Wärmepumpen im Vergleich: Typen, Effizienz und Planung

Wärmepumpen als Heizsystem für Einfamilienhäuser

Als CO₂-armes Heizsystem tragen Wärmepumpe wesentlich zur Dekarbonisierung des Gebäudebereichs bei. In der Schweiz werden rund drei Viertel der neu erstellten Einfamilienhäuser mit Wärmepumpen ausgestattet, um die Raumwärme und die Wassererwärmung sicherzustellen. Beim Heizungsersatz entscheiden sich gut die Hälfte der Eigentümerinnen und Eigentümer für eine Wärmepumpe. 

Wärmepumpen nutzen Umgebungswärme und Antriebsenergie – meist Strom –, um Nutzwärme zum Heizen von Räumen und zur Warmwasseraufbereitung zu erzeugen. Zu den Hauptkomponenten einer Wärmepumpe zählen der Kompressor und der Kondensator. Die Distanz zwischen der Wärmepumpe und der äusseren Wärmequelle sollte möglichst kurz sein, um Wärmeverluste zu vermeiden. Je nach Art können Wärmepumpe im Vergleich zu fossilen Heizsystemen höhere Anschaffungskosten verursachen, wobei die Investitions- und Unterhaltskosten im Voraus planbar sind. 

Wie funktioniert eine Wärmepumpe?

Wärmepumpen nutzen unterschiedliche Wärmequellen aus der Umgebung:

• Luft-Wasser- bzw. Aussenluft-Wärmepumpe: Die Umgebungsluft ist die häufigste Wärmequelle für Wärmepumpen. Im Winter sinkt die Leistung allerdings analog zu den Aussentemperaturen, weshalb die Betriebseffizienz von Aussenluft-Wärmepumpen niedriger ist als bei den anderen Wärmepumpentypen.
• Sole-Wasser- bzw. Erdwärmepumpen: Die Erdwärme im oberflächennahen Erdreich wird mit einer Erdwärmesonde angezapft. Die Ausgangstemperatur in 150 bis 300 m Tiefe liegt bei etwa 10 bis 15 °C. Der Wärmetransport zwischen Erdreich und Wärmepumpe erfolgt durch eine wässrige Salzlösung (Sole) innerhalb der Erdwärmesonden.  
• Wasser-Wasser-Wärmepumpe: Die Temperatur des Grundwassers ist im Jahresverlauf nahezu konstant und meistens höher als die des Erdreichs. Die Effizienz von Wasser-Wasser-Wärmpumpen ist deshalb vergleichsweise hoch. 

Wo eignet sich welcher Anlagetyp?

Welche Art von Wärmepumpe sich am besten eignet, hängt vom Standort des Gebäudes, der verfügbaren Energiequelle und dem lokalen Grundwasservorkommen ab. Beinahe zwei Drittel der in der Schweiz installierten Wärmepumpen sind Aussenluft-Wärmepumpen, die Umgebungsluft als Wärmequelle nutzen. Ebenso beliebt sind Wärmepumpen, die Erdwärme mittels Erdwärmesonden beziehen. Weniger stark vertreten sind in der Schweiz bisher Wassernutzungsanlagen und Erdregister. 

Die Aussenluft-Wärmepumpe ist in der Schweiz am meisten verbreitet und kostengünstiger als die anderen Wärmepumpen-Systeme. Beim Wirkungsgrad (JAZ oder COP) schneiden sie allerdings schlechter ab. Die JAZ ist bis zu 30 % tiefer als bei Wärmepumpen, die ihre Energie aus dem Boden respektive Grundwasser beziehen.

Erdwärmesonden sind besonders für Ein- und kleinere Mehrfamilienhäuser zu empfehlen. Dabei ist auf die Distanz zu Erdsonden auf Nachbargrundstücken zu achten, damit die Auskühlung und eine Effizienzeinbusse vermieden werden können.  
 
Es gibt Fälle, in denen der Einbau einer Wärmepumpe besonders zu prüfen ist:

• Wenn der Anschluss an ein Quartier-Fernwärmenetz möglich ist. Kommunale Energiepläne geben Auskunft über die raumplanerischen Rahmenbedingungen.
• Wenn für die Heizung Vorlauftemperaturen über 55 °C erforderlich sind, was vor allem für schlecht gedämmte Gebäude zutrifft. 

Bewilligung und Umweltauflagen für Wärmepumpen

Die Installation von Wärmepumpen, die Erdwärme und Grundwasser nutzen, ist aus Gewässerschutzgründen in gewissen Regionen verboten. Die kantonalen Energiefachstellen bezeichnen die entsprechenden Gebiete und informieren darüber auf ihren Webseiten. Bisweilen erlauben die Energieportale eine parzellengenaue Suche nach Wärmepumpen-Eignungsgebieten. Die Installation von erdgekoppelten Wärmepumpen und das Bohren von Erdwärmesonden sind auf jeden Fall bewilligungspflichtig.

Kommunale Vorgaben 

Viele Gemeinden verfügen über einen kommunalen Richtplan Energie, der zentraler Bestandteil der kommunalen Energieplanung ist. Er zielt darauf ab, die räumliche Entwicklung und die Energienutzung aufeinander abzustimmen. Gemeinden können Bauherrschaften auf dieser Basis darüber informieren, wo der Anschluss an einen Wärmeverbund geplant ist und daher die Installation einer Wärmepumpe nicht bewilligen. Im Rahmen einer Impulsberatung «Erneuerbare Heizen» oder eines GEAK-Plus-Sanierungsberichts werden solche Abklärungen standardmässig durchgeführt. 

So arbeitet eine Wärmepumpe

Wärmepumpen nutzen Energie aus der Umwelt und bereiten diese mithilfe von Strom in nutzbare Wärme auf. Sie arbeiten umso effizienter, je geringer die Differenz zwischen Ausgangstemperatur und Heiztemperatur ist. Im Idealfall werden für die Vorlauftemperaturen im Heizkreislauf 30 bis 45 °C benötigt. Wird die Heizwassertemperatur um 5 °C abgesenkt, erhöht sich die Effizienz (Jahresarbeitszahl) einer Wärmepumpe um rund 10 %. Dabei gilt: Je höher die Betriebseffizienz ist, umso weniger Strom wird verbraucht.  

Die Wärmepumpe funktioniert ähnlich wie ein Kühlschrank: Während der Kühlschrank Wärme aus dem Kühlraum nach aussen abgibt, entzieht die Wärmepumpe der Umgebung – Erdreich, Aussenluft oder Grundwasser – Wärme und nutzt sie zum Heizen. Die Wärmepumpe wandelt also Umweltwärme in tieferer Temperatur in Heizwärme höherer Temperatur um. 

Die wichtigsten Bestandteile einer Wärmepumpe sind der Verdichter (Kompressor) und der Verflüssiger (Kondensator). Die Umweltwärme, die in Luft, Erde und Wasser gespeichert ist, wird von der Wärmepumpe aufgenommen. Im Verdichter wird der Dampf komprimiert und dadurch erhitzt. Der heisse Dampf wird im Kondensator in Form von Wärme an den Wasserkreislauf des Heizsystems abgegeben. Das Expansionsventil dient dazu, den Druck abzubauen, bevor der ganze Kreislauf von vorne beginnt.  

Ab 2027 sind umweltschädliche Kältemittel verboten 

Ab 2027 dürfen in der der EU und in der Schweiz nur noch Wärmepumpen vertrieben werden, die umweltfreundliche Kältemittel verwenden. Die bisherigen Kältemittel r32, r410a und r134a – allesamt Fluorgase – sind dann nicht mehr erlaubt. Bestehende Wärmepumpenanlagen sind von diesem Verbot nicht betroffen und können weiterbetrieben werden.

Trotzdem sollten sich Hauseigentümerinnen und Hauseigentümer bewusst sein: Ältere, schädliche Kältemittel verknappen sich zunehmend und werden daher in Zukunft massiv teurer. Man ist gut beraten, frühzeitig auf umweltfreundliche Kältemittel umsteigen, um die Kosten langfristig zu senken und einen Beitrag an die Umwelt zu leisten.  

Planung einer Wärmepumpe

Man unterscheidet zwei Betriebsarten von Wärmepumpen:  

• monovalent: Die Heizwärme wird ausschliesslich durch eine Wärmepumpe erzeugt, was bei der Mehrheit der installierten Wärmepumpen der Fall ist.  
• bivalent: Die Wärmepumpe wird durch einen zusätzlichen Wärmeerzeuger, etwa eine Holzfeuerung oder Solarenergie ergänzt.  

Ein- und Mehrfamilienhäuser (bis maximal 6 Wohnungen) werden in der Regel monovalent beheizt. Ebenso kann die Brauchwassererwärmung eingebunden werden. Im Gespräch mit dem Heizungs-Fachplaner sind folgende Aspekte anzusprechen:

• Wärmeleistungsbedarf des Gebäudes, vor und nach der energetischen Erneuerung der Gebäudehülle
• Bestimmung des Umschaltpunkts, wenn ein separates Warmwassersystem installiert ist. 

Dimensionierung der Wärmepumpe

Neben dem Wirkungsgrad ist bei einer Wärmepumpe die Dimensionierung zu beachten. Oft sind Neuanlagen überdimensioniert und mit zu grosser Leistung versehen. Bei Neubauten wie auch beim Heizungsersatz lohnt es sich deshalb, unterschiedliche Offerten einzuholen und genau zu prüfen, welche Leistung gefordert ist.

Bei Gebäudesanierungen ist zu empfehlen, die Aussenhülle und die interne Wärmeverteilung vor der Installation einer Wärmepumpe zu verbessern. Bei Vorlauftemperaturen über 55 °C – also in meist schlecht gedämmten Gebäuden – arbeitet eine Wärmepumpe ineffizient. Fussbodenheizungen eignen sich besser für die Abgabe von Wärme in niedrigerer Temperatur als Radiatoren oder Heizkörper. 

Auf Gütesiegel achten

Bei der Auswahl der Aggregate und der ausführenden Unternehmen ist auf das Gütesiegel der Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz (FWS) zu achten. Zudem ist bei Betriebsübergabe ein Zertifikat «Wärmepumpe-Systemmodul» einzufordern. Dieses berechtigt die Besitzenden zu einer Leistungskontrolle nach etwa zwei Betriebsjahren. Zudem gilt das Siegel als Voraussetzung für ein Gesuch um kantonale Förderbeiträge.  

Wirkungsgrad: durch Energiequelle bestimmt

Aussenluft-Wärmepumpen sind kostengünstiger als Erdwärmepumpen, weil keine Erdwärmesonden abgeteuft werden müssen. Erdwärmepumpen beziehen die Energie jedoch aus dem konstant rund 12 ºC warmen Erdreich. Sie benötigen deshalb weniger Energie als eine Aussenluft-Wärmepumpe. Letztere arbeiten deshalb weniger effizient bei kalten Temperaturen im Winter und weisen einen niedrigeren Wirkungsgrad (Jahresarbeitszahl JAZ) auf als Erdwärmepumpen. Eine Erdwärmepumpe kann eine Jahreszahl (JAZ) bis 5 erzielen. Die Aussenluft-Wärmepumpe erreicht typischerweise nur 3,5. 

 Erd-, Aussenluft- oder Wasser-Wasser-Wärmepumpe?

Jahresarbeitszahl – die Effizienz einer Wärmepumpe

Wie effizient eine Wärmepumpe ist, erkennt man an der Jahresarbeitszahl (JAZ). Sie zeigt das Verhältnis von gewonnener Heizwärme und benötigter Antriebsenergie. Je grösser die JAZ ist, umso weniger Strom verbraucht sie. Beeinflusst wird die JAZ von verschiedenen Faktoren wie das Kältemittel, das Temperaturniveau der Wärmequelle, die Vorlauftemperatur im Heizkreislauf oder die Betriebseinstellung. Die Effizient wirkt sich unmittelbar auf die Heizrechnung aus: Eine JAZ von 2,4 statt 3,4 bei einer Aussenluft-Wärmepumpe oder von 3 statt 4 bei einer Erdwärmepumpe erhöht den Stromverbrauch um einen Drittel. 

Erdwärmepumpe: Woher kommt die Energie?

Mithilfe von Erdwärmesonden entzieht die Erdwärmepumpe im Erdreich gespeicherte Wärme. Erdwärmesonden werden in Bohrlöcher dazu 150 bis 300 Meter abgeteuft. Je höher die Wärmeleitfähigkeit des Erdreichs darum herum ist, umso höher ist die Entzugsleistung. Bei sehr trockenem Boden kann nur 30 W/m² Energie entzogen werden. Feuchtere Böden stellen 50 W/m² bis 55 W/m² zur Verfügung.

Eine sorgfältige Planung zeichnet sich dadurch aus, dass die Lage von Erdwärmesonden auf Nachbargrundstücken im Voraus abgeklärt wird. Dadurch wird ein gegenseitiger Wärmeentzug verhindert. Zudem soll eine Wärmepumpe nicht länger als 1’800 Stunden pro Jahr laufen, damit sich das Erdreich auf natürliche Weise thermisch erholen kann.

Für das Abteufen der Erdwärmesonden werden Unternehmen mit dem «Gütesiegel für Erdwärmesonden-Bohrfirmen» von FWS empfohlen. Dieses garantiert ein umweltschonendes Erstellen und einen qualitativ hochstehenden Betrieb der Anlage. 

Zusatzoption: Gebäudekühlung

Erdwärmepumpen, die an eine Erdwärmesonde gekoppelt sind, bieten an heissen Tagen eine vorteilhafte Zusatzoption. Das Erdreich lässt sich für die Kühlung eines Gebäudes nutzen: Ohne den Kompressor in Betrieb zu setzen, zirkuliert kühles Wasser zwischen Bodenheizung und Erdreich. Nur die Pumpe, die zum Antrieb dieses Kreislaufs benötigt wird, verbraucht elektrische Energie. Das kühle Wasser in der Bodenheizung entzieht dem Raum einen Teil der Wärme und führt sie in das Erdreich ab. Dadurch regeneriert sich das Erdreich thermisch.

Die Tiefe der Erdwärmesonden ist jeweils spezifisch darauf ausgelegt, ob das Erdreich nur zum Heizen oder auch zum Kühlen genutzt werden soll: Tiefe Erdschichten sind wärmer und verbessern die Heizungsfunktion. Dagegen erhöhen bodennähere Schichten die Kühlwirkung.  Auch ohne Kühl- und Regenerationsoption ist der effiziente Betrieb eines Wärmepumpen-Heizsystems in der Regel für mindestens 30 Jahre sichergestellt.  

Erdwärme-Sondenfeld: für Quartiere

Um Einfamilienhaus-Quartiere oder grössere Gebäudekomplexe mit erneuerbarer Wärme zu versorgen, können Felder mit vielen Erdwärmesonden installiert werden. Ein solches Feld kann aus mehreren Dutzend Sonden bestehen, die jeweils 30 bis 300 Meter abgeteuft werden. Die Funktion und das Einsatzprinzip gleichen einer einzelnen Erdwärmesonde. Erdwärmesondenfelder werden so geplant, dass eine thermische Regeneration des Erdreichs im Sommer vorausgesetzt werden kann.

Wärmebezug mit Erdregister

Ein Erdregister stellt eine Alternative zur Erdwärmesonde dar, falls diese nicht ins Erdreich abgeteuft werden darf. Es gleicht einem dreidimensionalen Netz, das bodennah – entweder unter dem Gebäudefundament oder seitlich davon – rund 1 bis 3 Meter tief eingegraben wird.

Ein Erdregister benötigt grosse Flächen; pro kW Wärmeleistung sind etwa 45 m² erforderlich. Die Entzugsleistung beträgt maximal 20 bis 30 W/m². Bei ungünstigen Verhältnissen mit steinigem, trockenem und stark verschattetem Boden sinkt sie sogar unter 10 W/m². Wie beim Energiebezug durch Erdwärmesonden gilt: Die Wärmepumpe sollte nicht länger als 1’800 Stunden pro Jahr laufen, damit sich das Erdreich über den Sommer thermisch regenerieren kann.

Ähnlich wie Erdwärmesonden funktionieren Energiepfähle, die einerseits zur Abstützung von Gebäudefundamenten ins Erdreich gerammt werden. Andererseits nehmen Leitungen in diesen Pfählen die Wärme des Erdreichs auf und führen sie einer Wärmepumpe zu.

Erdwärmepumpe: Vor- und Nachteile

Vorteile  

• Eignen sich zur Wärmeversorgung unterschiedlicher Haustypen (Ein- oder Mehrfamilienhäuser, Geschäftshäuser)
• CO₂-freie Wärmeversorgung
• Geringe Betriebskosten (Stromverbrauch)
• Geringer Platzbedarf  
• Wärmepumpe mit Lebensdauer bei 20 Jahren; Erdwärmesonde mit Lebensdauer über 50 Jahre
• Kühlfunktion im Sommer  

Nachteile  

• Hohe Investitionskosten (Erdwärmesonde)
• Erdwärmesonde aus Gewässerschutzgründen nicht überall erlaubt 

Fördermöglichkeiten für Erdwärmepumpe

Im Zuge des Gebäudeprogramms stehen Eigentümerschaften je nach Kanton unterschiedliche Fördermittel zur Verfügung. Einige Gemeinden unterstützen ebenfalls finanziell energetische Sanierungsmassnahmen, einschliesslich dem Einbau einer Wärmepumpe. Auf dem nationalen Informationsportal «Energiefranken» erhält man durch Eingabe der Postleitzahl detaillierte Informationen über die verfügbaren Förderungen in der Gemeinde. Ebenfalls findet man Informationen zu Anlaufstellen für Beratungsdienste.

Erdwärmenutzung teilweise eingeschränkt

Das Bundesamt für Energie stellt Informationen zur Verfügung, ob du für dein Gebäude eine Erdwärmesonde bohren darfst und welche Auflagen dabei gelten. Ausserdem ist auf den GIS-Browsern der Kantone jeweils ein parzellengenauer Atlas für die Erdwärmenutzung abrufbar.

Tipp: Auf der sicheren Seite

Schäden an einer Erdwärmesonde können schnell ins Geld gehen. Wenn zum Beispiel durch Material- oder Fabrikationsfehler oder äussere Einwirkungen deine Erdwärmesonde beschädigt wird, ist dies nicht durch deine obligatorische Gebäudeversicherung gedeckt und du musst die Reparaturkosten selbst übernehmen. Mit einer entsprechenden Versicherung kannst du dich gegen dieses Risiko absichern.

Bei unserer Partnerin GVB Privatversicherungen AG erhältst du mit deinem myky-Dossier auf die Technikversicherung GVB Tech derzeit 10% Rabatt auf die Jahresprämie!

Logge dich einfach in dein myky-Dossier ein. In der Rubrik «Versicherung» erfährst du mehr dazu und kannst eine Beratung anfordern. 

Was kostet eine Erdwärmepumpe komplett? 

Die Kosten einer Erdwärmepumpe hängen von verschiedenen Faktoren ab. Die folgenden Zahlen bieten daher lediglich eine erste Orientierung:

• Eine Erdwärmepumpe kann bis zu 50'000 Franken kosten.
• Die Installationskosten betragen mindestens 20'000 Franken.
• Zu bedenken ist auch der Unterschied, den eine Bohrung verursachen kann: Die Bohrkosten für Erdwärmesonden liegen bei etwa 70 bis 100 Franken pro Meter. 

Vergleicht man die Anschaffungskosten von Wärmepumpen, so schneidet die Aussenluft-Wärmepumpe am besten ab:

• Die Anschaffungskosten einer Luft-Wasser-Wärmepumpe betragen um die 20'000 Franken.

Der Preisunterschied zwischen der Aussenluft-Wärmepumpe und der Erdwärmepumpe kann somit mehrere zehntausend Franken betragen.  

Aussenluft-Wärmepumpen: Wärme aus der Umgebung

Aussenluft-Wärmepumpen saugen Umgebungsluft mit Hilfe eines Ventilators an und befördern sie über einen Luftkanal zum Verdampfer. Nach dem Wärmeentzug wird die abgekühlte Luft wieder nach aussen abgegeben. Aussenluft-Wärmepumpen sind als Monoblockgerät oder Split-Gerät erhältlich. Letzteres teilt sich auf in ein Ansauggerät, das im Aussenraum aufgestellt ist. Das Innengerät gibt die Wärme an den Heizkreislauf weiter. Die Split-Variante erlaubt eine flexible Platzierung. Der Übergabe-Kreislauf benötigt wenig Platz. Die Split-Bauweise ist flexibler an das Bedürfnis an Wärmeleistung anpassbar.  

Aussenluft-Wärmepumpen Aussenaufstellung

Das Aussengerät einer Luft-Wasser-Wärmepumpe ist witterungsresistent und vor Schnee, Laub und Staub zu schützen. Als Standort bietet sich der private Aussenraum an, in der Regel auf Eingangs- oder Gartenniveau. Empfohlen werden zudem ein belastbarer Sockel und ein Abstand zur Aussenwand und von mindestens drei Metern zum Verkehrs- und Aufenthaltsbereich.

Zudem ist der Schallpegel des Ansaugventilators zu beachten. In jedem Fall sind die gesetzlichen Lärmschutzvorschriften einzuhalten. Das Gehäuse einer Luft-Wasser-Wärmepumpen ist in der Regel schalldämmend. Bei der Produkteauswahl sind Lärmschutznachweise und Schalldaten-Verzeichnisse von Anbietern einzufordern. Das unabhängige Wärmepumpen-Testzentrum Buchs  veröffentlicht die Resultate von Typenprüfungen und gewährt Zugriff auf eine Vergleichsdatenbank. Die Fachvereinigung Wärmepumpen Schweiz zeichnet geräuscharme Geräte zusätzlich mit einem Gütesiegel aus. Die Installation einer Wärmepumpe, die Aussenluft als Energiequelle nutzt, erfordert eine Baubewilligung.  

Aussenluft-Wärmepumpe: Vor- und Nachteile

Vorteile  

• Hohe Energieeffizienz: Aussenluft-Wärmepumpen können bis zu 75 Prozent der benötigten Heizenergie aus der Umgebungsluft gewinnen und benötigen somit nur etwa 25 Prozent Strom, um Heizenergie zu erzeugen.
• Reduktion des CO₂-Ausstosses
• Kosteneinsparung dank geringer Betriebskosten (Stromverbrauch)
• Geringer Platzbedarf  

Nachteile

• Effizienz abhängig von Aussentemperatur: Je kälter die Aussenluft, desto höher der Stromverbrauch.
• Geräuschpegel: Die Ausseneinheit ist aufgrund des Ventilators nicht komplett geräuschlos. Es ist auf eine fachgerechte Montage zu achten.
• Platzbedarf: Die Installation einer Luft-Wasser-Wärmepumpe erfordert Platz im Freien für die Aufstellung der Ausseneinheit. 

Tipp: Integration Photovoltaik und Wärmepumpe

Wenn du bereits erneuerbare Energiequellen wie Solarmodule auf deinem Grundstück nutzt, kannst du die Aussenluft-Wärmepumpe in dein Gesamtsystem integrieren. Die grüne Energie lässt sich problemlos für die Wärmepumpe verwenden. Dies erhöht nicht nur die Effizienz deiner erneuerbaren Energieerzeugung, sondern verringert auch die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen. 

Heizen mit Grundwasser (Wasser-Wasser-Wärmepumpe)

Das Grundwasser bietet stabile Bedingungen für den Energiebezug zum Heizen und Kühlen. Die Temperatur im Grundwasser pendelt im Jahresverlauf zwischen 8 und 15 °C.

Um Grundwasser als erneuerbare Energiequelle für das eigene Heizsystem zu nutzen, sind jedoch strenge Umweltauflagen zu beachten. Unter anderem ist eine Verschmutzung des Grundwassers zu verhindern. Bewilligungen werden in der Regel zur Versorgung von grösseren Mehrfamilienhäusern, Geschäftshäusern und Hotelbetrieben mit jeweils hohem Leistungsbedarf ausgestellt.  

Baulich werden jeweils zwei Brunnen benötigt. Im ersten entzieht die Wärmepumpe dem Grundwasser Wärme. In den zweiten fliesst abgekühltes Wasser zurück. Weitere Aspekte, die zu beachten sind: 

• Bei Grundwasser sind 150 bis 200 Liter/h/kWth (= abgegebene Wärmeleistung) erforderlich.
• Grundwasserleitungen sind in warmen Räumen vor Schwitzwasser zu schützen (dampfdichte Wärmedämmung).
• Die Wasserqualität muss bekannt sein, und die Grenzwerte müssen eingehalten werden. 

Energie aus Oberflächengewässer 

Grundsätzlich können auch Seen, Bäche und Flüsse als Energiequelle für Wärmepumpen eingesetzt werden. Dies geschieht immer häufiger in Verbundnetzen, vor allem in Städten. Pro kWth Heizleistung werden 300 bis 400 Liter/h Oberflächenwasser benötigt. 

Wärmepumpe mit Wassertank: Heizen mit Eis

Falls das Erdreich oder das Grundwasser nicht als Energiequelle für eine Sole-Wasser-Wärmepumpe angezapft werden dürfen, steht eine Alternative zur Verfügung: ein eigener Wassertank, der als Solareisspeicher zum Einsatz kommt. Er dient als Energiereservoir für eine Wärmepumpe und kann mit einer thermischen Solaranlage kombiniert werden. Das Eispeichersystem kann zur Wärmeversorgung und zur Gebäudekühlung verwendet werden. Im Vergleich zu einem natürlichen Milieu wird dabei die Kristallisationsenergie bei Gefrieren und Auftauen von Wasser genutzt.  

Energie aus Eiskristall

Der Solareisspeicher enthält Wasser, in dem ein Rohrgeflecht aus Wärmetauschern schwimmt. Das Funktionsprinzip ähnelt einem Gefrierschrank: Beim Heizen wird Wärme aus dem Wassertank gezogen, wodurch die Temperatur bis 0 ºC sinkt. Eine Eisbildung ist explizit erlaubt, weil sie zusätzliche Kristallisationsenergie abgibt: Gefriert Wasser zu Eis, bilden sich Kristalle und setzen eine Wärmeenergie frei, die gleich gross ist wie der Energiebedarf, um Wasser von 0 auf 80 °C aufzuheizen.

Um die Vereisung bis zum Ende der Heizsaison hinauszuzögern, speist die thermische Solaranlage den Eisspeicher mit Wärme. In der warmen Saison taut das Wasser mithilfe der Sonnenkollektoren wieder auf und erwärmt sich soweit möglich. Gleichzeitig lässt sich der kühle Tankinhalt im Sommer zur Gebäudekühlung nutzen. Die Solaranlage kann parallel dazu zur Erwärmung des Brauchwassers eingesetzt werden.

Für Einfamilienhäuser geeignet 

Verbreitung fand die Solareistechnik anfänglich im Gewerbe, in Hotelanlagen oder bei Archiven, deren Energiesystem innert Tagesfrist vom Kühl- auf Heizbetrieb umgestellt werden muss. Inzwischen werden Wohn- und Einfamilienhäuser damit versorgt: Der Solareisspeicher ist bei Kleinanwendungen ein rund 12 m³ grosser Betontank und wird im Vorgarten eingegraben. Der Wasserinhalt stammt aus Meteor- oder Regenwassersammlern vor Ort. Die verfügbaren Standardsysteme beschränken sich auf wenige Marktanbieter.

Kosten des Solareisspeichers

Die Anschaffungs- und Installationskosten für das Solareis-Speichersystem sind vergleichbar einer Erdwärmepumpe mit Erdwärmesonden. Der Strombedarf im Betrieb ist im Direktvergleich geringer, weil die Speicherfunktion einen energieeffizienteren Betrieb erlaubt. Diese Erkenntnisse stammen aus unabhängigen und vom Bundesamt für Energie unterstützten Forschungsarbeiten und Praxistests.