Ausgangslage

• Wärmepumpen verlieren im Winter an Effizienz, weil flache Erdsonden und Aussenluft dann die niedrigsten Temperaturen aufweisen. Das verschärft die saisonale Stromlücke der Schweiz.
• Tiefe Erdwärmesonden nutzen den natürlichen Temperaturanstieg im Boden von rund 1 Kelvin pro 30 Meter und liefern bei 400–500 m Tiefe deutlich höhere Quellentemperaturen als Standardsonden.
• Dezentrale Kleinanlagen mit 6–20 kW Heizleistung decken rund 30 Prozent der in Schweizer Mehrfamilienhäusern eingesetzten Wärmepumpen ab – ein positiver Projektausgang hätte entsprechend hohes Multiplikationspotenzial.

Projektbeschrieb

In der Überbauung Sentmatt in Obfelden ZH wurden in zwei der drei Gebäude dezentrale Pilotanlagen realisiert, die jeweils fünf Wohnungen mit Heizwärme und Warmwasser versorgen. Jede Anlage besteht aus einer modulierenden Niederhub-Wärmepumpe (6–20 kW), einer 450 m tiefen koaxialen Erdwärmesonde ohne Frostschutzmittel und Hinterfüllung sowie einer Dachsolaranlage aus Hybridkollektoren und unabgedeckten selektiven Thermiekollektoren, die das Erdreich im Sommer regenerieren. Die Wärme wird über thermoaktive Bauteilsysteme in der Betondecke mit tiefen Vorlauftemperaturen abgegeben. Das Projekt setzt das 2SOL-Prinzip der Allianz 2SOL erstmals in einem realen Mehrfamilienhaus um; wissenschaftlich begleitet wurde es vom SPF Institut für Solartechnik der OST und ko-finanziert durch das Bundesamt für Energie sowie den Kanton Zürich.

Projektziele

• Nachweis, dass dezentrale Kleinanlagen mit tiefer Koaxial-Erdwärmesonde und Niederhub-Wärmepumpe eine Jahresarbeitszahl von über 5.0 für Heizung und Warmwasser erreichen
• Erstmaliger Einsatz einer 450 m tiefen Koaxial-Erdwärmesonde ohne Frostschutzmittel sowie Nachweis eines Regenerationsgrades von 100 Prozent durch solare Einspeisung
• Vergleich zweier hydraulisch unterschiedlicher dezentraler Systeme als Grundlage für praxistaugliche Planungsempfehlungen

Erkenntnisse

Die Koaxial-Erdwärmesonden lieferten im Winter zuverlässig Quellentemperaturen von rund 14 °C – durchschnittlich 5 bis 6 Kelvin mehr als eine Standardsonde – und ermöglichten damit eine Jahresarbeitszahl von 5.41 in Pilotanlage A. Gegenüber einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ergibt sich daraus eine Stromeinsparung von rund 60 Prozent, gegenüber einer Standard-Sole-Wasser-Wärmepumpe von rund 31 Prozent; über die Lebensdauer der Sonde entspricht das je nach Strompreis 20'000 bis 53'000 Franken Betriebskosteneinsparung. Zugleich zeigte das Monitoring, dass kleine Fehler wie ein falsch eingestellter Druckwächter im Solarkreis zu grossen Effizienzeinbussen führen, die ohne aktive Überwachung jahrelang unentdeckt bleiben.

Ausblick

Das SPF Institut für Solartechnik betreibt das Monitoring weiter, um den Langzeiteffekt der solaren Erdregeneration über mehrere Heizperioden zu erfassen. Bei Haus A ist zudem eine schrittweise Umstellung auf 100 Prozent Hybridkollektoren geplant, um den Vergleich zwischen den beiden Kollektortechnologien für die Erdregeneration abzuschliessen.

Projektpartner

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