SI/502581

Schlussbericht

Gebäude verursachen rund 45% des Endenergieverbrauchs der Schweiz und ein Drittel ihrer CO2- Emissionen. Der grösste Teil entfällt auf die Raumheizung und die Warmwasserbereitung, wobei mehr als die Hälfte des Gebäudebestands noch mit fossilen Heizkesseln beheizt wird. Der Ersatz dieser Heizkessel durch Wärmepumpen (WP) oder der Anschluss von Gebäuden an Fernwärmenetze (FWN) ist daher ein zentraler Baustein für die Dekarbonisierung des Gebäudesektors, insbesondere bei Mehrfamilienhäusern in dicht bebauten städtischen Gebieten, in denen nur wenige andere erneuerbare Wärmequellen zur Verfügung stehen. Die Leistungsfähigkeit dieser erneuerbaren Wärmesysteme wird jedoch durch die hohen Verteil- und Erzeugungstemperaturen bestehender fossiler Heizsysteme erheblich beeinträchtigt. Das Projekt T-DROP untersucht, wie bestehende Mehrfamilienhäuser durch eine Kombination aus gezielter Gebäudehüllensanierung und Optimierung der Wärmeverteilung von einer Hoch- zu einer Niedertemperatur- Wärmeverteilung übergehen können, und quantifiziert die daraus resultierenden Vorteile für die Integration erneuerbarer Wärme und die Dekarbonisierung. Der Schwerpunkt liegt auf dezentralen Wärmepumpensystemen. Repräsentative Gebäude- sowie Systemtypologien werden auf Grundlage von Architektursteckbriefen und Fallstudien definiert, modelliert und anschliessend in einem integrierten TRNSYS-Modell zusammengeführt, das die Wechselwirkungen zwischen Gebäude und Heizsystem in jedem Zeitschritt abbildet. Mit diesem Modell wird eine Sensitivitätsanalyse für verschiedene Gebäudetypologien, Sanierungstiefen und Optimierungsmassnahmen durchgeführt. Die Simulationen zeigen, dass die erreichbare Reduktion der Vorlauftemperatur der Raumheizung in erster Linie vom effektiven Überdimensionierungsgrad der Wärmeabgabesysteme abhängt, definiert als das Verhältnis zwischen der installierten Heizkörperleistung und der tatsächlichen Heizlast. Jede Massnahme, welche den Heizwärmebedarf reduziert (z. B. Gebäudehüllensanierung, tiefere Raumtemperatur- Sollwerte oder eine optimierte Lüftung), erhöht diesen effektiven Überdimensionierungsgrad und ermöglicht niedrigere Vorlauftemperaturen, sofern die Heizkurve optimiert und das Wärmeverteilungssystem hydraulisch abgeglichen ist. Demgegenüber stellt die Warmwasserbereitung weiterhin die wichtigste Einschränkung dar, da die zur Vermeidung des Legionellenrisikos erforderlichen Temperaturen das Temperaturniveau des Gesamtsystems hoch halten. Dieser Effekt nimmt mit zunehmender Sanierung zu, da der Anteil des Warmwasserbedarfs am gesamten Wärmebedarf steigt, während die untersuchten Optimierungsmassnahmen für die Warmwasserbereitung nur begrenzte Verbesserungen bewirken. Niedrigere Betriebstemperaturen verbessern unmittelbar die Effizienz der WP und reduzieren die damit verbundenen CO2-Emissionen, während die Verringerung des Wärmebedarfs gleichzeitig den Gesamtenergieverbrauch und die Emissionen pro Flächeneinheit senkt. Ein zentrales Ergebnis des Projekts ist, dass die Wirkung der Systemoptimierung vom betrachteten Indikator abhängt. Hinsichtlich Temperaturniveau und Effizienz können Optimierungsmassnahmen eine weitergehende Gebäudehüllensanierung teilweise kompensieren und stellen damit eine wirksame kurzfristige Strategie zur Verbesserung energetisch schlechter Gebäude dar. Für die absoluten Emissionen, die letztlich für die Dekarbonisierung entscheidend sind, ergänzen sich Gebäudehüllensanierung und Systemoptimierung jedoch: Da Optimierungsmassnahmen den Wärmebedarf nicht wesentlich reduzieren können, bleibt die Gebäudehüllensanierung unverzichtbar, während die Systemoptimierung deren Wirkung beschleunigt und verstärkt, sie jedoch nicht ersetzen kann. Auch die Wahl des Wärmeerzeugers spielt eine wichtige Rolle: Hocheffiziente WP verbessern die Systemleistung bei unveränderten Betriebstemperaturen, während Hybridanlagen eine sinnvolle Übergangslösung darstellen können, sofern Regelung und Hydraulik den Einsatz des Heizkessels auf ein Minimum begrenzen. Insgesamt zeigt das Projekt, dass die Senkung der Verteilungstemperaturen als Folge einer Verringerung des Wärmebedarfs betrachtet werden kann, die durch auf die Eigenschaften und den aktuellen Zustand jedes einzelnen Gebäudes abgestimmte Massnahmen erreicht wird. Zukünftige Arbeiten sollten sich auf die Optimierung der Warmwasserbereitung, die Ausweitung der Analyse auf FernwärmeÜbergabestationen sowie auf die wirtschaftliche Bewertung der untersuchten Massnahmen konzentrieren.