CO2-Wärmepumpe für Wohnüberbauung mit 28 Wohnungen

In der Wohnüberbauung InSite in Bassersdorf versorgt eine CO2-Luft/Wasser-Wärmepumpe – unterstützt von einer Isobutan-Wärmepumpe – drei Gebäude mit insgesamt 28 Wohnungen zuverlässig mit Heizwärme und Warmwasser. Die Anlage zeigt, wie sich fossile Heizungen auch in grösseren Wohnanlagen effizient, nachhaltig und wirtschaftlich ersetzen lassen.

Die ersten Betriebsmonate in Bassersdorf zeigen: Diese Wärmeerzeugung hat Zukunft. Die Anlage läuft stabil und liefert zuverlässig Wärme für Heizung und Warmwasser. Das Konzept setzt vollständig auf erneuerbare Energie und natürliche Kältemittel, ist effizient und wirtschaftlich. Die Lösung zeigt, wie die Energiestrategie 2050 des Bundes im Gebäudebereich konkret umgesetzt werden kann. Gerade bei grösseren Überbauungen sind zuverlässige und wirtschaftliche Systeme gefragt, die langfristig funktionieren.

Wärmepumpen mit natürlichem Kältemittel

Herzstück der Anlage ist eine CO2-Wärmepumpe der CTA mit rund 120 kW Leistung, ergänzt durch eine kompakte Isobutan-Wärmepumpe. Das Zusammenspiel der beiden Wärmepumpen sorgt dafür, dass das Heizungssystem optimal arbeitet – auch bei unterschiedlichen Anforderungen im Jahresverlauf. Die Anlage ist so ausgelegt, dass sie unterschiedlich hohe Lasten – etwa morgens bei erhöhtem Warmwasserbedarf oder im Winterbetrieb – flexibel abdecken kann.

Wirtschaftliches Modell für Eigentümerschaften

Die Elektrizitätswerke des Kantons Zürich EKZ versorgen die drei Gebäude mit insgesamt 28 Eigentumswohnungen im Rahmen eines Contracting-Angebots mit Wärme für Heizung und Warmwasser. Für die Eigentümerschaften bedeutet das vor allem eines: weniger Aufwand und mehr Sicherheit. Es braucht keine eigene Heizungsinvestition, die Kosten bleiben planbar und Betrieb sowie Wartung liegen in professionellen Händen. Gleichzeitig wird der Einsatz der Anlage laufend überwacht und optimiert. So ist sichergestellt, dass Effizienz und Betriebskosten auch langfristig im optimalen Bereich bleiben.

Die Bauherrschaft ist glücklich über die Energiecontracting-Lösung der EKZ, dank der nun nachhaltige Energie genutzt werden kann. (Denis Vres, Leiter Sanierungen bei EKZ-Energiecontracting und Gernot Kopriwa, Koordinator der Stockwerkeigentümerschaft Leiter Sanierungen v.l.n.r))

Ideal für die Warmwasserversorgung

Gerade in Mehrfamilienhäusern ist die Warmwasserversorgung ein zentraler Faktor für Komfort und Energieverbrauch. Transkritische CO2-Anlagen, die sich in Industrie und Gewerbe bewährt haben, spielen auch im Wohnbau ihre Stärken aus: Sie ermöglichen hohe Wärmeabgabetemperaturen und eignen sich ideal für die Warmwasserversorgung mehrerer Gebäude. CO2 ist weder brennbar noch explosiv und in kleinen Mengen ungiftig, erfordert aber Schutzmassnahmen, da in hoher Konzentration Erstickungsgefahr besteht. Darum steht die Wärmepumpe in einem separaten Maschinenraum, ausgerüstet mit Gassensoren und Sturmlüftung.

Gratisenergie aus der Luft

Für die Wärmeerzeugung entzieht ein Luftkühler der Umgebungsluft Wärme – eine Energiequelle, die jederzeit verfügbar ist und nichts kostet. Dadurch wird ein grosser Teil der benötigten Energie direkt aus der Umwelt gewonnen und nur ein vergleichsweise geringer Anteil stammt aus elektrischer Energie. Diese Wärme wird von der CO2-Wärmepumpe genutzt, um das Kältemittel auf über 100 °C zu erhitzen.

Statt eines Kondensators kommt ein Gaskühler zum Einsatz, der das CO2 von 110 °C auf rund 32 °C abkühlt, ohne dass es kondensiert. Die gewonnene Wärme wird mit etwa 70 °C in einen Pufferspeicher und das Nahwärmenetz eingespeist.

In jedem Gebäude stellen Heizspeicher mit zwei Mal 700 Litern die Wärme für Heizung und Warmwasser bereit.

Wärmeverteilung in die Gebäude

In jedem Gebäude stellen zwei 700-Liter-Heizspeicher die Wärme für Heizung und Warmwasser bereit. Frischwasserstationen erwärmen das Trinkwasser bedarfsgerecht über einen Wärmeübertrager mit bis zu 70 °C warmem Speicherwasser. Das bringt klare Vorteile: Die Energie wird so optimal genutzt und die Wasserhygiene ist gewährleistet. Im Winter versorgt derselbe Speicher auch die Heizung. Die Bodenheizungen arbeiten dabei mit einer Vorlauftemperatur von 35 °C.

Isobutan-Wärmepumpe als «Joker»

Damit die CO2-Wärmepumpe optimal arbeitet, braucht es eine grosse Temperaturspreizung. Die Rücklauftemperatur sollte unter 32 °C liegen. Steigt sie über 30 °C, kommt die Isobutan-Umschichtungswärmepumpe – quasi als Joker – zum Einsatz: Sie verhindert höhere Rücklauftemperaturen und hält den Einsatzbereich der CO2-Anlage unter 45 °C. Die entzogene Wärme geht dabei nicht verloren, sondern wird dem Heizungsspeicher wieder zugeführt. So bleibt die Gesamtanlage effizient. Damit eignet sich die Lösung nicht nur aus ökologischer, sondern auch aus betriebswirtschaftlicher Sicht für grössere Wohnprojekte mit langfristigem Planungshorizont.

Wirtschaftlicher Betrieb

CO2-Wärmepumpen arbeiten mit einem hohen Systemdruck von 80 bis 130 bar. Entsprechend hoch sind die Anforderungen an die Verarbeitung und die eingesetzten Komponenten. Durch Optimierungen wie Ejektoren und teilüberflutete Verdampfer haben die Systemingenieure der CTA die Wärmepumpe gezielt für grössere Wohnüberbauungen weiterentwickelt. Das Ergebnis: ein stabiler und wirtschaftlicher Betrieb über die gesamte Nutzungsdauer.