Das L-Sol Heizsystem mit PVT und Wärmepumpe versorgt EFH effizienter mit Wärme als ein System mit Luft-Wasser-Wärmepumpe. Erweiterte Regelstrategien erlauben eine weitere Reduktion des Strombezugs aus dem Netz um rund 23 %

Hunziker, Manuel

Rohrer, Jürg

Sauter, David

German

ZHAW digitalcollection

«L-Sol»: Effizientes Heizsystem mit PVT und Wärmepumpe  David Sauter, Manuel Hunziker & Jürg RohrerKontakt: david.sauter@zhaw.ch und juerg.rohrer@zhaw.chZürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, IUNR Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen, Forschungsgruppe Erneuerbare Energien, CH-8820 WädenswilDas L-Sol Heizsystem mit PVT und Wärmepumpe versorgt EFH effizienter mit Wärme als ein System mit Luft-Wasser-Wärmepumpe. Erweiterte Regelstrategien erlauben eine weitere Reduktion des Strombezugs aus dem Netz um rund 23 %. Besuchen Sie unsere Website für weitere Informationen: www.zhaw.ch/iunr/erneuerbareenergienoder direkt via QR-Code:Schema des L-Sol SystemsAbb. 1: Schematische Darstellung des Systems L-Sol. PVT- ModulePufferspeicherFrischwasserSpeicherKombiHeizkreisWarmwasserWärmepumpeHeizstabWärmetauscher für Frischwasser-StationWärmetauscher für KühlungAbb. 3: Prinzip der nächtlichen Beladungssperre des Heizpuffer-Speichers. Der Wärmepumpenbetrieb wird in den Tag verschoben, wo mehr solare Ein-strahlung und höhere Umgebungstemperaturen vorliegen.Nächtliche Beladungssperre des Heizpuffer-SpeichersAbb. 2: Passive Kühlung mit dem L-Sol System in einem renovierten EFH (jährlicher Heizwärme-bedarf 10 MWh). Die Raumtemperatur kann im Sommer spürbar gesenkt werden.Passive Kühlung mit dem L-Sol System Dimensionierungsmatrizen für das L-Sol SystemAbb. 5: Dimensionierungsmatrizen für das L-Sol System für Radiator- und Fussbodenheizungen. Sie beschreiben die minimale Systemkonfiguration um eine Systemjahresarbeitszahl (SJAZ) von mindestens 3.0 bzw. 3.4 zu erreichen. Eine grüne Einfärbung bedeutet eine sehr gute Eignung, rot bedeutet eine bedingte Eignung. Gelb und orange stellen Zwischenstufen dar. Die Matrizen sind anwendbar im Schweizer Mittelland. 02004006008001’0000612182430Globalstrahlung in W/m2Umgebungstemperatur in °CUmgebungstemperatur GlobalstrahlungDimensionierungsmatrix für Radiatorheizung (Vorlauftemperatur 55 °C)Heizwärmebedarf (kWh/a)Solare Einstrahlung in die geneigte Ebene (kWh/(m2a)) >800 >1’000 >1’200 >1’4005'000SJAZ (-) 3.0 3.0 3.1 3.1Pufferspeicher-Grösse (l) 2’000 1’000 1’000 1’000Anzahl Kollektoren (-) 30 30 20 1510'000SJAZ (-) 3.0 3.0 3.1 3.1Pufferspeicher-Grösse (l) 1’500 1’000 1’000 1’000Anzahl Kollektoren (-) 30 30 25 2015'000SJAZ (-) 3.0 3.0 3.1 3.1Pufferspeicher-Grösse (l) 2’000 1’500 1’000 1’000Anzahl Kollektoren (-) 30 30 30 2520'000SJAZ (-) 0 3.0 3.1 3.0Pufferspeicher-Grösse (l) 0 1’500 1’000 1’000Anzahl Kollektoren (-) 0 30 30 25Dimensionierungsmatrix für Fussbodenheizung (Vorlauftemperatur 35 °C)Heizwärmebedarf (kWh/a)Solare Einstrahlung in die geneigte Ebene (kWh/(m2a)) >800 >1’000 >1’200 >1’4005'000SJAZ (-) 3.4 3.4 3.5 3.7Pufferspeicher-Grösse (l) 1’000 1’000 1’000 1’000Anzahl Kollektoren (-) 25 20 15 1510'000SJAZ (-) 3.4 3.5 3.5 3.4Pufferspeicher-Grösse (l) 1’000 1’000 1’000 1’000Anzahl Kollektoren (-) 25 25 20 1515'000SJAZ (-) 3.5 3.4 3.5 3.4Pufferspeicher-Grösse (l) 1’000 1’000 1’000 1’000Anzahl Kollektoren (-) 30 25 25 2020'000SJAZ (-) 3.5 3.4 3.5 3.6Pufferspeicher-Grösse (l) 1’000 1’000 1’000 1’000Anzahl Kollektoren (-) 30 25 25 25März 2020Mithilfe von Systemsimulationen wurde gezeigt, dass das L-Sol System, welches PVT-Kollektoren als alleinige Wärme-quelle für eine Wärmepumpe verwendet (Abb. 1), eineeffiziente und wirtschaftliche Wärmeversorgung von Einfami-lienhäusern ermöglicht. Verglichen mit einem Luft-Wasser-Wärmepumpensystem weist das L-Sol System in EFH einegrössere Effizienz auf. Dadurch, dass kein Luft-Wasser-Wärmetauscher benötigt wird, entstehen ausserdem keineLärmemissionen. Im Gegensatz zu Systemen mit Erdwärme-sonden oder Eisspeichern sind keine tiefen Bohr- oder Grab-arbeiten erforderlich.Über einen zusätzlichen Wärmetauscher kann mit dem L-SolSystem im Sommer auch passiv gekühlt werden. Für den inAbb. 2 gezeigten Kühleffekt fällt ein jährlicher Strom-Mehr-verbrauch von rund 1.5 % an.Verschiedene erweiterte Regelstrategien ermöglichen eineOptimierung der Systemeffizienz. Für einen möglichst gerin-gen Strombezug aus dem Netz eignet sich eine nächtlicheBeladungssperre des Heizpuffer-Speichers (Abb. 3). Wie inAbb. 4 gezeigt, kann eine von 00:00 bis 09:00 Uhr andau-ernde Beladungssperre den Gesamtverbrauch gegenübereinem System ohne Beladungssperre um 5 % und den Strom-bezug aus dem Netz sogar um 23 % reduzieren. Die Reduk-tion des Gesamtverbrauchs kommt daher, dass die Wärme-pumpe vermehrt am Tag betrieben wird. Aufgrund derhöheren Aussentemperaturen und der vorhandenen solarenEinstrahlung wird der Betrieb effizienter. Die nächtliche Be-ladungssperre kann am einfachsten umgesetzt werden, wennder Brauchwarmwasser- und der Heizpuffer-Speicher separatausgeführt sind. Doch auch mit dem in Abb. 1 gezeigtenKombispeicher ist eine nächtliche Beladungssperre für denHeizungsteil möglich.Für eine grobe Dimensionierung des L-Sol Systems wurdenDimensionierungsmatrizen erstellt. Diese erlauben es, eineerste Abschätzung der erforderlichen Komponentengrössenvorzunehmen. Die in Abb. 5 gezeigten Dimensionierungsma-trizen geben einen Richtwert für die Anzahl PVT-Kollektorenund die Grösse des Pufferspeichers. Die Wärmepumpe kannnach gängigen Auslegungsregeln dimensioniert werden.Abb. 4: Einfluss der nächtlichen Beladungssperre auf Eigenverbrauch und Netzbezug eines EFH mit einem jährlichen Heizwärmebedarf von 10 MWh und einem Brauchwarmwasser-Bedarf von 3.5 MWh. Die Startzeit der Beladungssperre ist variabel und die Endzeit liegt jeweils bei 09:00 Uhr.3’3642’5932’6362’6922’7932’9633’1107041’2751’2521’1961’10998389205001’0001’5002’0002’5003’0003’5004’0004’500keine 00:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00Stromverbrauch in kWh/aStartzeit der nächtlichen BeladungssperreStrombezug aus dem Netz Eigenverbrauch

«L-Sol» : effizientes Heizsystem mit PVT und Wärmepumpe

«L-Sol»: Effizientes Heizsystem 
mit PVT und Wärmepumpe  
David Sauter, Manuel Hunziker & Jürg Rohrer
Kontakt: david.sauter@zhaw.ch und juerg.rohrer@zhaw.ch
Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften, IUNR Institut für Umwelt und Natürliche Ressourcen, 
Forschungsgruppe Erneuerbare Energien, CH-8820 Wädenswil
Das L-Sol Heizsystem mit PVT und Wärmepumpe versorgt EFH effizienter mit Wärme 
als ein System mit Luft-Wasser-Wärmepumpe. Erweiterte Regelstrategien erlauben 
eine weitere Reduktion des Strombezugs aus dem Netz um rund 23 %. 
Besuchen Sie unsere Website für weitere Informationen: 
www.zhaw.ch/iunr/erneuerbareenergien
oder direkt via QR-Code:
Schema des L-Sol Systems
Abb. 1: Schematische Darstellung des Systems L-Sol. 
PVT- 
Module
Pufferspeicher
Frischwasser
Speicher
Kombi
Heizkreis
Warmwasser
Wärmepumpe
Heizstab
Wärmetauscher für 
Frischwasser-Station
Wärmetauscher für 
Kühlung
Abb. 3: Prinzip der nächtlichen Beladungssperre des 
Heizpuffer-Speichers. Der Wärmepumpenbetrieb 
wird in den Tag verschoben, wo mehr solare Ein-
strahlung und höhere Umgebungstemperaturen 
vorliegen.
Nächtliche Beladungssperre des 
Heizpuffer-Speichers
Abb. 2: Passive Kühlung mit dem L-Sol System in 
einem renovierten EFH (jährlicher Heizwärme-
bedarf 10 MWh). Die Raumtemperatur kann im 
Sommer spürbar gesenkt werden.
Passive Kühlung mit dem L-Sol System 
Dimensionierungsmatrizen für das L-Sol System
Abb. 5: Dimensionierungsmatrizen für das L-Sol System für Radiator- und Fussbodenheizungen. Sie beschreiben die minimale Systemkonfiguration um eine 
Systemjahresarbeitszahl (SJAZ) von mindestens 3.0 bzw. 3.4 zu erreichen. Eine grüne Einfärbung bedeutet eine sehr gute Eignung, rot bedeutet eine 
bedingte Eignung. Gelb und orange stellen Zwischenstufen dar. Die Matrizen sind anwendbar im Schweizer Mittelland. 
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Umgebungstemperatur Globalstrahlung
Dimensionierungsmatrix für Radiatorheizung (Vorlauftemperatur 55 °C)
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(kWh/a)
Solare Einstrahlung in 
die geneigte Ebene 
(kWh/(m2a)) >800 >1’000 >1’200 >1’400
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Anzahl Kollektoren (-) 30 30 30 25
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Pufferspeicher-Grösse (l) 0 1’500 1’000 1’000
Anzahl Kollektoren (-) 0 30 30 25
Dimensionierungsmatrix für Fussbodenheizung (Vorlauftemperatur 35 °C)
Heizwärmebedarf 
(kWh/a)
Solare Einstrahlung in 
die geneigte Ebene 
(kWh/(m2a)) >800 >1’000 >1’200 >1’400
5'000
SJAZ (-) 3.4 3.4 3.5 3.7
Pufferspeicher-Grösse (l) 1’000 1’000 1’000 1’000
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SJAZ (-) 3.4 3.5 3.5 3.4
Pufferspeicher-Grösse (l) 1’000 1’000 1’000 1’000
Anzahl Kollektoren (-) 25 25 20 15
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SJAZ (-) 3.5 3.4 3.5 3.4
Pufferspeicher-Grösse (l) 1’000 1’000 1’000 1’000
Anzahl Kollektoren (-) 30 25 25 20
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SJAZ (-) 3.5 3.4 3.5 3.6
Pufferspeicher-Grösse (l) 1’000 1’000 1’000 1’000
Anzahl Kollektoren (-) 30 25 25 25
März 2020
Mithilfe von Systemsimulationen wurde gezeigt, dass das L-
Sol System, welches PVT-Kollektoren als alleinige Wärme-
quelle für eine Wärmepumpe verwendet (Abb. 1), eine
effiziente und wirtschaftliche Wärmeversorgung von Einfami-
lienhäusern ermöglicht. Verglichen mit einem Luft-Wasser-
Wärmepumpensystem weist das L-Sol System in EFH eine
grössere Effizienz auf. Dadurch, dass kein Luft-Wasser-
Wärmetauscher benötigt wird, entstehen ausserdem keine
Lärmemissionen. Im Gegensatz zu Systemen mit Erdwärme-
sonden oder Eisspeichern sind keine tiefen Bohr- oder Grab-
arbeiten erforderlich.
Über einen zusätzlichen Wärmetauscher kann mit dem L-Sol
System im Sommer auch passiv gekühlt werden. Für den in
Abb. 2 gezeigten Kühleffekt fällt ein jährlicher Strom-Mehr-
verbrauch von rund 1.5 % an.
Verschiedene erweiterte Regelstrategien ermöglichen eine
Optimierung der Systemeffizienz. Für einen möglichst gerin-
gen Strombezug aus dem Netz eignet sich eine nächtliche
Beladungssperre des Heizpuffer-Speichers (Abb. 3). Wie in
Abb. 4 gezeigt, kann eine von 00:00 bis 09:00 Uhr andau-
ernde Beladungssperre den Gesamtverbrauch gegenüber
einem System ohne Beladungssperre um 5 % und den Strom-
bezug aus dem Netz sogar um 23 % reduzieren. Die Reduk-
tion des Gesamtverbrauchs kommt daher, dass die Wärme-
pumpe vermehrt am Tag betrieben wird. Aufgrund der
höheren Aussentemperaturen und der vorhandenen solaren
Einstrahlung wird der Betrieb effizienter. Die nächtliche Be-
ladungssperre kann am einfachsten umgesetzt werden, wenn
der Brauchwarmwasser- und der Heizpuffer-Speicher separat
ausgeführt sind. Doch auch mit dem in Abb. 1 gezeigten
Kombispeicher ist eine nächtliche Beladungssperre für den
Heizungsteil möglich.
Für eine grobe Dimensionierung des L-Sol Systems wurden
Dimensionierungsmatrizen erstellt. Diese erlauben es, eine
erste Abschätzung der erforderlichen Komponentengrössen
vorzunehmen. Die in Abb. 5 gezeigten Dimensionierungsma-
trizen geben einen Richtwert für die Anzahl PVT-Kollektoren
und die Grösse des Pufferspeichers. Die Wärmepumpe kann
nach gängigen Auslegungsregeln dimensioniert werden.
Abb. 4: Einfluss der nächtlichen Beladungssperre auf 
Eigenverbrauch und Netzbezug eines EFH mit einem 
jährlichen Heizwärmebedarf von 10 MWh und einem 
Brauchwarmwasser-Bedarf von 3.5 MWh. Die 
Startzeit der Beladungssperre ist variabel und die 
Endzeit liegt jeweils bei 09:00 Uhr.
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Strombezug aus dem Netz Eigenverbrauch


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