Foto: Empa

Durch den klimabedingten Temperaturanstieg wird der Kühlbedarf von Gebäuden weiter zunehmen. Eine Hochrechnung der Empa basierend auf Daten des NEST-Gebäudes und künftigen Klimaszenarien zeigt, dass der Gesamtenergie-Bedarf der Schweiz dadurch um bis zu zehn Prozent ansteigen könnte.

Mit dem Klimawandel dürfte auch die Anzahl der so genannten Kühlgradtage deutlich zunehmen. Die messen die Anzahl der Stunden, in denen die Umgebungstemperatur über einem Schwellenwert liegt, bei dem ein Gebäude gekühlt werden muss, um die Innentemperatur auf einem angenehmen Niveau zu halten.

Um ein besseres Verständnis dafür zu bekommen, wie stark diese Zunahme in der Schweiz sein wird, haben Empa-Forschende den Heiz- und Kühlbedarf des Forschungs- und Innovationsgebäudes NEST analysiert. «Unter Einbezug der Umgebungstemperaturen konnten wir basierend auf den Klimaszenarien für die Schweiz eine Hochrechnung zum zukünftigen thermischen Energiebedarf von Gebäuden durchführen», erklärt Robin Mutschler, Postdoc am «Urban Energy Systems Lab» der Empa. Partner des NEST ist unter anderem das Karlsruher Institut für Technologie KIT.

Schema des «Circulago» in Zug. Grafik: WWZ

Die Ergebnisse prognostizieren einen starken Anstieg des Kühlenergiebedarfs: Geht man von einem extremen Szenario aus, bei dem die gesamte Schweiz auf Klimaanlagen angewiesen wäre, würde bis Mitte des Jahrhunderts fast genauso viel Energie zum Kühlen wie zum Heizen benötigt. In Zahlen ausgedrückt, entspräche dies etwa 20 Terawattstunden (TWh) pro Jahr für das Heizen und 17.5 TWh für das Kühlen. Die benötigte Kühlenergie wurde Technologie-unabhängig berechnet: Falls diese mittels Umkehr eines Wärmepumpen-Prozesses beispielsweise mit COP 3 für das Kühlen bereitgestellt wird, beträgt der Elektrizitätsbedarf für 17.5 TWh Kühlenergie entsprechend etwa 5.8 TWh.

Der Energiebedarf von Schweizer Gebäuden mache heute rund 40 Prozent des Gesamtenergiebedarfs aus. Ein zusätzlicher Energiebedarf von 5 TWh für die Kühlung entspräche etwa 2 Prozent des heutigen Strombedarfs, falls mit Wärmepumpen gekühlt werde. Im extremen Szenario könnte der Bedarf für das Kühlen gar in Richtung zehn Prozent des heutigen Gesamtelektrizitätsbedarfs gehen. Dieser wird aber nicht gleichmässig über das ganze Jahr verteilt sein, sondern mit heissen Perioden korrelieren, was zu Bedarfsspitzen führen kann. Von Vorteil ist, dass sich der Kühlbedarf relativ gut mit der Elektrizitätserzeugung aus Photovoltaik-Anlagen deckt. Die Auswirkung der Kühlung von Wohngebäuden wird dabei im Vergleich zu Bürogebäuden deutlich höher sein, da diese etwa zwei Drittel der Gebäudefläche ausmachen.

Anhand dieser Erkenntnisse steht für die Forschenden fest, dass beim Bau neuer Gebäude diese Entwicklungen berücksichtigt und die Möglichkeiten wie die passive Kühlung voll ausgeschöpft werden sollten. «Bei der Gebäudearchitektur sollte nicht mehr nur die Optimierung von Wärmeverlusten im Winter im Zentrum stehen, sondern auch die Senkung von Wärmegewinnen im Sommer», meint Mutschler. Dies liesse sich etwa durch städtebauliche Massnahmen zur Klimaanpassung auf Quartiersebene, das Umsetzen von Programmen zur Hitzeminderung oder die Reduzierung der Verglasungsanteile von Gebäuden erreichen. «Darüber hinaus ist es zentral, dass sich auch die Politik mit dieser Entwicklung auseinandersetzt und untersucht, wie der steigende Kühlenergiebedarf am besten gedeckt und gleichzeitig die Auswirkungen auf das zukünftige, dekarbonisierte Energiesystem minimiert werden können», so Mutschler. Ein möglicher Beitrag zur Kühlung von Gebäuden können Fernkühlsysteme liefern, die in der Schweiz – etwa in Genf – bereits erfolgreich umgesetzt wurden. Weitere sind am Entstehen, zum Beispiel beim Projekt «Circulago» in Zug.

Die Energie für dieses Projekt stammt aus dem Zugersee. Über eine unterirdische Leitung gelangt das Seewasser in einem geschlossenen Kreislauf zur Seewasserzentrale. Dort übergibt ein Wärmetauscher die erzeugte Energie an einen zweiten Kreislauf. Gleichzeitig zirkuliert das Seewasser wieder zurück in den Zugersee. Ein unterirdisches Verteilnetz erstreckt sich über die gesamte Stadt Zug und leitet die Energie an Quartierzentralen weiter. An diese Zentralen sind wiederum kleine und grosse Wärmenetze angeschlossen. Diese versorgen die Endverbraucher mittels einer Wärmeübergabestation mit Energie. Energie für Heizung, Warmwasser, Klimakälte und Serverraumkühlung – erneuerbar und regional.

Übergabestation in Zug.

Im April 2020 nahmen die Wasserwerke Zug (WWZ) das Quellennetz und die erste Clusterzentrale des Energieverbunds Circulago in Betrieb. Die Quartierzentrale «Metalli» versorgt das gesamte Areal der gleichnamigen Einkaufsallee sowie umliegende Gebäude mit CO2-armer Wärme- und Kälteenergie aus dem Zugersee.
Die Erschliessung weiterer Liegenschaften läuft auf Hochtouren, ebenso die Planung und der Bau weiterer Quartierzentralen. So zum Beispiel die Erweiterung des Verteilnetzes durch die Poststrasse Richtung Süden.

Auch in anderen Gebieten schreitet der Ausbau voran. So entsteht zurzeit im Lüssi-Quartier eine Energiezentrale, die dieses Jahr erste Liegenschaften versorgen wird. Ab 2021 folgt das Gebiet Haldenstrasse, später soll auch das Loreto-Quartier ab der Quartierzentrale «Lüssi» mit einheimischer, erneuerbarer Wärme zum Heizen und zur Warmwasseraufbereitung versorgt werden.

Das Projekt Circulago in Zug im Video

www.empa.ch / www.wwz.ch