Hightech Zentrum Aargau

Eine innovative Software einer Wettinger Kleinfirma ermöglicht effizientere Lösungen beim Ersatz von fossilen Heizungen in Altbauten. Mit dem Berechnungstool lassen sich Effizienzeinbussen als Folge von Fehlauslegungen von Wärmepumpen vermeiden.

Der Physiker Horst Grüning wurde als «ü60er» zum Jungunternehmer. Viele Jahre lang hatte er für ABB, danach für Mitsubishi Electric geforscht. Noch von Japan aus verfolgte er die Entwicklung von Luft-Wasser-Wärmepumpen ab 2009 aus einem besonderen Grund aufmerksam: In seinem vermieteten Haus im Aargau kam es bei der neu installierten Wärmepumpe häufig zu Systemausfällen. Grüning erkannte die Regelung als zentrale Schwachstelle und begann, an einer Lösung zu arbeiten. Das von ihm entwickelte Regelverfahren für Luft-Wasser-Wärmepumpensysteme ist heute in der Schweiz und in der EU patentiert.

Idee mit grosser Relevanz

Der Ersatz von fossilen Heizungen in Altbauten ist ein zentrales Element der beschlossenen Energiewende. Über 80 Prozent der einzubauenden Wärmepumpen betreffen bestehende Gebäude. Vielfach wurden Heizkörper ohne Berechnungen dimensioniert und im Betrieb mittels Thermostatventilen einzeln geregelt. Bei fossilen Heizungen spielt die Vorlauftemperatur eine untergeordnete Rolle. Hingegen ist beim Einsatz von Wärmepumpen eine möglichst tiefe Vorlauftemperatur entscheidend: der Wirkungsgrad einer Pumpe nimmt mit steigender Temperatur stark ab. Bereits verfügbare Berechnungstools sind in erster Linie auf die Leistungsauslegung der Pumpe ausgerichtet, während die Heizkörper ausgeblendet werden. Aber just die Heizkörper bestimmen die Abstrahlungseffizienz und beeinflussen somit die Vorlauftemperaturen. Dieser Umstand führt häufig zu Fehlauslegungen und letztlich zu Effizienzeinbussen.

HoKaTherm wurde 2019 auf das Hightech Zentrum Aargau (HTZ) aufmerksam. Grüning wandte sich mit einer Entwicklungsidee an das HTZ: Liesse sich ein Berechnungsverfahren entwickeln, mit dem sich der Wirkungsgrad von Wärmepumpen erhöhen und der Betriebsaufwand verringern liesse? Beim HTZ nahm Technologie- und Innovationsexperte Reto Eggimann den Ball auf. Er vermittelte den bestgeeigneten Hauptforschungspartner: das Institut Energie am Bau der Fachhochschule Nordwestschweiz FHNW in Muttenz.

«Neuer, sehr attraktiver Ansatz»

Die Realisierbarkeit einer Software konnte anhand eines Prototypen nachgewiesen werden. Dieses Tool berechnet für bestimmte Rahmenbedingungen und bei energetisch sanierter Fassade die Auslegungstemperatur jedes Heizkörpers. Es lässt sich auch nachweisen, ob ein Ersatz durch ein neues Modell mit besserer Abstrahlung und höherer spezifischer Leistung sinnvoll wäre. «Dieser Ansatz ist neu und sehr attraktiv, weil das bestehende Verteilsystem mit den nach der Sanierung überdimensionierten Radiatoren nicht angetastet werden muss», betont Prof. Dr. Ralph Eismann, interimistischer Leiter des Instituts Energie am Bau. Horst Grüning bringt seine Erfahrungen mit den Projektpartnern auf einen einfachen Nenner: «Jederzeit gerne wieder.»

Auf einen Blick

Das HTZ hat den Wettinger Heizsystem-Spezialisten HoKaTherm zunächst bei einer Patentrecherche begleitet, danach bei der Initiierung und Durchführung einer Machbarkeitsstudie unterstützt. Die erfolgreiche Kooperation wird weitergeführt.