Gemäss Bundesamt für Energie BfE ist in 90 Prozent der Neubauten eine Wärmepumpe für angenehme Temperaturen zuständig. Anders bei Umbauten oder, wenn die Heizung ersetzt wird. In solchen Fällen wird immer noch häufig ein fossiles Heizsystem installiert. Bei Einfamilienhäusern beträgt der Marktanteil von Wärmepumpen 49 Prozent, bei Mehrfamilienhäusern und Gebäuden, die nicht zum Wohnen sind, sind es gut 63 Prozent. Es ist empfehlenswert bei Sanierungen abzuklären, wie hoch die Förderbeiträge sind. Beim Ersatz einer fossilen Heizung durch eine Wärmepumpe profitieren von attraktiven Zuschüssen. Das schweizweit einheitliche Förderprogramm unterstützt den Heizungsersatz in allen Bereichen: In Wohnbauten, im Büro- oder Gewerbegebäude und sogar für Industrieprozesse. Die Nachfrage für Wärmepumpen ist seither stark gestiegen. Gemäss der Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz ist seit dem Ausbruch des Ukraine-Kriegs und dem Anstieg der Erdöl- und Erdgaspreise das Interesse nochmals gestiegen. Noch mehr Hausbesitzer als bisher wollen ihre Heizung auf erneuerbare Energien umstellen.
Grundsätzlich kann in jedes Gebäude eine Wärmepumpe installiert werden. Wichtig für einen einwandfreien Betrieb sind die Temperaturen und der Zustand des Hauses. Eine Luft/Wasser-Wärmepumpe kann auch bei minus 10°C der Umgebung noch Wärme entziehen. Bei tieferen Temperaturen sind Sole/Wasser-Wärmepumpen einzusetzen. In der Schweiz kann mit Genehmigung bis zu 350 Metern gebohrt werden. Der Einbau einer Wärmepumpe kann auch in einem Altbau lohnenswert sein. Man hört immer wieder, dass Wärmepumpen nur mit einer Fussbodenheizung oder grossflächigen Konvektoren effizient laufen würden. Richtig ist, dass Flächenheizungen niedrigere Vorlauftemperaturen benötigen und Wärmepumpen daher maximal effizient funktionieren können. Dennoch führt eine Wärmepumpe auch in einem Haus mit konventionellen Heizkörpern gegenüber einer alten Ölheizung zu deutlich niedrigeren Heizkosten.
Genaue Dimensionierung
Wärmepumpen sind eine sehr effiziente Art zu heizen. Die Voraussetzung für einen wirtschaftlichen Betrieb ist die genaue Dimensionierung der Wärmepumpenanlage. Bei zu kleinen Maschinen ergeben sich Komfortverluste und erhöhte Heizkosten. Zu gross gewählte Geräte sind häufig mit unverhältnismässig hohen Anlagekosten verbunden. Bei der Planung ist unbedingt darauf zu achten, dass Über- und Unterdimensionierung vermieden werden.
Der Gesamtleistungsbedarf muss durch die Heizungsanlage abgedeckt werden. Dabei gilt noch zu beachten, dass die erforderliche Wärmepumpenleistung von zusätzlichen Faktoren wie Betriebsart und Sperrzeiten der EW bestimmt wird.
Die Qualität der Gebäudehülle ist ebenfalls bei den Vorabklärungen zu ermitteln. Wird der Heizleistungsbedarf bei Sanierungen nach den Verbrauchswerten ermittelt, sollte der Mittelwert des Energieverbrauchs der letzten drei bis fünf Jahre vorliegen. Zum Beispiel beträgt der ungefähre Heizleistungsbedarf eines gut gedämmten Wohnhauses in der Schweiz 160 m2 x 34 W/m2 = 5440 W.
Bei Wohnhäusern, welche vor 1990 gebaut worden sind, liegt der spezifische Heizleistungsbedarf zwischen 40 – 80 W/m2. Bei höheren Werten empfiehlt sich vor dem Einsatz einer Wärmepumpe, die Gebäudehülle zu sanieren. Nur schon der Ersatz der Fenster mit moderner Verglasung kann Einsparungen von 20 bis zu 30% bringen.
Durch die starke Nachfrage nach Wärmepumpen in den vergangenen Jahren sind grosses Wissen und Erfahrung in der Praxis entstanden. Davon können Eigentümer und Investoren profitieren. Aber trotzdem finden sich immer wieder Mängel, welche bei einer guten Bestandesaufnahme, Beratung und Ausführung hätten vermieden werden können.
Aussengeräte – Lärmschutz-Verordnung beachten
Am weitaus häufigsten werden Luft/Wasser-Wärmepumpen eingesetzt. Hier wird hauptsächlich zwischen innen und aussen aufgestellten Wärmepumpen unterschieden. Eine weitere Gruppe von Luft/Wasser-Wärmepumpen sind die Splitgeräte mit einer Aussen- und einer Inneneinheit. Der aussen aufgestellte Teil erzeugt Aussenlärm und erfordert eine Lärmbeurteilung. Es gilt zu beachten, dass innen aufgestellt Wärmepumpen nicht zwingend leiser sind als aussen aufgestellte Ausführungen. Als Hilfsmittel für die Planung hat die Vereinigung kantonaler Lärmschutzfachleute (Cercle Bruit) die Vollzugshilfe «Lärmrechtliche Beurteilung von Luft/Wasser-Wärmepumpen» geschaffen.
Der optimale Standort für Wärmepumpe zur Aussenaufstellung ist frühzeitig und sorgfältig zu eruieren. Der Platz ist möglichst abgewandt und in genügend grosser Distanz von Nachbarliegenschaften zu wählen. Wenn möglich ist die Wärmepumpe im Hausinnern aufzustellen und der Abluftschacht soll an einer von den Nachbargebäuden abgewandten Fassade platziert werden. Das Aufstellen unter oder neben Fenstern von lärmsensiblen Räumen wie Schlafzimmer ist eben so ungünstig wie in Mauernischen, Ecken oder zwischen zwei Wänden. Das Geräusch der Wärmepumpe wird wesentlich mehr wahrgenommen und kann zu Beanstandungen führen. Der Abstand zu benachbarten Häusern ist in jedem Fall so zu wählen, dass die geltende Lärmschutz-Verordnung (LSV) eingehalten wird.
Eine grosse Wärmepumpe oder Kaskadieren?
Bei grossen Leistungen stellt sich häufig die Frage, ob eine oder mehrere Maschinen eingesetzt werden sollen. Kaskaden eignen sich sehr gut in urbanen Gebieten mit dichter Bauweise und strenge Schall-Vorschriften eingehalten werden müssen. Schalltechnisch sind Kaskaden aus kleineren Einzelgeräten den grossen Luft/Wasser-Wärmepumpen deutlich überlegen. Die Inverter-Technologie kommt bei diesen Systemen voll und ganz zum Tragen. Denn nicht nur jede einzelne Wärmepumpe, sondern auch die Kaskade als Ganzes arbeitet als Inverter. Das bedeutet, dass die Heizleistung präzise dem individuellen Wärmebedarf angepasst wird. Über eine Kaskadenschaltung decken ein oder mehrere Geräte die Grundversorgung ab und bei Verbrauchsspitzen werden weitere Geräte zugeschaltet. Dadurch ist eine Leistungsmodulation möglich und die Jahresarbeitszahl JAZ sowie die Wirtschaftlichkeit der Anlage steigern sich. Im Vergleich zu grossen Einzelgeräten zeichnet sich die Kaskade zudem durch hohe Betriebssicherheit aus. Der störungsfreie und anwendungssichere Betrieb ist eine der wichtigsten Kriterien bei der Auswahl einer Wärmepumpe. Da ein Lastausgleich innerhalb der Kaskade möglich ist, ergibt sich ein sogenanntes Betriebsstunden-Balancing. Dies verbessert die Wirtschaftlichkeit und hat zudem einen positiven Einfluss auf die Lebensdauer der einzelnen Wärmepumpen.
Warmwasser-Erwärmung
Ein für Wärmepumpen geeigneter Warmwasserspeicher und eine Ladepumpe mit hoher Förderleistung sind vorzusehen. Bei Luft/Wasser- Wärmepumpen sind die maximal zulässigen Heizleistungen einzuhalten. Man darf bei der Planung nicht vergessen, dass diese Maschinen die höchste Leistung bei warmen Aussentemperaturen erzeugen. Diese Energie muss abgegeben werden können und der Speicher dementsprechend dimensioniert werden. Weil die Vorlauftemperaturen in der Regel niedriger liegen, müssen grössere Wärmetauscher verwendet werden. Falls ein ungeeigneter Warmwasserspeicher eingesetzt wird, können möglicherweise die gewünschten Warmwasser-Temperaturen nicht erreicht werden und die Wärmepumpe geht auf Hochdruckstörung.
Wer unabhängig vom Heizungssystem Warmwasser aufbereiten möchte, kann auch einen Wärmepumpen-Boiler (Warmwasser-Wärmepumpe) einsetzen. Bei dieser Technik der Warmwasseraufbereitung ist eine kleine Wärmepumpe im Warmwasserspeicher eingebaut und wird nur für diesen Zweck genutzt. Diese Geräte beziehen den grössten Teil der benötigten Energie aus der Umgebung und einen kleinen Teil aus der Steckdose, um den Kompressor anzutreiben. Ein wichtiger Zusatznutzen ist, dass auch während der warmen Sommertage die Heizung ausgeschaltet bleiben kann, da der Warmwasserspeicher selbständig arbeitet.
Hydraulische Grundsätze einhalten
Um einen störungsfreien Betrieb einer Wärmepumpenanlage sicherzustellen, muss der nominale Volumenstrom des Heizungswassers gewährleistet sein. Nur so kann die gewünschte Heizleistung erbracht werden. Eine Unterschreitung der Heizwasser-Durchflussmenge vergrössert die Temperaturdifferenz zwischen Ein- und Ausgang der Wärmepumpe und die Maschine wird über den Hochdruck-Pressostat abgeschaltet.
Pufferspeicher einsetzen
Bei genau dimensionierten Wärmepumpen mit Fussbodenheizungssystemen, die als Speichermasse dienen, kann auf einen Pufferspeicher verzichtet werden. Bei Luft/Wasser Wärmepumpen mit Umkehr-Abtauung und Einzelraumregulierungen ist unbedingt ein Speicher vorzusehen. Die zur Abtauung des Verdampfers benötigte Energie wird überwiegend aus dem Heizkreis genommen. Bei Sanierungen wird der Inhalt des Pufferspeichers auch zur Überbrückung von Sperrzeiten der Elektrizitätsversorger verwendet. Bei Einzelraumregelung können in Übergangszeiten ein Teil der Verbraucher durch Raumthermostaten geschlossen werden. In der Folge steigt der Druckverlust im Heizkreis an und der grössere Teil des Wassers fliesst über die Überströmventile in den Rücklauf.
Diese Temperatur wird angehoben und die Wärmepumpe schaltet ab, bevor die Räume warm sind. Bei der Sanierung grösserer Anlagen mit unklaren hydraulischen Bedingungen empfiehlt sich eine Trennung von Primär- und Sekundärkreis. So können Wärmepumpe und Heizkreise unabhängig voneinander funktionieren.
Die Wichtigkeit des Bivalenzpunkts
Luft-Wasser-Wärmepumpen beziehen die Energie aus der Umgebungsluft. So kann es vorkommen, dass bei tiefen Aussentemperaturen die Leistung der Wärmepumpe geringer ist als der Wärmebedarf des Gebäudes. Denn je niedriger die Aussentemperatur, desto höher der Wärmebedarf und desto geringer die Energiegewinnung aus der Luft. Der sogenannte Bivalenzpunkt liegt in der Regel bei -8 bis -12°C. Dann wird ein elektrischer Heizeinsatz, oder eine andere Wärmequelle zugeschaltet. Es ist zu empfehlen, beim Energieversorger abzuklären, ob der Heizeinsatz über den Wärmepumpentarif oder über den normalen Haustarif abgerechnet wird. Im Normalfall beträgt die zusätzliche Heizlast auf rund 40 - 65 % der notwendigen Heizleistung. Der Leistungsanteil der Zusatzheizung ist somit relativ hoch, aber der letztlich resultierende Arbeitsanteil am Stromverbrauch der Wärmepumpe ist in der Praxis nur etwa 2 - 5% der Jahresheizarbeit. Über das Jahr gesehen sind in tieferen Lagen Tage mit Aussentemperaturen unter minus 5 Grad eher selten.
Staatliche Fördergelder
Um dieses Einsparpotential weiter auszubauen, unterstützt das Gebäudeprogramm von Bund und Kantonen mit Investitionsbeiträgen die energetische Gebäudesanierung. Und dies sehr erfolgreich: 2020 wurden rund 299 Millionen Franken Fördermittel ausbezahlt. Sanierungen im Haustechnikbereich wie beispielsweise Heizungswechsel, wurden laut Gebäudeprogramm im Jahr 2020 mit 62 Millionen Franken gefördert – was einer Zunahme von 65% gegenüber dem Vorjahr entspricht. Insgesamt 7‘155 fossile Systeme wurden durch Heizsysteme mit erneuerbaren Energien ersetzt – am häufigsten durch eine Wärmepumpe. Mit dem Gebäudeprogramm von Bund und Kantonen sollen Hausbesitzer motiviert werden, die Energieeffizienz ihres Gebäudes zu verbessern und beim Verbrauch auf erneuerbare Energien umzusteigen. Die aktuellen Zahlen zeigen, dass diese Förderprogramme äusserst erfolgreich sind.
