Die Dekarbonisierung grösserer Liegenschaften mit Wärmepumpen scheitert oft an fehlenden oder zu schwachen Wärmequellen. Ein Pilotprojekt zeigt, dass die Kombination von Erdwärme und Aussenluft fossile Spitzenlasten überflüssig macht.

Text: Remo Bürgi

Wärmepumpen sind in der Schweiz längst etabliert, bei Neubauten gelten sie für viele Anwendungen bereits als Standardlösung. Allerdings: Von den rund 30 000 Wärmepumpen, die in der Schweiz 2025 verkauft wurden, hatten nur etwa 900 Stück eine Leistung von mehr als 50 kW (siehe Grafik), wie sie für grössere Liegenschaften nötig ist.

Warum die Nachfrage in diesem Leistungsbereich verhältnismässig tief ausfällt, erklärt der Blick auf die Marktanteile. Gemäss einer Studie des Bundesamtes für Energie (BFE) erhielten 2024 98,5 % der neu erstellten Mehrfamilienhäuser ein erneuerbares Heizsystem wie eine Wärmepumpe. Bei Erneuerungen (Ersatz, Umbau) hingegen betrug der Anteil nur rund 65 %.

Hemmnisse bei Erneuerungen

Die tiefere Nachfrage bei grösseren Bestandsbauten dürfte unter anderem darauf zurückzuführen sein, dass in diesen Leistungsklassen geeignete Wärmequellen für Wärmepumpen nicht oder nur eingeschränkt vorhanden sind. Zu den häufigsten Hemmnissen zählen bei Luftwärmepumpen die Lärmschutzvorschriften, bei Erdwärmepumpen häufig Platzmangel sowie Verbote respektive Begrenzungen beim Bohren von Erdwärmesonden.

Dazu kommt, dass der flächenspezifische Heizwärmebedarf bei einem Bestandsbau üblicherweise deutlich höher liegt als bei einem Neubau. Dies kann die Kosten von Wärmepumpensystemen erhöhen oder eine Realisierung ganz verunmöglichen.

Eine bisher wenig verbreitete Alternative bei solchen Ausgangslagen ist die Integration zusätzlicher erneuerbarer Wärmequellen, um die erforderlichen Leistungen ausschliesslich mit einem Wärmepumpensystem erbringen zu können. Oft sind solche Lösungen noch zu wenig bekannt oder können aufgrund der grösseren Komplexität bei der Planung sowie allfällig höheren Investitionskosten abschreckend wirken.

Projekt untersucht Alternativen

Um für diese Herausforderungen eine Lösung zu finden und in der Praxis zu erproben, hat ein Team der Ostschweizer Fachhochschule OST im Auftrag des Bundesamts für Energie das Forschungsprojekt «Renosource» gestartet. Es soll anhand eines realen Beispiels untersuchen, ob durch die Kombination der Wärmequellen Luft und Erdreich sowohl die Grundlast wie auch die Spitzenlast eines Heizsystems über eine Wärmepumpe abgedeckt werden können. So ergäbe sich eine umweltschonende Alternative zur heute noch oft verwendeten bivalenten Variante mit fossiler Spitzenlastabdeckung.

Das Projektteam hatte bereits im 2023 abgeschlossenen Vorgängerprojekt «HP-Source» technische Konzepte untersucht, die eine Kombination verschiedener Wärmequellen für eine Wärmepumpe ermöglichen. Als erfolgversprechend erwiesen sich insbesondere zwei Ansätze:

• Die Regeneration von Erdwärmesonden geschieht mittels Luft-Sole-Wärmeübertrager («Luft-Wärmetauscher»). Das heisst konkret: Mit diesem Gerät wird die Wärme der Luft auf einen Sole-Kreis übertragen, in dem auch die Erdwärmesonde eingebunden ist. Diese bedient dann den Verdampfer der Sole-Wasser-Wärmepumpe. Diese spezifische Lösung ermöglicht es, die Länge einer Erdwärmesonde zu reduzieren. Ausserdem entschärft sie Platzprobleme, da die Sonden bei Regeneration mit geringerem Abstand installiert werden können. Im Gegensatz zur Regeneration über Solarenergie funktioniert jene mit Luft-Sole-Wärmeübertragern auch bei fehlenden Dachflächen. Für diesen Zweck können industrielle Rückkühler eingesetzt und auf die projektspezifischen Anforderungen (Leistung, Temperaturen, Akustik) ausgelegt werden.
  
  
• Werden Erdwärmesonden nur zur Spitzenlastdeckung genutzt, reduziert sich die dem Erdreich entzogene Energiemenge deutlich. Das bedeutet: Bei gleicher Sondentiefe reichen 15 bis 25 % der ursprünglichen Sondenmeter – es müssen also deutlich weniger Erdwärmesonden gebohrt werden. Das reduziert die Investitionskosten und das Risiko, dass sich benachbarte Sonden gegenseitig beeinflussen («Wärmeklau»).

Erste Erkenntnisse

Die neue Wärmeversorgung der Siedlung nahm im Frühjahr 2024 ihren Betrieb auf, sodass inzwischen belastbare Messdaten aus der Praxis vorliegen. Sie zeigen, dass das Konzept mit der Aussenluft als Wärmequelle für die Grundlast und dem Erdreich als Quelle für die Spitzenlast wie vorgesehen funktioniert.

Bereits bestätigt hat sich etwa, dass die Regelung der Energiequellen auf Basis der Austrittstemperatur der Luft-Sole-Wärmeübertrager zweckmässig ist. Der Quellenanteil der Erdwärmesonden lag in der Periode vom 1. Oktober 2024 bis zum 31. März 2025 für beide Wärmepumpen bei 12 bis 14 %. Zwischen Mitte Dezember und Mitte Januar betrug der Anteil rund 20 %.

An die Leistungsgrenzen musste das System jedoch nicht gehen, weil der Winter vergleichsweise mild war. Die Auswirkungen einer längeren Phase mit Temperaturen unter dem Gefrierpunkt konnten aber im Folgewinter überprüft werden – das System funktionierte auch bei diesen Bedingungen zuverlässig.

Während der beiden ersten Betriebsjahre waren zwei kurzzeitige Ausfälle des Heizsystems zu verzeichnen. Ende 2024 kam es zu einer Vereisung des Luft-Sole-Wärmeübertragers, weil der Abtauvorgang nicht wie vorgesehen funktionierte. Das Problem liess sich innerhalb eines Tages beheben und ist seither nicht mehr aufgetreten. Darüber hinaus zeigte sich, dass in diversen Wohnungen die Thermostate defekt waren und ersetzt werden mussten.

Im Jahr darauf führte eine defekte Dichtung an einem Anschluss des Rückkühlers zu einem Ausfall der Heizung. Dieser technische Schaden konnte ebenfalls rasch repariert werden, sodass die Ausfälle auf einzelne Tage begrenzt waren.

Beide Ausfälle standen also nicht im Zusammenhang mit der Kombination der beiden Quellen Luft und Erdreich – das Wärmepumpensystem mit den zwei Wärmequellen funktioniert seit der Inbetriebnahme störungsfrei.

Learnings für die Planung

Das Projekt «Renosource» wird im Sommer 2026 abgeschlossen, die Pilotanlage geht in den langfristigen Betrieb ohne Forschungsbegleitung über. Bis dahin wollen die Forschenden unter anderem noch Planungsempfehlungen aus den bisher gewonnenen Erkenntnissen ableiten.

Gemäss Christoph Meier lassen sich bereits die folgenden «Learnings» festhalten:

Simulation: Für eine saubere Auslegung und Dimensionierung des Systems sollte es dynamisch simuliert werden.
Systemverantwortung: Es empfiehlt sich, das Gesamtsystem aus einer Hand zu planen und zu realisieren, um klare Verantwortlichkeiten zu schaffen.
Monitoring: Die Überwachung des Systems sollte von Anfang an eingeplant werden, insbesondere die Temperaturen und der Energiefluss der Quellen.
Wie das Pilotprojekt zeigt, funktioniert das Mehrquellensystem mit Wärmepumpe in der Praxis und kann dazu beitragen, fossile Systeme insbesondere im hohen Leistungsbereich zu ersetzen.