Energieoptimierung: Wärmepumpe folgt Lauf der Sonne

Wärmepumpen sind bei der Erzeugung von Heizwärme und Warmwasser die bevorzugte Alternative zu fossil befeuerten Gas- und Ölheizungen. Neubauten werden heute in der Schweiz überwiegend mit Wärmepumpen ausgerüstet, und bei jedem vierten Umbau ist dies der Fall. Wie Wärmepumpen mit Photovoltaik-Strom kombiniert werden können, zeigt ein Forschungsprojekt der Fachhochschule Nordwestschweiz.

Von Benedikt Vogel

Quelle: Grafik: FWS

Im Jahr 2018 (orange) hat der Verkauf von Wärmepumpen gegenüber 2017 (blau) um fast 10 %  zugenommen. Der Absatz von Öl- und Gasheizungen war rückläufig.

Quelle: Grafik: FWS

Gut zwei Drittel der Wärmepumpen in der Schweiz gewinnen die Wärme aus der Luft, knapp ein Drittel aus dem Erdreich.

Im Mai 2017 haben die Stimmberechtigten dem neuen Energiegesetz zugestimmt. Sie votierten damit für mehr erneuerbare Energien und eine bessere Energieeffizienz. Politische Weichenstellungen entfalten ihre Wirkung in der Regel nach und nach. Im Bereich der Wärmepumpen sind positive Effekte unterdessen greifbar. Wärmepumpen nutzen die in der Luft, dem Erdreich und im Grundwasser enthaltene Wärme, um – unter Verwendung von elektrischem Strom zum Antrieb eines Verdichters – Heizwärme und Warmwasser, aber auch Kühlenergie bereitzustellen. Da sie ohne die fossilen Energieträger Öl und Gas auskommen, entsprechend sie denZielsetzungen der aktuellen Energiepolitik.

Der Verkauf von Wärmepumpen hat nach dem Abstimmungsjahr 2017 deutlich zugenommen: In der Schweiz wurden 2018 knapp 22 000 Wärmepumpen abgesetzt, rund 10 Prozent mehr als im Vorjahr. Das ist bemerkenswert, denn seit dem Rekordjahr 2008 (20 670) hatten die Verkäufe tendenziell abgenommen. «Man kann diese Trendwende wohl nicht auf ein einzelnes Ereignis zurückführen», sagt Stephan Peterhans, Geschäftsführer der Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz (FWS), «doch die politische Diskussion um das Energie- und das CO2-Gesetz haben der Nutzung der Wärmepumpen neuen Schub verliehen. Hinzu kommt, dass mittlerweile praktisch alle Kantone Förderprogramme für Wärmepumpen haben.»

Mit Solarstrom betrieben

Wärmepumpen basieren auf einer bewährten Technologie. Das Potenzial mit Blick auf eine nachhaltige Energieversorgung ist aber noch nicht ausgeschöpft. So kann für den Betrieb von Wärmepumpen ergänzend zu Strom aus dem Netz auch direkt Solarstrom eingesetzt werden.

Welche Bedeutung dem Solarstrom dabei zukommen kann, lässt sich mit einem realitätsnahen Beispiel zeigen: Familie Huber braucht in ihrem Einfamilienhaus (150 Quadratmeter Wohnfläche) für Heizwärme und Warmwasser jährlich 10 000 kWh Wärme. Die Wärme wird mit einer Luft-Wasser-Wärmepumpe (7 kW Heizleistung) erzeugt, unter Einsatz von 3000 kWh Strom. Das Haus der Hubers ist mit einer Photovoltaik-Anlage (5 kWp) ausgerüstet, die jährlich 5000 kWh liefert, und einer Batterie mit 5 kWh Kapazität. Der erneuerbare Strom wird immer dann zum Betrieb der Wärmepumpe herangezogen, wenn es möglich ist, daneben aber auch für den Haushaltsstrom (Jahresbedarf: 3000 kWh) genutzt.

Quelle: Grafik: FWS

Den grössten Anteil am Schweizer Wärmepumpen-Markt haben kleine Wärmepumpen mit einer Leistung von 5 bis 13 kW, wie sie typischerweise in Einfamilienhäusern zum Einsatz kommen.

Quelle: Illustration: Schlussbericht LEWASEF

Beim Versuch versorgen die FHNW-Wissenschaftler die Wärmepumpe mit Wärme aus einem ungedeckter Röhrenabsorber und einem Eisspeicher. Letzterer ist gleichzeitig der Wärmespeicher für Solarwärme.