Kriterien zur Außenaufstellung von Wärmepumpen mit dem Kältemittel Propan (R290)

• Aufstellung des Außengeräts: Ecken vermeiden, Mindestabstände einhalten
• Schutzbereich um die Wärmepumpe einhalten
• Vorsicht bei Zündquellen und Fahrzeugbetrieb
• Solide Unterkonstruktion sicherstellen
• Aufstellung auf Flachdächern wie zum Beispiel Garagen
• Kondensatablauf sicherstellen
• Ausreichend großen Luftvolumenstrom sicherstellen
• Gerät stets quer zur Hauptwindrichtung aufstellen
• Vor- und Rücklaufleitungen dämmen
• Inneneinheit und Pufferspeicher im Gebäude
• Schalldruckpegel von 35 dB(A) in 3 Metern Entfernung
• Schallreduzierende Konstruktion
• Die Herausforderung „Sichtschall“
• Zusammenfassung

Vorbemerkung der Redaktion:
Der Beitrag beschreibt allgemeine Aufstellbedingungen für einen sicheren Betrieb von Monoblock-Wärmepumpen, die durchaus auch für Außengeräte von Split-Wärmepumpen angewendet werden können. An vielen Stellen wird speziell darauf eingegangen, welche Besonderheiten zu beachten und umzusetzen sind, wenn die Wärmepumpe mit dem brennbaren Kältemittel Propan (R290) betrieben wird. Der von der Wolf GmbH, Mainburg, erstellte Beitrag wurde von der Redaktion von cci Wissensportal neu strukturiert und redigiert.

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Das natürliche Kältemittel R290 (Propan) hat hervorragende thermodynamische Eigenschaften und ein nur minimales Treibhauspotenzial (GWP-Wert 3). Moderne Luft/Wasser-Wärmepumpen in kompakter Monoblockbauweise mit dem Propan-Kältekreis im Außengerät arbeiten daher besonders nachhaltig und energieeffizient. Der folgende Beitrag gibt einen Überblick über technische und administrative Aspekte, die besonders aufgrund der Brennbarkeit von Propan bei der Aufstellung solcher Wärmepumpen beachtet werden müssen. Dabei wird der optimale Aufstellungsort einer Wärmepumpen-Außeneinheit im Wesentlichen durch sechs Parameter bestimmt:

• Luftzirkulation
• Hydraulik
• Schutzbereich
• Schallschutz
• Montage
• Optik.

Aufstellung des Außengeräts: Ecken vermeiden, Mindestabstände einhalten

Da eine Wärmepumpe der angesaugten Umgebungsluft Energie entzieht und diese als Wärmequelle nutzt, ist die ausgeblasene Luft rund 8 bis 10 K kühler als die angesaugte. Daher sollte die Ausblasseite (die „Ventilatorseite“) der Wärmepumpe mit der abgekühlten Luft nicht zu Terrassen, Gehwegen oder Tiergehegen ausgerichtet werden und auch nicht in Richtung Hausfassade ausblasen. Empfehlung: Zu den zuvor genannten Bereichen sollte ein Mindestabstand von 3 m vorgesehen werden.
Bei in Ecken aufgestellten Wärmepumpen können thermische Luftkurzschlüsse entstehen. Das bedeutet, dass die ausgeblasene kühle Luft zurück in die Wärmepumpe gesaugt wird, wodurch sich Effizienzeinbußen einstellen. Das andere Extrem, nämlich windexponierte Lagen, sollten ebenso bestmöglich vermieden werden, denn starker Wind stört die Funktion der Wärmepumpe sowohl beim Heiz- als auch beim Abtaubetrieb.
Eine Wärmepumpe, die mit Propan betrieben wird, darf auf einem Flachdach, wie zum Beispiel einem ausreichend stabilen Garagendach, aufgestellt werden, nicht jedoch auf einem Schrägdach (dazu später mehr). Die Aufstellung in einer Senke, die zudem aus strömungs- und schalltechnischen Gründen nicht sinnvoll ist, ist beim Betrieb mit dem Kältemittel Propan nicht zulässig, siehe Abbildung 1. (Anmerkung der Redaktion: Die Begründung dazu lautet: In einer Senke könnte sich das ausgeströmte, dann dampfförmige Propan sammeln und dort über eine längere Zeit verbleiben, da es schwerer ist als Luft).

Schutzbereich um die Wärmepumpe einhalten

Da Propan brennbar und schwerer als Luft ist, muss die Außeneinheit so aufgestellt werden, dass Kältemittel bei einer Leckage weder in das Gebäude noch in die Kanalisation oder in das Heizungswasser gelangen kann. Eine Wärmepumpe wie zum Beispiel die „CHA“ von Wolf mit einer Heizleistung von rund 10 kW enthält etwa 3,4 kg Propan. Daher wird rund um die Außeneinheit ein so genannter Schutzbereich definiert. Das bedeutet:
In unmittelbarer Nähe der Außeneinheit dürfen sich weder Fenster, Türen oder Lichtschächte befinden und auch keine Fallrohre zur Dachentwässerung oder Kanäle für Abwasser oder Regen. Als Faustregel gilt: von der Aufstellungsfläche der Wärmepumpe auf dem Boden mindestens einen Meter Abstand zu Fenstern, Türen, Lüftungsöffnungen, Lichtschächten, Kellerzugängen und Flachdachfenstern einhalten und an der Oberkante der Wärmepumpe einen halben Meter. Fenster oberhalb der Wärmepumpe sind mit Abstand erlaubt. Dieser Schutzbereich um die Wärmepumpe darf sich nicht auf Parkplätze, Nachbargrundstücke oder öffentliche Verkehrsflächen erstrecken.

Vorsicht bei Zündquellen und Fahrzeugbetrieb

Jegliche Zündquellen sind im Schutzbereich um die Wärmepumpe nicht erlaubt. Dazu zählen zum Beispiel offene Flammen, Heizpilze, Grills, elektrische Anlagen, Steckdosen, Lampen, Lichtschalter, funkenbildende Werkzeuge und alle Gegenstände, die Temperaturen über 360 °C erreichen können.
Wird in der Nähe der Wärmepumpen-Außeneinheit mit Fahrzeugen rangiert, muss ein robuster Anfahrschutz um das Gerät herum errichtet werden. Dieser sollte aber nicht die Durchströmung (Wirkungsgrad) der Wärmepumpe behindern und auch nicht die Schallwerte negativ beeinflussen. Das Gleiche gilt auch für Umbauten zum Schutz vor Vandalismus.

Solide Unterkonstruktion sicherstellen

Für die Erdarbeiten muss der Weg von der Außeneinheit bis ins Haus frei zugänglich sein, denn die Bagger-, Verlege- und Installationsarbeiten im Außenbereich werden zuerst durchgeführt. Eine Wärmepumpe benötigt ein festes Fundament, um im Betrieb die Entstehung von Körperschall zu vermeiden. Dieses Fundament muss tragfähig, frostsicher und waagerecht nach den Regeln der Bautechnik ausgeführt sein. Ein Fundament aus Beton kann entweder als Streifenfundament (30 cm) oder als Bodenplatte (20 cm) ausgeführt werden. Alternativen dazu sind Wandkonsolen aus dem Zubehör der Hersteller.

Aufstellung auf Flachdächern wie zum Beispiel Garagen

Ist der Platz zur Aufstellung einer Wärmepumpen-Außeneinheit ebenerdig knapp bemessen, bietet es sich gelegentlich an, das Gerät auf der Garage oder anderen nicht begangenen Flachdächern aufzustellen. Wenn generell ein gesicherter Zugang für Wartung und Service möglich ist, muss geprüft werden, ob die Dachkonstruktion für zusätzliche Lasten (Gerät-/Schnee-/Windlasten) ausreichend tragfähig ist. Zudem ist wegen der nicht unerheblichen Windlasten eine sichere Befestigung der Außeneinheit vorzusehen.
Auf das Flachdach dürfen außerdem keine Türen oder bodentiefe Fenster führen. Auch Rohrbelüfter, Dachfenster oder ähnliches sind im Schutzbereich nicht zulässig. Eine gegebenenfalls vorhandene Attika (Aufmauerung oder sonstige Erhöhung rund um das Flachdach) darf 0,15 m nicht überschreiten. Zu Gebäude und Fenstern ist auch der zuvor beschriebene Schutzbereich einzuhalten.

Das Kondensat-Ablaufrohr DN 50 von der Wärmepumpe in den Siphon muss in jedem Fall gedämmt ausgeführt werden. Zum Schutz der nachfolgenden Abwasserleitungen wird zwischen einer Aufstellung im frostfreien und nicht frostfreien Bereich unterschieden: Im frostfreien Bereich sind keine weiteren Vorkehrungen erforderlich, wogegen im nicht frostfreien Bereich zwingend eine Begleitheizung vom Gerät bis zum Siphon direkt unter der Decke erforderlich ist.
Wird die Kondensatleitung an einen Schmutz- oder Regenwasserkanal oder an ein Drainagerohr angeschlossen, ist auf ein ausreichendes Gefälle und eine frostsichere Verlegung zu achten. Alternativ kann das Kondensat auch als freier Auslauf gestaltet werden, wenn der aufnehmende Boden (zum Beispiel Kies) ausreichend aufnahmefähig ist.
Alle anderen wasserführenden Leitungen sollten zum einen auf dem kürzesten Weg in das Gebäude geführt werden und müssen zum anderen entsprechend auch sehr gut gedämmt werden.

Kondensatablauf sicherstellen

Oft wird das Thema Kondensat unterschätzt. Bei der Abtauung von Wärmepumpen fallen einige Liter Wasser als Kondensat an, die sicher abgeleitet werden müssen. Dieses muss über eine Leitung mit geeignetem Gefälle in den frostfreien Bereich abgeführt werden: entweder in eine Kiesschicht, die geeignet ist, mindestens 50 l Wasser pro Tag aufzunehmen, oder über einen Siphon in einen Schmutzwasser- oder Regenkanal, alternativ auch in ein Drainagerohr (Abbildung 4).

Ausreichend großen Luftvolumenstrom sicherstellen

Die Außeneinheit soll nicht zu dicht vor Wänden (Mauern, Hausfassade) platziert werden, um den Luftstrom nicht zu behindern. Der Abstand von einer Wand – hier befindet sich die Ansaugseite der Außenluft – sollte mindestens 20 cm betragen. Die Distanz von den Hindernissen, die den Luftstrom beeinträchtigen, sollte links und rechts mindestens 1 m betragen.
Sind am Standort üblicherweise größere Mengen Schnee zu erwarten, sollte eine Bodenkonsole (optionales Zubehör) vorgesehen werden. Das gleiche gilt beim vorbeugenden Hochwasserschutz. Hier bietet es sich alternativ an, das Gerät erhöht auf eine herstellerseits gelieferte Wandkonsole an der Gebäudewand zu montieren.
Sinnvoll kann es auch sein, bauseits eine Überdachung für das Gerät vorzusehen. Auch ein Zuwehen der Luftansaugseite durch Laub muss verhindert werden, um einen einwandfreien Betrieb der Wärmepumpe zu gewährleisten. Die Außeneinheit sollte daher nicht direkt unter Bäumen aufgestellt werden.
Werden mehrere Wärmepumpen nebeneinander aufgestellt, darf ein halber Meter Abstand nicht unterschritten werden. Dieser Freiraum sorgt nicht nur dafür, dass ausreichend Luft durch die Wärmepumpe strömen kann, sondern die Geräte sind so auch für Wartungsarbeiten gut zugänglich.

Gerät stets quer zur Hauptwindrichtung aufstellen

Ideal ist, die Wärmepumpe quer zur Hauptwindrichtung zu positionieren. Auf keinen Fall darf die Ausblasseite gegen die Hauptwindrichtung installiert werden. Gibt es keine andere Möglichkeit, die Wärmepumpe auf dem Grundstück aufzustellen, muss um das Gerät ein stabiler Windschutz errichtet werden.
Wenn die Wärmepumpe weniger als 5 km zur Küste entfernt aufgestellt werden soll, muss dies auf der dem Seewind abgewandten Gebäudeseite erfolgen. Ist das nicht möglich, lautet die Empfehlung, einen robusten Windschutz aus Beton aufzustellen, dessen Höhen- und Längenmaße mindestens 150 % der Maße der Außeneinheit betragen sollten.

Vor- und Rücklaufleitungen dämmen

In den Vor- und Rücklaufleitungen zwischen dem Außen- (Monoblock) und dem Innengerät fließt ein Wasserkreislauf. Daher ist eine ausreichende thermische und frostbeständige Dämmung wichtig, um die Wärmeverluste der Zulaufleitung möglichst gering zu halten. Aus dem gleichen Grund werden die gut gedämmten Leitungen im Erdreich unterhalb der Frostgrenze verlegt. Anschlussets vom Hersteller sorgen dabei auf der Baustelle für eine einfache, schnelle und sichere Montage.
Der Abstand zwischen der Innen- und der Außeneinheit sollte möglichst kurz gewählt werden, sodass nur wenig Wärme- und Druckverluste entstehen. Eine Aufstellung nah am zu beheizenden Gebäude hat außerdem den Vorteil, dass die Kosten für die Erd- und Anschlussarbeiten in einem überschaubaren Rahmen bleiben.

Inneneinheit und Pufferspeicher im Gebäude

Die Inneneinheit sollte in der Nähe des Wanddurchbruchs für den Vor- und Rücklauf des primären Wasserkreislaufs an der Wand installiert werden. Es ist sinnvoll, den Pufferspeicher nahe der Inneneinheit aufzustellen und anzuschließen, um die Länge der verbindenden Rohrleitungen möglichst kurz zu halten. Der Platzbedarf des Geräts entspricht etwa dem einer Gastherme. Die Einheit sollte aber von vorne ohne Einschränkungen zugänglich sein. Ein separater Technikraum ist nicht erforderlich.

Schalldruckpegel von 35 dB(A) in 3 Metern Entfernung

Der Schall von Wärmepumpen wird mit der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm (TA Lärm) bewertet. Moderne Wärmepumpen nach dem Stand der Technik haben nur sehr geringe Geräuschemissionen. Im Nachtbetrieb unterschreiten sie bereits ab 3 Metern Abstand den Wert von 35 dB(A) Schalldruckpegel, der als Grenzwert zwischen 22 und 6 Uhr für reine Wohngebiete und auch für das Umfeld von Krankenhäusern und Pflegeanstalten sowie in Kurgebieten gilt.
Zum Vergleich: Ein sehr ruhiges Zimmer oder leichter Wind verursachen 30 dB, Flüstern oder eine ruhige Wohnstraße nachts 40 dB. Auch aus diesem Grund ist ein Abstand von 3 Metern vom Nachbargrundstück einzuhalten.

Schallreduzierende Konstruktion

Der Ventilator und Verdichter einer Luft/Wasserwärmepumpe sind die Hauptquellen für Schall und müssen daher konstruktiv vom Gehäuse entkoppelt werden. So wird verhindert, dass sie dieses in Schwingung versetzen und störende Geräusche entstehen können.
Aufstellorte in Nischen oder zwischen zwei Mauern, unter Vordächern oder in Ecken wirken sich ungünstig auf die Schallentwicklung und -verbreitung (Schalldruckpegel) aus. Insbesondere an senkrechten Flächen kann der Schall reflektieren und das Gerät wird lauter wahrgenommen, als wenn es im Freifeld steht.
Mit der Anzahl der senkrechten Flächen (Wände, Mauern) am Aufstellort erhöht sich der Schalldruckpegel gegenüber der freien Aufstellung exponentiell. Beispielsweise entstehen durch Schallreflexion zusätzlich zu den normalen Betriebsgeräuschen 9 dB(A), wenn die Außeneinheit unter einem Vordach bis zu 5 m Höhe aufgestellt wird. Vegetation wie Büsche oder Rasen wiederum können den Schalldruckpegel senken.

Die Herausforderung „Sichtschall“

Geräusch-sensible Personen sollten eine Wärmepumpe nicht unter oder neben Schlaf- und Wohnzimmerfenstern aufstellen. Generell ist es empfehlenswert, die Außeneinheiten von Wärmepumpen auf der Straßenseite aufzustellen.
Die subjektive psycho-akustische Wahrnehmung von Geräuschen hängt vielfach auch vom Sichtkontakt zur vermeidlichen Lärmquelle ab. Es gibt tatsächlich den Fall, dass sich Nachbarn allein durch den Anblick einer Wärmepumpe gestört fühlen, obwohl diese noch gar nicht fertig installiert ist („Sichtschall“). Es ist daher in der Praxis nicht unüblich, den Sichtkontakt der Nachbarn zur Wärmepumpe optisch abzuschirmen. Es ist zum Beispiel möglich, Wärmepumpen in Umbauten aus Lamellen oder in offenen Carports aufzustellen.
Moderne Wärmepumpen wie eine „Wolf CHA“ haben einen doppelt schallentkoppelten Verdichter, sind separat gekapselt und zusätzlich schallgedämmt. Die Ventilatorblätter der neuesten Generation sind im Eulenflügeldesign ausgeführt. Zusätzliche Luftleitschaufeln sorgen darüber hinaus für eine energiesparende Betriebsweise des Ventilators.

Zusammenfassung

Der Austausch einer alten Heizung gegen eine moderne Luft/Wasser-Monoblockwärmepumpe gestaltet sich dank eines hohen industriellen Vorfertigungsgrads sehr einfach. Der richtige Aufstellort einer Wärmepumpe mit dem natürlichen Kältemittel Propan ist mit wenigen konkreten Aufstellhinweisen schnell zu finden.
Die Vorteile von Luft-Wärmepumpen haben dazu geführt, dass ihr Markt deutlich schneller wächst als der von erdgekoppelten Systemen. 2021 betrug der Marktanteil von Luft/Wasser-Wärmepumpen in Deutschland 82 %. Von den insgesamt 127.000 Luft/Wasser-Wärmepumpen wurden rund 83.500 Monoblock-Geräte eingebaut.

Der Autor des Fachbeitrag ist Tom Krawietz, Teamleiter Entwicklung Wärmepumpen bei der Wolf GmbH, Mainburg. Der Beitrag wurde von der Redaktion redigiert und ergänzt.

Zugehörige Beiträge in cci Wissensportal

In Ergänzung zum Fachbeitrag enthält cci Wissensportal noch unter anderem folgende, zum Thema „Propan in Wärmepumpen“ zugehörige Beiträge (Artikelnummer ins Suchfeld eingeben):

• DIN EN 378 „Kälteanlagen und Wärmepumpen – Sicherheitstechnische und umweltrelevante Anforderungen“ (Artikelnummer cci132729)
• VDMA 24020 „Betriebliche Anforderungen an Kälteanlagen. Teil 3: Kälteanlagen mit brennbaren Kältemitteln der Sicherheitsklasse A3 gemäß DIN EN 378“ (Artikelnummer cci170664)
• BWP-Leitfaden „Außenaufstellung von Wärmepumpen mit brennbaren Kältemitteln“ (Artikelnummer cci135611)

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