Ausgangslage

• Übers ganze Jahr gesehen trifft auf einem Grundstück auch in der Schweiz mehr Sonnenenergie ein, als das Gebäude verbraucht, allerdings ungleich über Tag und Jahreszeiten verteilt.
• Das 2SOL-Konzept gleicht das aus: Hybridkollektoren auf dem Dach liefern Strom und Wärme, und mit der überschüssigen Sommerwärme wird die Erdwärmesonde thermisch regeneriert.
• Weil die Sonde dadurch warm bleibt, muss die Wärmepumpe die Temperatur nur wenig anheben und braucht auch an den kältesten Tagen wenig Strom.
• Nach erfolgreichen Anwendungen in Mehrfamilienhäusern wurde das Konzept vereinfacht und erstmals in einem Einfamilienhaus umgesetzt, mit weitgehend vorhandener Technik.

Projektbeschrieb

Beim Ersatzneubau eines Einfamilienhauses in Horgen mit 475 Quadratmetern Energiebezugsfläche wurde das 2SOL-Konzept umgesetzt, geplant von der OLOS AG in Baar und begleitet von der BS2 AG in Schlieren. Als Quelle für die Niederhub-Wärmepumpe dient eine 420 Meter tiefe Erdwärmesonde, die dank der hohen Erdreichtemperaturen mit reinem Wasser betrieben wird; eingebaut wurde eine konventionelle Doppel-U-Sonde, weil die ursprünglich vorgesehene neuartige Membran-Erdwärmesonde auch vier Jahre nach Fertigstellung des Hauses nicht marktreif war. 42 Hybridkollektoren mit 68 Quadratmetern Fläche erzeugen Strom, der auch in einer Batterie gespeichert wird, sowie Wärme für die sommerliche Regeneration der Sonde und das Schwimmbad. Die Wärme wird über grosse Abgabeflächen, eng verlegte Boden- und Deckenregister mit Deckenkernaktivierung, bei Vorlauftemperaturen von maximal 30 Grad abgegeben; im Sommer kühlen dieselben Flächen das Haus aktiv und laden dabei die Sonde zusätzlich auf. Gemessen wurde ein Jahr lang, von September 2021 bis August 2022.

Projektziele

• Das 2SOL-Konzept erstmals in einem Einfamilienhaus umsetzen
• COP (Coefficient of Performance, Leistungszahl) der Wärmepumpe im Heizbetrieb von über 7.5 auch an den kältesten Tagen nachweisen
• Erdwärmesonde in der Jahresbilanz thermisch vollständig regenerieren
• Ausgeglichene Strombilanz des Hauses über das Jahr erreichen

Erkenntnisse

Die Wärmepumpe übertraf die Erwartungen deutlich: Über die Heizperiode erreichte sie einen COP von 8.8, machte also aus einer Kilowattstunde Strom 8.8 Kilowattstunden Wärme, selbst am kältesten Tag lag der Wert mit 7.8 über dem Ziel von 7.5, und die Jahresarbeitszahl fürs Heizen blieb auch in den Folgejahren konstant über 8.0. Möglich macht das der geringe Temperaturhub: Die 420 Meter tiefe Bohrung liefert hohe Quellentemperaturen, und dank der grossen Wärmeabgabeflächen genügen Vorlauftemperaturen von maximal 30 Grad. Die Regeneration der Sonde ist wegen des Wärmebedarfs des Schwimmbads in der Übergangszeit nicht ganz vollständig, im Messjahr lag sie bei 84 Prozent, garantiert aber trotzdem stabile und anhaltend hohe Quellentemperaturen. Zusätzlich bereitet das Hausleitsystem das Warmwasser bevorzugt dann auf, wenn die Solarwärme vom Dach die Quellentemperatur erhöht. Seit 2026 ist zudem ein regelbarer Bypass über der Erdwärmesonde in Betrieb: Er mischt bei gleichzeitigem Wärmepumpenbetrieb und solarer Regeneration das erwärmte Wasser aus dem absteigenden Sondenschenkel direkt dem aufsteigenden Schenkel bei. So steigt die Quellentemperatur auf bis zu 30 Grad, die Systemgrenze, gesteuert durch das Hausleitsystem; die Warmwasserbereitung erreicht damit einen COP von 6 bis 6.8. Die Strombilanz war knapp nicht ausgeglichen: Die Hybridkollektoren deckten 87 Prozent des Jahresverbrauchs, der deutlich höher ausfiel als angenommen. Einen relevanten Teil der Grundlast verursacht die Haustechnik: Die drehzahlgesteuerte Schwimmbadpumpe braucht gleich viel Strom wie Komfortlüftung und Weinkeller-Klimagerät zusammen, alle drei etwa so viel wie die Wärmepumpe, womit die Heizung nur rund 15 Prozent des Jahresstromverbrauchs ausmacht. Mit grosszügiger dimensionierten Rohren liesse sich der Stromverbrauch der Lüftung voraussichtlich halbieren.

Ausblick

Die vollständige Regeneration der Sonde wäre mit der bestehenden Anlage erreichbar, wenn im Frühling und Herbst keine Solarwärme für das Schwimmbad verwendet würde. Der Betrieb wird laufend weiter optimiert, zuletzt mit der Inbetriebnahme des regelbaren Bypasses zur Anhebung der Quellentemperatur.

Projektpartner

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