12. November 2024

Ein oftmals vernachlässigtes Thema: Wie lässt sich der Frostschutz bei außen aufgestellten Luft/Wasser-Wärmepumpen im Störungsfall sicherstellen?

Wenn eine außen aufgestellte Monoblock-Wärmepumpe auf Störung geht, dann wird nicht nur die Wohnung kalt. Auch das Gerät selbst kühlt sich auf Umgebungstemperatur ab. Insbesondere an Tagen mit Temperaturen dauerhaft unter 0 °C drohen folgenreiche Frostschäden am Außengerät, wenn keine Vorsorge getroffen wird. Denn Fakt ist: Friert der Wärmetauscher (Verflüssiger) ein und platzt dadurch, kommt das einem Totalschaden der Wärmepumpe gleich. Welche Maßnahmen sind erforderlich, um im Störungsfall Folgeschäden sicher zu vermeiden? Oder sind Wärmepumpen gar eigensicher?

Der Frostschutz von Monoblock-Wärmepumpen erfährt insbesondere außerhalb der Heizsaison nur wenig Aufmerksamkeit. Das kommt nicht von ungefähr. Von Frostschäden, verursacht durch eine Störung am Gerät oder einem Stromausfall, haben wohl nur die wenigsten gehört. Doch die Sicherheit ist trügerisch, denn mit der Anzahl der verbauten Wärmepumpen dürfte auch die Anzahl an Störungen in der Heizsaison steigen. Die Erfahrung im vergangenen Winter hat gelehrt, dass es einige Wochen dauern kann, bis der Kundendienst des Herstellers vor Ort ist. Auch bei einem längeren Ausfall der Heizung muss also der Schutz vorm Einfrieren der Anlage gewährleistet sein.

Es kommt noch ein weiterer Faktor dazu: Durch die zunehmende Elektrifizierung im Gebäudesektor durch Wärmepumpen und E-Autos sehen nicht wenige Experten ein steigendes Risiko für Stromausfälle durch eine Überlastung des Niederspannungsstromnetzes, denn es ist in vielen Regionen längst nicht auf aktuellem Stand. Und je mehr Wärmepumpen und Wallboxen installiert werden, desto größer wird die Netzbelastung.

Steuerbare Verbrauchseinrichtungen dimmen

Um Überlastungen von Niederspannungsnetzen zu vermeiden, hat die Bundesnetzagentur den § 14a im Energiewirtschaftsgesetz (EnWG) mit Wirkung zum Jahresbeginn 2024 angepasst. (siehe Bericht „Steuerbare Verbrauchseinrichtungen“ in Heft 1/2024 sowie online auf www.ikz-select.de). Die neuen Regelungen sehen vor, dass der Netzbetreiber den Anschluss von neuen Wärmepumpen oder privaten Ladeeinrichtungen für E-Autos zukünftig nicht mehr mit Verweis auf eine mögliche lokale Überlastung seines Netzes ablehnen oder verzögern kann. Im Gegenzug darf der Netzbetreiber, wenn eine akute Beschädigung oder Überlastung des Netzes droht, die Belastung des Netzes reduzieren, indem er den Strombezug steuerbarer Verbrauchseinrichtungen temporär „dimmt“. Dabei muss er eine Mindestleistung von 4,2 kW immer zur Verfügung stellen, sodass Wärmepumpen betrieben und Elektroautos weiter geladen werden können. Inwieweit sich eine Überlastung des Stromnetzes und damit verbunden Stromausfälle wirksam verhindern lassen, ist derzeit kaum abschätzbar, denn für die technische Umsetzung haben die Netzbetreiber noch bis 2028 Zeit.

Lösungen für die Praxis

Blicken wir auf die Baupraxis: Welche Möglichkeiten gibt es, einen Frostschutz bei Monoblockgeräten zu realisieren? Zunächst sei vorangestellt, dass die Rohrleitungen zum Außengerät mit einer 200-%-Dämmung nach Gebäudeenergiegesetz versehen werden müssen. Das bietet schon mal einen grundsätzlichen Schutz, aber nur für die Rohrleitungen, nicht für das Gerät. Einige Anbieter von Anschlusssystemen für die Außeneinheit unterschreiten bei ihren gedämmten Rohrsystemen diese Mindestforderung. Auf Anfrage der Redaktion gibt beispielsweise Armacell zu bedenken, dass eine 200-%-Dämmung auf einem DN 25-Wellrohr einen Außendurchmesser von zweimal ca. 190 mm (Außendurchmesser des Rohrs: 31 mm + 2-mal Dämmung von 80 mm) und bei einem DN 32-Wellrohr einen Außendurchmesser von zweimal ca. 240 mm (Außendurchmesser des Rohrs: 42 mm + 2-mal Dämmung von 100 mm) ergeben würde. Die Leitungen würden nicht nur sehr große Mauerdurchbrüche von 40 bzw. 50 cm in der Hauswand erfordern, sondern wären bei den oft mals sehr engen räumlichen Bedingungen auch unmöglich zu installieren. Das klingt durchaus nachvollziehbar, doch ob Gerichte bei eventuellen Streitfällen dieser Argumentation folgen würden, ist offen. Ohnehin verzögert eine Dämmung die Auskühlung der Rohrleitungen lediglich, verhindern lässt sie sich nicht.

Bordmittel für den Frostschutz

Die Monoblock-Wärmepumpen selbst weisen in der Regel einen gewissen Eigenschutz auf. So werden bei Unterschreitung einer Mindesttemperatur automatisch die Heizungsumwälzpumpen aktiviert, um durch die permanente Umwälzung die Frostsicherheit zu gewährleisten. Bei monoenergetischen oder bivalenten Anlagen wird bei Störungen der Wärmepumpe der Heizstab bzw. zweite Wärmeerzeuger freigegeben. Diese Kombination verhindert Frostschäden wirkungsvoll. Doch wenn der Strom für längere Zeit ausfällt oder die Regelung einen Schaden hat, dann greifen diese Schutzmaßnahmen nicht.

Deshalb empfiehlt sich für diesen Fall der Fälle grundsätzliche eine Absperrung und Entleer-Möglichkeit in unmittelbarer Nähe der Außeneinheit, sofern möglich auf der Innenseite des Gebäudes. Denn der Keller liegt meist tiefer, überdies wäre die Zugänglichkeit besser gegeben. In der Regel kann man über die Wärmepumpe den Heizkreis oder den Wärmetauscher be- und entlüften, sodass die Rohrleitungen wenn nötig vollständig leerlaufen können.

Eine Alternative zur manuellen Entleerung sind die klassischen thermostatischen Frostschutzventile. Sie arbeiten automatisch und entleeren den Heizungskreislauf, wenn die Durchschnittstemperatur im Medium eine bestimmte Temperatur (z. B. 3 °C) erreicht. Dadurch werden Frostschäden in der Wärmepumpenanlage sicher verhindert. Die Ventile werden im Vor- und Rücklauf direkt am Gerät installiert und nicht gedämmt. Das ist das eigentliche Manko der Frostschutzventile, denn über dieses ungedämmte Teilstück entweicht im Normalbetrieb kontinuierlich Energie.

Zwischenwärmeübertrager einbauen

Eine weitere Lösung, um den Schutz der Rohrleitungen und des Außenaggregates im Schadensfall und bei Minustemperaturen zu gewährleisten, ist die Trennung der Wasserkreisläufe über einen Wärmeübertrager. Auf der Primärseite (Wärmepumpe) wird ein Sole/Wasser-Gemisch eingefüllt, die Sekundärseite wird wie üblich mit (aufbereitetem) Heizungswasser betrieben. Allerdings sind damit energetische Nachteile verbunden: Wird die Wärmepumpe mit einen Wasser/Glykol-Gemisch mit einem Glykolanteil von z. B. 25 % betrieben, verschlechtert sich die Effizienz um etwa 15 %.

Ebenfalls nur eingeschränkt zu empfehlen wäre eine selbstregelnde Rohrbegleitheizung für die Außenleitungen bis möglichst nahe zum Wärmetauscher. Der Markt bietet fertig konfektionierte Begleitheizbänder in unterschiedlichen Längen und Leistungen sowie Temperaturniveaus an. Inwieweit die Heizbänder das Gerät selbst bei starkem Frost schützen können, hängt von vielen Faktoren ab. Etwa davon, inwieweit das Heizband ins Gerät geführt wird und welche Temperatur gefahren wird. Bei einem längeren Stromausfall kann diese Variante den Frostschutz aber nicht gewährleisten.

Welche technischen Lösungen empfehlen die Hersteller?

Wir haben renommierte Hersteller angeschrieben und sie gefragt, welche baulichen Vorgaben/Empfehlungen bei ihren Wärmepumpen zu beachten sind, um einen Frostschutz im Störfall zu gewährleisten.

Brötje

Alexander Henne, Produktmarketing Manager bei der August Brötje GmbH in Rastede, schreibt: „Unsere Wärmepumpen besitzen eine integrierte Frostschutzfunktion. Sie veranlasst, dass das Gerät im normalen Betrieb bei niedrigen Außentemperaturen einen sogenannten Abtauvorgang durchführt. Dazu entnimmt es Wärme aus dem Gebäude (vorwiegend aus dem Pufferspeicher) und hält damit die Außeneinheit eisfrei. Unsere Wärmepumpen sind also generell dazu ausgerüstet, auch im Winter eisfrei zu bleiben.“ Er betont aber auch, dass sich nicht alle Risiken abdecken ließen. Ein durchschnittlicher Verbraucher sei nur alle 4 bis 5 Jahre von einem Stromausfall betroffen. Diese Stromausfälle seien in der Regel kurz und deshalb unproblematisch.

Die Systemtrennung mit einem Glykolgemisch für die Außeneinheit gehe zu Lasten der Effizienz. Für Objekte, in denen das Risiko von Frost in Verbindung mit längeren unbemerkten Stromausfällen besteht – zum Beispiel in Ferienhäusern oder Jagdhütten – empfiehlt er den Einbau einer Split-Wärmepumpe. Henne: „Bei diesem Geräteaufbau kommt in der Außeneinheit reines Kältemittel zum Einsatz. Es friert bei Wintertemperaturen in unseren Regionen nicht ein – somit ist die Außeneinheit geschützt.“

Wolf

Tom Krawietz, Wärmepumpenexperte bei Wolf Heiztechnik, differenziert seine Antwort wie folgt: „Grundsätzlich ist beim Thema Frostschutz zunächst entscheidend, ob ein Störungsfall mit oder ohne Stromunterbrechung vorliegt. Unsere Wärmepumpen sind mit einem Elek troheizstab ausgestattet, der im Notfall die komplette und komfortable Beheizung eines Gebäudes übernehmen kann. So kann auch die defekte Wärmepumpe frostfrei gehalten werden, bis der Serviceeinsatz erfolgt. Unsere Erfahrungen aus den zurückliegenden zwanzig Jahren mit tausenden installierten Wärmepumpen zeigen, dass Frostschäden bei bewohnten Gebäuden kein Problem sind. Kritischer sind Anlagen in unbewohnten Baustellen, da hier Störungen nicht sofort bemerkt werden und eine sichere Stromversorgung auch nicht immer gewährleistet ist. Bei längeren Stromunterbrechungen im Winter bei Temperaturen unterhalb von -5 °C muss die Außeneinheit innerhalb von 6 Stunden entleert werden, um Frostschäden zu vermeiden.“

Viessmann

Hersteller Viessmann verfolgt bei den Außeneinheiten seiner Luft/Wasser-Wärmepumpen eine dreistufige Frostschutz-Strategie:

1. Die Umwälzpumpe startet automatisch bei Unterschreitung einer im Regler hinterlegten Außentemperatur.
2. Wird der Kältekreis in der Außeneinheit gestartet bzw. der Elektro-Heizstab in der Inneneinheit geht zusätzlich in Betrieb, um die eingestellte Vorlauftemperatur zu gewährleisten.
3. Hat das Schwimmer-Entlüfter-Ventil (SEV) eine “Sollbruchstelle”. In Falle eines längeren Stromausfalls würde das Ventil als erstes – und einziges – Bauteil einfrieren, wodurch keine Gefährdung weiterer Komponenten besteht. 

Stiebel Eltron

Auch Stiebel Eltron betont: „Der Frostschutz ist faktisch kein Problem. Die Monoblock-Wärmepumpen verfügen – im Gerät selbst oder in der Inneneinheit – über eine elektrische Zusatzheizung. Diese stellt im Falle eines Defekts der Wärmepumpe den Komfort im Haus und ebenso den Frostschutz der Außeneinheit sicher. Lediglich ein mehrere Tage andauernder Stromausfall könnte in Ausnahmefällen zu Folgeschäden führen. Zudem hat Stiebel Eltron passive Schutzmaßnahmen in der Konstruktion ergriffen, sodass selbst ein Einfrieren nur in seltenen Fällen zu einem Defekt führt.“

LG

Christoph Lichtblau, Academy Trainer beim Hersteller LG, hält es für wichtig, überhaupt erst einmal mit dem Kunden dieses Szenario beim Verkaufsgespräch zu besprechen. Der Kunde müsse über die Risiken aufgeklärt werden, damit er eine Entscheidung treffen kann. Grundsätzlich sieht er drei Lösungsansätze:

1. Die Systemtrennung mit einem Glykol/Wasser-Gemisch auf der Primaseite.
2. Absperreinrichtungen im Haus, um bei Bedarf Absperren und Entleeren zu können. Dazu aber, schränkt er ein, müsse die Situation erkannt und aktiv umgesetzt werden.
3. Der Einsatz von Frostschutzventilen. Jedoch, so schränkt er ein, würde im Schadensfall über kurz oder lang das gesamte Wasser aus dem Heizsystem oberhalb des unteren Ventils herauslaufen.

Panasonic

Auch die Monoblock-Wärmepumpen von Panasonic verfügen über ein Sicherheitskonzept, welches die Heizungspumpe bei Unterschreitung bestimmter Temperaturen einschaltet. Das setze allerdings eine einsatzbereite Maschine voraus, betont der Hersteller. „Fällt die Heizungsumwälzpumpe bspw. durch Verschlammung oder übermäßig viel Luft im System aus, ist der Frostschutz nicht mehr gegeben. Gleiches gilt, wenn der Strom vollständig über einen längeren Zeitraum ausfällt.“ Der Betrieb mit Glykol als Wärmeträger sei möglich, gehe aber zu Lasten der Effizienz. Das Unternehmen empfiehlt den Einsatz von Frostschutzventilen.

Schlussbemerkung

Soweit die Einschätzungen und Empfehlungen der von uns befragten Hersteller. Es bleibt festzuhalten: Die Erfahrungen der vergangenen Jahre zeigen, dass Frostschäden bei Monoblock-Wärmepumpen in der Praxis bislang kaum auftreten. Ebenso sind langanhaltende Stromausfälle hierzulande äußerst selten. Eine Gewähr für die kommenden Jahre ist das aber kaum. Insofern empfiehlt es sich, die Thematik generell mit dem Kunden zu besprechen und bei Bedarf eine individuelle Lösung zu erarbeiten. Die Sicherheitsbedürfnisse sind schließlich unterschiedlich. Da die am Markt erhältlichen Monoblockgeräte auf unterschiedlichen Sicherheitskonzepten aufbauen, empfiehlt sich immer auch die Rücksprache mit dem Hersteller der Wärmepumpe. Nicht zuletzt sollte geprüft werden, ob im Schadensfall – verursacht durch einen längeren Stromausfall oder einen Defekt am Gerät – eine Versicherung greift. Unsere Befragung (siehe Tabelle 1) zeigt, dass es gerade in diesem aus Sicht der Versicherungsbranche noch jungen Bereich deutliche Unterschiede im Versicherungsschutz gibt.