Einbau von Wärmepumpen beschleunigen
Die Wärmepumpentechnologie ist ein zentraler Bestandteil der Energiewende. Doch wie kann der Prozess der Wärmepumpeninstallation effizienter, schneller und produktiver gestaltet werden, um den Herausforderungen des Fachkräftemangels und des zeitaufwändigen Einbaus in Ein- und Zweifamilienhäusern zu begegnen, die noch mit fossilen Wärmeträgern beheizt werden? Dieser Aufgabe haben sich Forschende der Fraunhofer-Institute für Bauphysik IBP und für Solare Energiesysteme ISE in enger Zusammenarbeit mit Partnern aus Industrie, Fachgroßhandel und Handwerk im Projekt WESPE (siehe unten) unter der Konsortialführung des Zentralverbands Sanitär Heizung Klima (ZVSHK) gewidmet. Im Fokus des Vorhabens standen die physischen und digitalen Prozesse der gesamten Wertschöpfungskette. Ziel war eine signifikante Verkürzung der Installationszeit. Sie sollte um bis zu 40 Prozent reduziert werden – eine große Herausforderung für das SHK-Handwerk und das verfügbare Fachkräfteangebot, da sich bereits heute Engpässe zeigen.
Informationsplattform für optimierte Umrüstprozesse
Um dieses Ziel zu erreichen, identifizierten die Projektpartner Optimierungspotenziale und Zeitfresser im Umrüstungsprozess entlang der gesamten Wertschöpfungskette im Büro und auf der Baustelle und setzten eine digitale Plattform in Form einer Webseite auf, die Handwerksbetrieben den Einbau- und Auftragsabwicklungsprozess bei der Umrüstung von Öl- und Gasheizungen hin zu Wärmepumpen-basierten Systemen künftig erleichtern soll. Zunächst wurden Workflows wie Bestandsaufnahme, Kommunikation mit Kundinnen und Kunden, Baustellenkoordination, Logistik, Materialbeschaffung und Montage hinsichtlich ihrer Verbesserungs- und Digitalisierungspotentiale analysiert. Alle Ergebnisse und erforderlichen Informationen zu den jeweiligen Phasen wurden auf der Plattform zur Verfügung gestellt. »Es geht darum, Handwerksbetrieben aufzuzeigen, welche Möglichkeiten sie haben, ihre Prozesse im eigenen Betrieb weiterzuentwickeln, zumal komplexer werdende technische Anforderungen der Heizungssysteme den Planungsaufwand und die Fehleranfälligkeit bei der Umsetzung erhöhen. Über die Plattform erhalten sie zu jedem Bereich Tools und Anleitungen, die den jeweiligen Prozessschritt vereinfachen und beschleunigen können«, erläutert Susanne Schwab, Wissenschaftlerin am Fraunhofer IBP. »Per Mausklick auf die Menüpunkte Kundenberatung, Planung und Angebotserstellung, Baustellenvorbereitung, Installation, Inbetriebnahme und Abrechnung gelangt man zu den entsprechenden Hinweisen und Hilfsmitteln.« Mithilfe eines vorgeschalteten Fragebogens, des WESPE-Checks, können Handwerksbetriebe prüfen, wie sie in den einzelnen Bereichen aufgestellt sind und erhalten individuelle Tipps. Das können etwa Hinweise auf digitale und physische Hilfsmittel, geeignete Werkzeuge, organisatorische Maßnahmen oder externe Dienstleister sein.
»Die Lernplattform bietet anwendungsbezogene Tipps für Personen verschiedenster Erfahrungsstufen – von der Hilfskraft bis zum Meister oder der Planerin«, sagt Annette Uhl, Wissenschaftlerin am Fraunhofer ISE. Das Institut forscht an digitalen Workflows und Softwaretools zur besseren Verknüpfung verschiedener Arbeitsschritte im Büro und auf der Baustelle. Im Projekt wurde die »Heat Pump PlanAR«-App entwickelt, die aktuell als Prototyp funktioniert. Diese App könnte SHK-Handwerker künftig mit Hilfe von Augmented Reality und einer kostenoptimierten automatischen Verrohrung digital repräsentierter Heizungskomponenten in Sekundenschnelle bei der Vorplanung und Angebotserstellung unterstützen. Anstatt, wie bisher üblich, mehrere Softwaretools zu verwenden und Daten jeweils händisch zu übertragen, soll die »Heat Pump PlanAR«-App möglichst viele Arbeitsschritte in einem einzigen Werkzeug berücksichtigen.
Ein Expertenkreis von fünfzehn Handwerksbetrieben begleitete das Projekt und erfasste Abläufe im Büro und auf dreißig Baustellen und half dabei, Use-Cases für die Praxis zu ermitteln. Mithilfe einer Zeiterfassungsapp wurde die Dauer der einzelnen Arbeitsschritte auf den Baustellen getrackt, um den Zeitbedarf zu ermitteln.
Kontinuierliche Evaluation und Rückführung von Optimierungsschritten aus Praxistests mit SHK-Monteuren
Parallel dazu errichteten die Forschenden des Fraunhofer IBP auf dem Institutsgelände in Holzkirchen ein physisches Innovationslabor, das als praxisnahe Entwicklungs- und Testumgebung für den Wärmepumpeneinbau diente. Hierfür wurden typische Einbausituationen in den Kellerräumen eines der beiden Zwillingshäuser – zwei baugleichen Einfamilienhäusern, die am Fraunhofer IBP als Forschungs- und Demonstrationsplattform für Untersuchungen unter realitätsnahen Bedingungen dienen – auf dem Versuchsgelände nachgebildet.
Ergänzt wurden die Szenarienräume durch weitere Testumgebungen im IBP LAB sowie einen Mediencontainer, der die gezielte Inbetriebnahme von Wärmepumpensystemen unter definierten Bedingungen ermöglicht. Gemeinsam mit SHK-Handwerksbetrieben wurden dort neue Komponenten, Systemlösungen und Montageabläufe unter realitätsnahen Bedingungen erprobt. Untersucht wurden beispielsweise vorgefertigte Fundamente, Hauseinführungen, Hydrauliklösungen oder vormontierte Komponenten hinsichtlich ihres Potenzials, den Installationsaufwand zu reduzieren und Arbeitsabläufe auf der Baustelle zu vereinfachen. Alle Praxistests wurden wissenschaftlich begleitet und ausgewertet, um gemeinsam mit Handwerk und Industrie Optimierungspotenziale für den Wärmepumpeneinbau zu identifizieren. Die Untersuchungen zeigten, dass insbesondere standardisierte Komponenten, vormontierte Baugruppen und optimierte Prozessabläufe das Potenzial haben, den Installationsaufwand zu reduzieren und den Wärmepumpeneinbau deutlich effizienter zu gestalten. Die gewonnenen Erkenntnisse flossen unmittelbar in die Weiterentwicklung von Komponenten und Prozessen ein und wurden für die Anwendung in der Praxis aufbereitet. »Im Projekt WESPE konnten wir alle Akteure – Forschung, Handwerk und Industrie – über den gesamten Wertschöpfungsprozess zusammenbringen und sind optimistisch, der Wärmewende durch die Zusammenarbeit einen deutlichen Schub zu geben«, so Uhl vom Fraunhofer ISE.