Wärmepumpen sind eine der Schlüsseltechniken auf dem Weg zu Netto-Null. Allerdings werden heute in der Schweiz noch immer mehr als die Hälfte der Wohngebäude mit fossilen Energieträgern beheizt. Um die Transformation der Wärmeversorgung voranzutreiben, müssen fossile Systeme nach und nach durch erneuerbare ersetzt werden. Dass diese Entwicklung vorangeht, zeigt der stark gestiegene Absatz an Wärmepumpen in den vergangenen Jahren: Seit 2000 hat sich die Zahl der verbauten Anlagen mehr als versechsfacht und lag 2023 bei 447’700. Bis 2050 dürften etwa 1,5 Millionen Anlagen in Betrieb sein.
Wärmepumpen gehören zu den umweltfreundlichsten Techniken für Komfortwärme und -kälte in Gebäuden. Mit 20 bis 35% Strom und 65 bis 80% Umweltwärme erzeugen sie 100% Nutzenergie. In den vergangenen Jahren haben die Systeme einen Effizienzsprung von 20 bis 30% gemacht und die Zahlen dürften künftig – unter anderem dank neuer Regeltechnik – weiter steigen.
Wärmepumpen sind eine gute Wahl
Optimal lassen sich Wärmepumpen in Immobilien mit einer hochwertig gedämmten Hülle und einem Flächenheizsystem wie einer Bodenheizung betreiben, wo Vorlauftemperaturen um 30 °C ausreichen. Der Temperaturhub ist gering und der Strombedarf für den Betrieb tief, sodass die Anlage einen hohen Wirkungsgrad erreicht. Auch in älteren, weniger gut gedämmten Liegenschaften mit Radiatoren sind Wärmepumpen eine gute Wahl. Allerdings werden Vorlauftemperaturen von 60 °C und mehr benötigt. Heute bieten viele Wärmepumpenhersteller Produkte an, die auf solche Vorlauftemperaturen ausgerichtet sind und dabei effizient arbeiten. Wärmepumpen lassen sich damit problemlos auch in Bestandsbauten einsetzen, beispielsweise als Ersatz für eine fossile Heizung.
Nützliche Kühlfunktion
In Kombination mit einem Flächenverteilsystem (z.B. Fussbodenheizung) und der passenden Energiequelle lassen sich Wärmepumpen auch aktiv oder passiv zum Kühlen einsetzen. Beim aktiven Kühlen lässt man den Kreislauf der Wärmepumpe umgekehrt laufen, sodass sie als Kältemaschine Klimakälte erzeugt. Energiesparender ist das passive Kühlen, das auch als «Freecooling» bezeichnet wird, denn dabei läuft nur die Umwälzpumpe. Heute geht der Trend hin zu natürlichen Kältemitteln mit einem geringen Erderwärmungspotenzial wie Ammoniak, Kohlenstoffdioxid oder Propan. Sie sind für das Klima deutlich weniger schädlich als Fluorkohlenwasserstoffe, die heute nur noch eingeschränkt zulässig sind.
Grosswärmepumpen auf Arealen und Überbauungen nutzen zumeist Erdwärme, Oberflächengewässer, Grundwasser und Abwärme als Energiequelle. Aussenluft ist häufig keine Option, da sich damit die erforderliche Leistung nicht zu wirtschaftlichen Konditionen erzeugen lässt. Ist keine dieser Quellen verfügbar, kann man auch die Installation eines Eisspeichers prüfen. Umfasst ein Bauprojekt nur ein Gebäude, wird es üblicherweise von einer Wärmepumpe direkt versorgt. Bei mehreren Immobilien oder einem Areal kann die Versorgung über ein Nahwärmenetz erfolgen, wobei die Wärme zentral erzeugt und über ein Leitungsnetz an die einzelnen Immobilien geliefert wird. Je nach Temperaturniveau des Netzes lässt sich die Wärmeenergie direkt zum Heizen verwenden oder wird vor Ort über dezentrale Wärmepumpen auf die erforderliche Vorlauftemperatur gehoben.
Monovalenter und bivalenter Betrieb
Grosswärmepumpen können ein Gebäude oder ein Wärmenetz alleine (monovalent) oder gemeinsam mit einem anderen Wärmeerzeuger (bivalent) versorgen. Bivalente Systeme sind etwa dann sinnvoll, wenn ein Objekt hohe Vorlauftemperaturen benötigt oder wenn die Investitionskosten tiefer sind als für eine monovalente Lösung. Als zweiten Wärmeerzeuger verwendet man meist eine Holzfeuerung oder einen Öl- respektive Gaskessel, wobei Letztere nicht mit dem Netto-Null-Ziel kompatibel sind.
Kombination mit Solarstrom
Unabhängig von der Grösse einer Wärmepumpe lohnt es sich, für ihren Betrieb selbst erzeugten Photovoltaikstrom zu verwenden. Um möglichst viel davon selbst nutzen zu können, betreibt man die Wärmepumpen mit einem Energiemanagement. So wird der Betrieb auf den Solarertrag ausgerichtet. Selbst erzeugter Strom ist meist kostengünstiger als Netzstrom, zudem erhöht sich die Wirtschaftlichkeit der Solaranlage, wenn der Eigenverbrauch hoch ist. Sinnvoll kann ferner die Verbindung mit einem Wärmespeicher sein, der Wärme kurz- oder mittelfristig speichert.
Viele überdimensionierte Heizungen
Wie die Studie OptiPower der Ostschweizer Fachhochschule gezeigt hat, sind Wärmepumpensysteme in der Schweiz oft deutlich überdimensioniert. Die untersuchten Heizungsanlagen in 500 Mehrfamilienhäusern waren im Median um 40% überdimensioniert, in Bürogebäuden gar um 200 bis 400%. Um unnötig hohe Anschaffungskosten, Beeinträchtigungen bei der Effizienz im Betrieb und eine verkürzte Lebensdauer der Wärmepumpe zu vermeiden, ist eine bedarfsgerechte Dimensionierung essenziell.
Eine langfristig energieeffiziente Wärmeversorgung erfordert einen optimalen Betrieb. Bei der Inbetriebnahme wird das System einreguliert, wobei Temperaturen, Volumenströme und die Drücke im Heiz- und Kältekreislauf kontrolliert werden. Mit einem Monitoring haben Betreiber*innen jederzeit den Überblick, wie effizient ein Wärmepumpensystem funktioniert. Es erlaubt überdies, Störfälle oder Fehlfunktionen rasch zu entdecken und entsprechende Massnahmen einzuleiten. Zudem ergibt sich daraus eine umfassende Grundlage für die Optimierung des Betriebs, beispielsweise durch die Anpassung der Heizkurve, die Einstellung der Thermostate oder auch des Sommerbetriebs von Heizung und Warmwasser.
Für Immobilieneigentümerschaften, welche die professionelle Realisierung, den effizienten Betrieb und optional die Finanzierung der Energieinfrastruktur auslagern wollen, bietet ewz das Modell «Energy as a Service» an. So lassen sich der zeitliche Aufwand und das finanzielle Risiko reduzieren, während sich die Versorgungssicherheit und die Energieeffizienz erhöhen. Zudem ist es möglich, Synergien zu schaffen und zu nutzen, etwa durch parzellenübergreifende Lösungen. Dank jahrelanger Erfahrung und viel Know-how bietet ewz seinen Kund*innen massgeschneiderte ganzheitliche Energielösungen.
Mehr Infos zu integrierten Energielösungen finden Sie in unserem Whitepaper «Integrierte Energielösungen für Areale und Überbauungen».
