wärmepumpe betreffen. 08. September 2010 11
Erdwärmesonden Dimensionierung der Sole-Umwälzpumpen Es wird zu wenig geplant sondern mit Sicherheit mehr geschätzt Anteil Solekreispumpe an der gesamten elektrischen Leistungsaufnahme der WP beträgt ca. 13% Optimierungspotential ist beträchtlich. - genauer dimensionieren - Umwälzpumpen mit Energie Klasse A Anzahl Anlag gen [Stk.] 18 16 14 12 08. September 2010 12 10 8 6 4 2 0 Aufnahmeleistung der Sondenpumpen (pro Meter Sonde) 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 Massiv Überdimensioniert 3.0 3.5 P UP [W/m] 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0
Jahresarbeitszahlen bei Kleinanlagen Was ist möglich? Jahresarbei itszahl (JAZ) 6.5 6.0 5.5 5.0 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0 Durchschnitt FAWA Durchschnitt Bestanlagen über 5 Jahre Max. Wert Bestanlagen über 5 Jahre 2.60 3.14 3.38 LW-WP (<25 kw) 08. September 2010 13 3.40 Feldanalyse an Klein-Wärmepumpen Langzeitprojekt des Bundesamts für Energie BFE, 3003 Bern 4.96 5.59 SW-WP (<60 kw)
Wartungskosten bei Kleinanlagen Ergebnisse von 61 Klein-Wärmepumpenanlagen mit gesamthaft ca.731 500 Betriebsstunden Mittlere Wartungskosten für Service pro Anlage (61 Anlagen) 35 30 Anlage [Fr./a] Kosten pro 25 20 15 10 5 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Betriebsjahr Feldanalyse an Kleinwärmepumpen Langzeitprojekt des Bundesamts für Energie BFE, 3003 Bern Mittlere Wartungskosten (Service-/Unterhaltskosten) pro Anlage über die Betriebsjahre der Wärmepumpen liegen bei ca.18.50 Fr./a. 08. September 2010 14
Reparaturkosten bei Kleinanlagen Ergebnisse von 61 Klein-Wärmepumpenanlagen mit gesamthaft ca.731 500 Betriebsstunden Mittlere Reparaturkosten pro Anlage (61 Anlagen) Jahre 6 und 8-10 haben höhere Kosten, da bei je einer Anlage ein Kompressorschaden, resp. Wärmetauscherdefekt entstanden war. mittlere Kosten pro Anlage [Fr./a! 240 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Betriebsjahre Feldanalyse an Kleinwärmepumpen Langzeitprojekt des Bundesamts für Energie BFE, 3003 Bern Mittlere Reparaturkosten pro Anlage über die Betriebsjahre der Wärmepumpen liegen bei ca. 74.50 Fr./a. 08. September 2010 15
FWS Anlaufstelle für unzufriedene Wärmepumpenbesitzer (Wärmepumpen-Doktor) Neutrale Anlaufstelle (wird als solche akzeptiert) Für Privatpersonen, Lieferfirmen, Hersteller und Installationsfirmen Hilfestellung bei Problemen Vermittlung zwischen den Parteien (Verhindern von Streitigkeiten oder Gerichtsfällen) Rückkoppelung an die Fachbranche durch Information über die Tätigkeit und Abgabe von Tipps Verhindern, dass schlechte WP-Anlagen zu einem Imageverlust der Wärmepumpen führen 08. September 2010 16
Komplexe Systeme neigen zu Problemen Komplexe hydraulische Systeme sind nicht nur schwierig zu verstehen, sondern neigen auch viel mehr zu falschen Betriebsabläufen und führen deshalb zu vermehrten Ausfällen und Störungen. 08. September 2010 17
Beispiele aus der Praxis Unnötige Energieverluste durch unisolierte Leitungen 08. September 2010 18 Diese flexiblen Verbindungen nützen nichts, da sie zu kurz und ohne Richtungsänderung eingebaut sind. Dadurch wird über die Wassersäule ein auftretender Körperschall direkt weiter geleitet und kann in die Wohnzone gelangen.
Luft/Wasser-Wärmepumpen sind bei Reihen-EFH kritisch Bei Reihenhäusern ist die Installation einer Luft/Wasser-Wärmepumpe nicht ganz einfach, da vor allem bei Zwischenhäusern die Nachbarn sehr nahe sind. Es lohnt sich von Anfang an zusätzliche Schalldämmung bei der Zu- und Abluft vorzusehen. Die Schalldämmung wurde hier im Lichtschacht erfolgreich eingebaut. 08. September 2010 19
Bei Luft/Wasser-Wärmepumpen Schallausbreitung beachten Eine Holzkastenkonstruktion hat hier als Resonanzkasten gewirkt und die Personen im Wohnzimmer belästigt. 08. September 2010 20 Vorallem tieffrequente Töne benötigen eine grosse Masse, um eine Schall dämmende Wirkung zu erreichen.
Wer versteht, um was es geht, macht weniger Fehler EWS Verbindungsleitungen oberirdisch verlegt und vierfach unisoliert ins Haus geführt 08. September 2010 21
FWS Fachpartner mit Zertifikat Aus- und Weiterbildung bei FWS (AWB) Strategisch WICHTIG für die Qualitätssicherung des FWS AWB für FWS Mitgliederpflege / Akquisition Marketing / Werbung für WP-Einsatz bei Anlagensanierungen Öffentlichkeitsarbeit über Netzwerkpflege Praxisbezug / Erfahrungsaustausch Inhous Kurse bei WP-Hersteller / Planer / Installateure Die Qualität der Produkte + Dienstleistungen sind in einem boomenden Markt stark von gut ausgebildeten Partnern abhängig. 08. September 2010 22
Wo stehen wir heute? Über 80% der neu erbauten EFH werden mit Wärmepumpen beheizt und der Sanierungsmarkt steigt an. Wärmepumpen werden eingesetzt für Heizung alleine, und/oder Warmwasser-Bereitung und immer mehr auch für Heizen/Kühlen, speziell mit passiver Kühlung. Wärmepumpenanlagen sind heute im Markt fest etabliert. Wärmepumpen, kleine und vermehrt auch grosse, werden überall eingesetzt, in Bürogebäuden, Verwaltungen, Schulhäusern, Altersheimen, Spitälern, Hotels, Einkaufzentren, grossen Wohnüberbauungen, Nahwärmeversorgungen, Industriegebäuden (inkl. technische Anlagen) und vermehrt zusammen mit WKK-Anlagen. 08. September 2010 23
Marktanteil der Wärmepumpe neu erstellte Einfamilienhäuser 18000 16000 Neue Gebäude Wärmepumpen Anzahl Wärmepumpen 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 '80 '92 '94 '96 '98 '00 '01 '02 '03 '04 '05 '06 '07 '08 '09 Quelle: FWS 21 24 30 30 32 39 40 56 53 56 75 75 77 83 83 Marktanteil in % Die Wärmepumpenheizung ist im Immobilienmarkt bereits ein Verkaufsargument geworden 08. September 2010 24
Verteufte Erdwärmesonden in Laufmeter pro Jahr Laufmeter 2008 haben 48 Bohrfirmen ihre Zahlen gemeldet 08. September 2010 25
Stückzahl Die Wärmepumpe steht an der Spitze Verkaufszahlen 2008 Quellen: Procal und FWS Die Wärmepumpe ist heute unübersehbar dabei! 08. September 2010 26