CO₂-Wärmepumpe für Wohnüberbauung mit 28 Wohnungen

In der Wohnüberbauung InSite in Bassersdorf versorgt eine moderne 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 Heizsysteme auch in grösseren Wohnanlagen effizient und nachhaltig ersetzen lassen.

Statt mit Öl werden die 28 Wohnungen in diesen drei Mehrfamilienhäusern nun mit erneuerbarer Energie beheizt.

CO₂ als Sanierungslösung

Dank moderner Technik kommen in der Wohnüberbauung InSite zwei Wärmepumpen mit natürlichen Kältemitteln zum Einsatz. Sie ermöglichen eine effiziente, vollständig erneuerbare Lösung für den Ersatz des bisherigen fossilen Heizsystems – auch weil Fernwärme, Holzlagerung oder Erd- und Grundwärmenutzung am Standort nicht möglich sind.
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. Herzstück ist eine CO₂-Wärmepumpe mit rund 120 kW Leistung, unterstützt durch eine kompakte Isobutan-Wärmepumpe.

Die eingesetzte Wärmepumpenheizung

1x CO₂ Luft/Wasser-Wärmepumpe mit 120 kW Heizleistung

1x Isobutan-Umschichtungs-Wasser/Wasser-Wärmepumpe mit 10 kW Leistung

3x dezentrale Warmwasseraufbereitung mit Frischwassermodulen

Hohe Wärmeabgabetemperaturen möglich

Transkritische CO₂-Anlagen haben sich in Industrie und Gewerbe bewährt und bieten auch im Wohnbau Vorteile: Sie ermöglichen hohe Wärmeabgabetemperaturen und eignen sich damit sehr gut für die Warmwasserversorgung von mehreren Gebäuden. CO₂ hat gegenüber anderen natürlichen Kältemitteln zudem den Vorteil, dass es weder brennbar noch explosiv ist und in kleinen Mengen ungiftig. Hingegen besteht auch bei CO₂ Erstickungsgefahr, wenn es in zu hoher Konzentration vorhanden ist. Darum befindet sich die Wärmepumpe in der Wohnüberbauung InSite in einem separaten Maschinenraum, verfügt über Gassensoren und eine Sturmlüftung, die im Fall der Fälle ausgetretenes Kältemittelgas nach aussen führt.

Robuste Technik für hohe Systemdrücke

CO₂-Wärmepumpen arbeiten mit einem sehr hohen Systemdruck von 80 bis 130 bar. Die Anforderungen an die Verarbeitung der Maschine sind entsprechend hoch. Durch eine gezielte Optimierung verschiedener Komponenten und Prozesse – wie etwa Ejektoren und teilüberflutete Verdampfer –haben die Entwickler der CTA die CO₂-Wärmepumpe für grössere Wohnüberbauungen optimiert. Mit dem Ergebnis, dass die Kosten der CO₂-Anlage über die gesamte Nutzungsdauer wirtschaftlich sind.

Denis Vres (r.),Leiter Sanierungen EKZ

Gemeinsam für eine gute Lösung

«Solche Projekte zeigen eindrücklich, was mit Technik möglich ist, wenn alle am gleichen Strick ziehen.» → Mehr zum Energiecontracting der EKZ

Warmwasser im Fokus

Für die Wärmeerzeugung entzieht ein Kühler Wärme aus der Umgebungsluft. Diese wird von der CO2-Wärmepumpe für die Verdampfung und Erhitzung des Kältemittels auf über 100 °C benötigt. Anders als bei anderen Kältemitteln gibt es bei transkritischen CO2-Anlagen keinen Kondensator, sondern einen Gaskühler. Er kühlt das überhitzte CO2 von 110 °C auf 32 °C ab, ohne dass es kondensiert. Die Wärme wird dabei mit 70 °C an einen Pufferspeicher und an das Nahwärmenetz für die weiteren Gebäude abgegeben.

Wärmeverteilung in die Gebäude

In jedem Gebäude stellen Heizspeicher mit zwei Mal 700 Litern die Wärme für Heizung und Warmwasser bereit. Für das Trinkwasser kommen Frischwasserstationen zum Einsatz. Sie wärmen das Brauchwarmwasser über einen Wärmeübertrager mit dem 70 °C heissen Wasser aus dem Speicher, sobald es tatsächlich gebraucht wird. Die Wärmeenergie wird so optimal genutzt und auch aus hygienischer Sicht ist das eine gute Wahl. Im Winter bedient sich auch die Heizung an diesem Speicher. Die Bodenheizungen kommen dabei mit einer Vorlauftemperatur von 35 °C aus.

Isobutan-Wärmepumpe als «Joker»

Damit die CO₂-Wärmepumpe optimal arbeitet, ist eine grosse Temperaturspreizung nötig. Die Rücklauftemperatur sollte unter 32 °C liegen. Je tiefer die Rücklauftemperatur, desto effizienter arbeitet die Wärmepumpe. Hier kommt – sozusagen als Joker – die Isobutan-Umschichtungswärmepumpe ins Spiel: Wenn die Rücklauftemperatur aus den Häusern mehr als 30 °C beträgt, sorgt sie dafür, dass der Rücklauf für die CO₂-Maschine nicht weiter ansteigt und der Einsatzbereich unter 45 °C bleibt. Der Kältemittelkreis der Wärmepumpe ist mit nur 600 Gramm Isobutan gefüllt. Trotzdem erreicht die Wärmepumpe eine Leistung von 10 kW für die Rücklaufkühlung. Die dabei entzogene Wärme wird an den Heizungsspeicher abgegeben. An Tagen, an denen die Rücklauftemperatur aus den Häusern weniger als 30 °C beträgt, wird die Isobutan-Wärmepumpe nicht benötigt und der Rücklauf wird direkt aus dem Rücklaufspeicher zur CO₂-Wärmepumpe geführt.

Heizzentrale und Unterstationen in den Mehrfamilienhäusern: Bei einer zu hohen Rücklauftemperatur stellt die Isobutan-Wärmepumpe sicher, dass die Rücklauftemperatur am Gaskühler der CO₂-Wärmepumpe immer unter 45 °C liegt.

Positive Erfahrungen

Die ersten Erfahrungen mit der Wärmeerzeugung in Bassersdorf sind vielversprechend. Die Verwendung von CO₂ als Kältemittel und die transkritische Nutzung für Wärmepumpen ist ein zukunftsweisender Anwendungsfall beim Ersatz fossiler Heizungen und Warmwassererzeuger in Wohnüberbauungen. Das Anlagekonzept basiert zu 100 Prozent auf erneuerbarer Energie, ist hoch effizient und wirtschaftlich.

Mitgewirkt

Planung und Installation: EKZ Contracting AG
Wärmepumpen- und Systemlieferantin: CTA AG

Umfassendes Serviceangebot

Sind Kältemaschinen, Klimageräte oder Grosswärmepumpen der CTA einmal installiert und in Betrieb, so kümmert sich unser Service-Team darum, dass sie über Jahre einwandfrei und optimal laufen. Erfahren Sie hier mehr über unsere Serviceverträge - vom Regie- über den Pauschalwartungsvertrag bis hin zum Rundum-Schutz CTAprotect mit Garantieverlängerung.

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