Elegante Verdichtung: Die Hangseite des Neubaus fächert sich trapezartig auf. (Bilder: St.Schröter)

Starkes Quartett: Antonio Ayude (links) und Marwin Langel besprechen die Steuerung der vier kaskadierten Maschinen.

Die Speicher sind im Untergeschoss untergebracht.

Ein starkes Quartett heizt ein

Mit der Kaskadierung von Wärmepumpen kann auch ein schwankender Bedarf an Raumwärme und Warmwasser flexibel abgedeckt werden. Ein Neubau in Fribourg setzt deshalb auf vier Luft-Wasser-Wärmepumpen. Die Lösung überzeugt mit hoher Redundanz und einem optimalen Aufwand-/Nutzen-Verhältnis.

Der Neubau an der Route du Jura in Fribourg ist keine «Swiss Box», wie sie zu Dutzenden gebaut werden. Während die strassenseitige Fassade streng entlang der Baulinie verläuft, fächert sich die hangseitige Gebäudekante trapezartig auf. Der Neubau aus der Feder von Viridis Architecture, Fribourg, passt sich damit ideal an das anspruchsvolle Terrain an. Im Sockelgeschoss befindet sich eine Gewerbefläche, die bald vermietet werden soll. Darüber befinden sich fünf Wohngeschosse mit insgesamt neun Eigentumswohnungen. Jede Wohnung verfügt über eine Loggia, die als Verbindungsglied zwischen Küche, Ess- und Wohnzimmer fungiert. Die Gartenwohnungen bieten Zugang zum hangseitigen Garten, die Dachwohnungen besitzen jeweils eine private Dachterrasse. Für die übrigen Eigentümer steht eine weitere, gemeinschaftlich genutzte Dachterrasse zur Verfügung.

Power aus der Garage

An der nördlichen Seite des Gebäudes befindet sich die Einfahrt zur Garage. Deren Tor und Fronten zur Strasse sind mit Streckmetall ausgeführt. So wird eine gute Belüftung der Garage sichergestellt - und gleichzeitig eine effiziente Heizung ermöglicht. Denn an der Seitenwand der Garage ist eine Kaskade (Zusammenschaltung) von vier Luft-Wasser-Wärmepumpen des Typs Aerotop S von Elco installiert. Normalerweise werden diese Maschinen in Innenräumen aufgestellt, was je einen Ansaug- und Ausblaskanal für die Luft notwendig macht. In Fribourg konnte dank der engen Zusammenarbeit zwischen Architekten, Generalunternehmer, Heizungsinstallateur und dem Wärmepumpenhersteller eine elegante Lösung gefunden werden. Die Luft wird auf der Rückseite der vier Maschinen direkt angesaugt. Nachdem ihr die Wärme entzogen wurde, wird sie in einem zentralen, oberhalb der Maschinen montierten Kanal gesammelt und wieder in Richtung Strasse ausgeblasen.

Diese Lösung überzeugt nicht nur optisch, sondern auch akustisch. Denn an der viel befahrenen Strasse fällt das ohnehin leise Ausströmgeräusch der Luft nicht ins Gewicht. «Die Luftführung durch die Garage ist ungewöhnlich, funktioniert aber gut. So benötigen wir auch keine Luftschächte auf der Hangseite des Gebäudes, wo sich die Gartensitzplätze befinden», sagt Marwin Langel, Leiter HLK bei der AC Energies SA in Villars-sur-Glâne. Er hat im Zug der Planung verschiedene Optionen für das Heizsystem geprüft, darunter auch Erdsonden-Wärmepumpen oder Split-Geräte. Die nun umgesetzte Variante mit vier Luft-Wasser-Wärmepumpen stellte sich energetisch, finanziell und auch von der Aufstellung her als beste Lösung heraus.

Günstiger und leiser

Einzelne Wärmepumpen sind bei konstanten Leistungsanforderungen die naheliegende Lösung. «Wenn es jedoch differenzierte Abnehmer wie Brauchwarmwasser, Heizung oder Kühlung gibt, Leistungsanforderungen schwanken oder die Redundanz im Vordergrund steht, ist die Kaskade der klare Gewinner», sagt Thierry Vuagniaux. Er ist regionaler technischer Verkaufsberater Wärmepumpen bei Elco und hat das Konzept für die Vierer-Kaskade ausgearbeitet. Das Quartett biete gegenüber einer oder zwei grossen Wärmepumpen in diesem Fall entscheidende ökonomische Vorteile: «Es sind weder Schalldämmmassnahmen noch externe Plattenwärmetauscher für das Warmwasser nötig. Ebenso benötigt der Stromanschluss eine geringere Absicherung. Zwar liegt bei vier Maschinen der Montageaufwand etwas höher, doch unterm Strich ist die Kaskade hier deutlich günstiger.»

Im Prinzip liesse sich der Wärmebedarf auch mit zwei grossen Maschinen zu jeweils 30 kW Leistung abdecken. Weshalb also hat man sich für vier Maschinen à 15 kW entschieden? «Die meisten Wärmepumpen modulieren auf zirka 30 Prozent zurück. Falls wir in der Übergangszeit nur 4-5 kW Heizleistung benötigen, würde selbst eine grosse Maschine mehr als die doppelte Leistung erbringen. Mit vier kleineren Maschinen können wir die Leistung hingegen weit feiner auf den effektiven Bedarf abstimmen», erläutert Vuagniaux. Ebenso könne man für die Warmwasseraufbereitung wahlweise nur eine oder zwei Maschinen benützen: «Das verbessert den Wirkungsgrad des ganzen Systems». Nicht zuletzt sei auch die Akustik zu berücksichtigen: «Ob Maschinen mit 15 oder 30 kW eingesetzt werden, macht einen enormen Unterschied.»

Flexible Führung

Obwohl die vier Wärmepumpen auf den ersten Blick identisch scheinen, unterscheiden sie sich in Ausstattung und Funktion. Zwei der Maschinen liefern nicht nur Heizwärme, sondern auch Warmwasser, eine davon übernimmt zudem die Führung des ganzen Quartetts. «Wir arbeiten hier mit einem sogenannten Leader/Follower-Konzept», erläutert Thierry Vuiagniaux. Die Leader-Wärmepumpe erkennt durch verschiedene Fühler, wie viel Raumwärme respektive Warmwasser gerade benötigt wird. Wenn sie diesen Bedarf nicht selbst decken kann, aktiviert sie eine oder mehrere der drei Follower-Maschinen. Somit können die vier Wärmepumpen die ganze Bandbreite vom Minimal- bis zum Maximalbedarf flexibel abdecken. Nicht benötigte Maschinen laufen im Standby-Modus, was den Energiebedarf deutlich vermindert. Trotzdem kann bei plötzlichen Lastspitzen der Bedarf schnell und zuverlässig gedeckt werden. Bei einer Störung oder einem Defekt der Leader-Maschine kann jede der anderen drei Maschinen diese Funktion übernehmen. Die Betriebssicherheit wird damit weiter erhöht.

Alle vier Wärmepumpen arbeiten zudem modulierend: Sie funktionieren also nicht nach dem einfachen «Ein/Aus»-Schema, sondern passen ihre Leistung gleitend der aktuellen Anforderung an. «Diese Betriebsart ist sehr effizient und schont zudem die Maschine», sagt Thierry Vuagniaux, «denn wenn eine Wärmepumpe gestartet wird, mit voller Leistung läuft und nach 15 Minuten wieder abstellt, leidet der Kompressor.» Ebenso benötige ein «Kaltstart» häufig eine Stromstärke von 40 Ampère, was die Elektroinstallation des Gebäudes stark beansprucht. Eine Wärmepumpe im modulierenden Betrieb benötigt hingegen «nur» 10-15 Ampère. Das kluge Anlagenkonzept spart also nicht nur Energie, sondern entlastet auch die Installation und verlängert damit deren Lebensdauer. Der Pufferspeicher (Vol. 1500 Liter) wurde so dimensioniert, dass die Abtauenergie gewährleistet werden kann und nicht anhand der Leistungsabgabe der Wärmepumpe. Bei der Auslegung des Warmwasserspeichers (Vol. 1500 Liter) orientierte man sich am geschätzten Tagesbedarf.

Gute Erfahrungen

Laut Bauherr Daniel Gonzalez sind die Rückmeldungen zum Neubau sehr positiv: «Viele Anwohner und auch Drittpersonen gratulieren uns zu diesem eleganten und modernen Gebäude, das sich mit seiner unkonventionellen Form so schön in die Nachbarschaft einfügt und perfekt in den städtischen Kontext passt.» Auch mit dem Heizsystem sei man sehr zufrieden: «Die Installation verlief schnell und tadellos. Es gab keine Kinderkrankheiten. Auch von unseren Miteigentümern gibt es seit dem Bezug nur Lob. Wir haben alle schön warm - schon fast zu warm.»

Auch Installateur Marwin Langel ist glücklich über die neue Referenzanlage: «Unsere bisherige Bestmarke war eine Kaskade mit zwei Wärmepumpen. Nun haben wir eine Vierer-Kaskade umsetzen können, die gut funktioniert.» Für den Erfolg des Projekts sei neben der engen Zusammenarbeit mit den beteiligten auch die Koordination mit den Architekten gewesen: «Die Maschinen benötigen einen guten, geräumigen Ort, damit der Zugang für die Wartung gewährleistet ist. Damit die Schallschutzvorgaben eingehalten werden können, braucht es zudem eine sorgfältige Planung. Das ist hier gelungen.» Und Daniel Gonzalez fügt an: «Meine Familie und ich sind glücklich und stolz, dass wir den Anstoss für den Bau eines so schönen Gebäudes geben konnten. Die moderne Heiztechnik ist das i-Tüpfelchen.»