Nachrüsten mit Wärmepumpen

Inwieweit Wärmepumpen auch für Mehrfamilienhäuser infrage kommen, wird derzeit in diversen Forschungsprogrammen untersucht. Foto: Giulia May / Unsplash
Inwieweit Wärmepumpen auch für Mehrfamilienhäuser infrage kommen, wird derzeit in diversen Forschungsprogrammen untersucht. Foto: Giulia May / Unsplash

Wenn der Gebäudepark grüner werden soll, führt kein Weg daran vorbei, den Bestand auch in der Breite umfassend zu sanieren. Inwieweit Wärmepumpen auch für Mehrfamilienhäuser infrage kommen, wird derzeit in diversen Forschungsprogrammen untersucht. Nun liefert ein Pilotprojekt aus Genf erstmals reale Messdaten zur Nachrüstung eines Wohnblocks mit Luft-Wasser-Wärmepumpen, die eigentlich für Industrieanwendungen gedacht sind.
Text: Antonio Suárez

 

Seit über 40 Jahren betreibt die Internationale Energieagentur ein Technologieprogramm zur Erforschung, Entwicklung und Anwendung von Wärmepumpentechnologien. Gegenwärtig sind im HPT TCP – so die offizielle englische Kurzbezeichnung des Programms – 17 Mitgliedstaaten vertreten. Präsidiert wird es seit 2015 vom unabhängigen Energieberater Stephan Renz, der zudem das Forschungsprogramm Wärmepumpen und Kältetechnologien des Bundesamts für Energie (BFE) leitet. Innerhalb des Technologieprogramms werden Forschungspro­jekte – sogenannte «Annexe» – durchgeführt, die eine Laufzeit von drei bis fünf Jahren haben. Beim HPT-Annex 50, dem acht europäische Staaten angegliedert sind, geht es neu um einen Anwendungsbereich, der bislang im Markt noch kaum verbreitet ist – nämlich um den der Mehrfamilienhäuser.

Einer der Annex 50-Tasks befasst sich mit einem Ländervergleich. Im Rahmen der 26. Tagung des Forschungsprogramms «Wärmepumpen und Kälte», die das BFE letzten Juni in Burgdorf organisierte, präsentierte Diplom­bauingenieur Marek Miara, Forschungskoordinator für Wärmepumpen am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme in Freiburg im Breisgau, erste Zwischenergebnisse. Beim Vergleich stellte sich heraus, dass es viele Parallelen gibt, zum Beispiel was das Anteilsverhältnis zwischen Ein- und Mehrfamilienhäusern oder die Eigentumssituation anbetrifft. Andererseits wurden aber auch grosse Unterschiede festgestellt, etwa in Bezug auf die Energieträger. So spielt beispielsweise in Dänemark die Fernwärme eine überproportionale Rolle, während in Frankreich oft mit Strom und in der Schweiz überwiegend mit Öl geheizt wird. Während in Italien oder Frankreich Wärmepumpen kaum verbreitet sind, erreicht ihr Anteil in deutschen oder österreichischen Mehrfamilienhaus-Neubauten über 20 Prozent.

Diverse Hürden
Für die relativ geringe Verbreitung von Wärmepumpenlösungen in Mehrfamilienhäusern konnte Miaras Forschungsgruppe einen ökonomischen und zwei technische Hürden ausmachen. Einerseits fallen die Kapitalkosten beim Ersatz klassischer Gas- oder Ölheizkessel ins Gewicht. Andererseits stehen die hohe Bebauungsdichte in den Städten sowie die Eignung und Marktverfügbarkeit von zentralen Wärmepumpensystemen einem breiteren Einsatz im Wege. Um die praktischen Anwendungslösungen auf eine überschaubare Zahl von Lösungsvarianten zu reduzieren, haben Miara und sein Team eine Klassifizierungsmatrix erstellt, in der eine begrenzte Zahl von fünf Hauptgruppenlösungen mit unterschiedlichen Untervarianten (sogenannten «Familienmitgliedern») abgebildet werden, allerdings ohne die Wärmequelle in die Betrachtungen mit einzubeziehen, da der Komplexitätsgrad ansonsten unbeherrschbar geworden wäre.

Die «Hauptgruppen» reichen von einem zentralen Wärmepumpensystem für Heizung und Warmwasser bis zu individuellen Lösungen für einzelne Räume. «Mit dieser Klassifizierung haben wir eine logische Bandbreite von ganzen Gebäuden und einzelnen Räumen», sagt Miara. Welche die geeignetste Lösung ist, hängt von der Anzahl Wohnungen ab: «Je mehr Wohneinheiten, umso weniger eignet sich ein zentrales Wärmepumpensystem», hält der Energie- und Umweltwissenschaftler fest. Eine weitere Erkenntnis ist, dass hybride Kombinationslösungen eine verbreitete Praxislösung darstellen, wie zum Beispiel eine zentrale Wärmepumpe für die Heizung und ein mit fossilen Brennstoffen oder mit Biomasse betriebener Heizkessel für die Warmwassererzeugung bei höheren Temperaturen.

Datenbank mit Fallstudien
Das Forschungsprojekt ist dreistufig gegliedert. Nach der Unterteilung und Schematisierung der einzelnen Matrixlösungen geht es in einem dritten Schritt um die Beschreibung realer Praxisbeispiele. Dazu werden laufend Fallstudien in einer Datenbank zusammengetragen, und zwar mit dem Ziel, eine Entscheidungsgrundlage für Bauherren, Eigentümer und Immobiliengesellschaften zu bieten. Ende des Jahres, wenn die Laufzeit des Annexes beendet ist, soll ein Online-Software­tool, der sogenannte «Solution Finder» aufgeschaltet werden. «Natürlich ist das keine Software, die die Planungsarbeit ersetzen kann», relativiert Miara. «Aber mit dem Wissen, das wir im Annex aus allen Ländern gesammelt haben, werden wir versuchen, einen ersten Hinweis zu geben, in welcher Art und Weise der Einsatz von Wärmepumpen unter bestimmten Bedingungen sinnvoll ist.»

Eine Grundeinsicht aus der Praxis haben die Fallbeispiele bereits vermittelt, wie der Wärmepumpenspezialist aus Breslau feststellt: «Die Technologie ist oft nicht das Problem für den Einsatz von Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern, sondern zusätzliche Regula-rien, die zum Beispiel dazu führen, dass man bei der Installation ein Konzept für den Feuerschutz erarbeiten muss.»

Genfs Vorreiterrolle
An der Burgdorfer Wärmepumpentagung kam auch Forschungsassistent Omar Montero Domínguez vom Institut für Umweltwissenschaften der Universität Genf zu Wort. Er sprach über die Ergebnisse eines Pilotprojekts im Kanton Genf, wo in einem unsanierten Mehrfamilienhaus zwei Luft-Wasser-Wärmepumpen als Heizersatz installiert wurden. Das Projekt, das als Fallstudie im HPT-Annex 50 erfasst worden ist, bezweckt, die Praktikabilität von Wärmepumpenlösungen als Ersatz für alte Öl- oder Gasheizungsanlagen in Bestandsbauten zu prüfen. Finanziell und strukturell ist das Projekt in das 2007 initiierte Éco21-Programm der Genfer Stadtwerke (SIG) eingebettet, das seit 2017 Bestandteil der kantonalen Energiewendeinitiative «GEnergie» ist. Genf investiert jährlich 35 Millionen Franken in die Verbesserung der Energieeffizienz seines Gebäudeparks. In Sachen Energiewende spielt der Kanton schweizweit eine Führungsrolle. So entschied der Regierungsrat 2019, die Treibhausgasemissionen bis 2030 um 60 Prozent, und den thermischen Energieverbrauch bis 2023 um 39 Prozent im Vergleich zum Jahr 2000 zu reduzieren.

Der vollständige Artikel ist im Fachmagazin Phase 5, Ausgabe 4:2020 erschienen.