In der Schweiz bleibt es kühl: Die kritischen Auswirkungen des Einsatzes von Klimaanlagen

Heute verfügt nur eine Minderheit der Schweizer Haushalte über Klimaanlagen zur Kühlung. Dies könnte sich aufgrund der Erwärmung des Klimas und der zunehmenden Integration von Wärmepumpen in Neubauten, die zum Heizen und Kühlen verwendet werden können, ändern. Der Kühlenergiebedarf der Schweiz könnte ab Mitte des Jahrhunderts eine ähnliche Größenordnung wie der Heizbedarf erreichen, was erhebliche Auswirkungen auf das Energiesystem haben könnte.

Die durchschnittlichen Jahrestemperaturen in der Schweiz steigen aufgrund des Klimawandels an. Das Gleiche gilt für Klimaindikatoren wie die Kühlgradtage (Abbildung 1), die die Anzahl der Stunden messen, in denen die Umgebungstemperatur über einer Schwellentemperatur liegt, bei der ein Gebäude gekühlt werden muss, um die Innentemperatur angenehm zu halten. Steigende Temperaturen können daher zu einer erheblichen Zunahme der Kühlvorrichtungen in Gebäuden führen. Dies führt unmittelbar zu einem Anstieg des Energiebedarfs in Gebäuden. Hier wird erörtert, wie der künftige Kühlbedarf vom Klimawandel, dem Bevölkerungswachstum und vor allem davon abhängt, wie viele Menschen Klimaanlagen installieren werden.

Abbildung 1: Auf der Grundlage der CH2018 Klimamodellen wird die zukünftig erwartete Anzahl der Kühlungsgradtage (CDD) im Verhältnis zu den gemessenen historischen Werten für den Zeitraum 2010-2019 aufgetragen. Im Durchschnitt könnte sich die Anzahl der CDD bis 2050 verdoppeln, was zu einem drastischen Anstieg der Haushalte führen könnte, die eine Klimaanlage in ihren Häusern installieren. RCP steht für "Representative Concentration Pathway" (Repräsentativer Konzentrationspfad) und ist ein Maß dafür, um wie viel Watt pro Quadratmeter die einfallende Strahlung aufgrund des Klimawandels zunehmen wird (Bildquelle: Mutschler et al. 2021).

Simulation des künftigen Kühlbedarfs

Um die Beziehung zwischen diesen Energiebedarfsfaktoren besser zu verstehen, haben wir den historischen Heiz- und Kühlbedarf des Demonstrationsgebäudes analysiert NEST an der Empa Dübendorf ermittelt und mit verschiedenen Klimaszenarien in die Zukunft projiziert. Im Detail wurde der Heiz- und Kühlenergiebedarf mit der Umgebungstemperatur korreliert und anschliessend über aggregierte und bevölkerungsgewichtete Klimamodelle extrapoliert. Es zeigt sich, dass in einem Extremszenario, in dem die gesamte Schweiz auf Klimaanlagen angewiesen ist, die Schweiz ab Mitte des Jahrhunderts vergleichbare Energiemengen für Kühlung und Heizung benötigen könnte. (Abbildung 2). In Zahlen ausgedrückt entspricht dies etwa 20 TWh für Heizung und 17,5 TWh für Kühlung. In einem moderateren Simulationsszenario würde die Schweiz bis 2050 immer noch rund 5 TWh an Kühlenergie benötigen. Wenn dieser Kältebedarf durch Wärmepumpen gedeckt wird, für die wir eine Leistungszahl (cop) von zwei bis drei für die Kühlung annehmen können, würde der Kältebedarf von 5 TWh zu einem Strombedarf von rund 2 TWh führen, was einem grossen Wärme- oder Wasserkraftwerk (1 GW Leistung) entspricht, das Energie für 2000 h umwandelt (ein standardisiertes Jahr hat 8760 h). Der aktuelle Schweizer Strombedarf liegt bei rund 60 TWh pro Jahr. Der Bedarf an Kühlenergie, die über Wärmepumpen bereitgestellt wird, würde somit 3 - 41 TWh des derzeitigen Gesamtstrombedarfs der Schweiz entsprechen.

Abbildung 2: Prognostizierter jährlicher Gesamtenergiebedarf für Heizung (rot) und Kühlung (blau) in TWh als Funktion der Zeit, der Klimaszenarien (RCP), des Einsatzes von Kühlgeräten (Low-Full) und des Bevölkerungswachstums (10,4 Millionen bis 2050). Der Einfluss des Bevölkerungswachstums ist durch die hellere blaue und rote Farbe gekennzeichnet (Quelle der Abbildung: Mutschler et al. 2021).

Die Auswirkungen der Klimatisierung

Derzeit hat nur ein kleiner Teil der Schweizer Haushalte spezielle Kühlgeräte installiert. Die Anzahl der Wärmepumpen, deren Hauptzweck das Heizen ist, könnte jedoch bis zu einem gewissen Grad auch zum Kühlen verwendet werden. Wir schätzen, dass die Gesamtzahl der Kühlgeräte auf der Grundlage der CDD-Entwicklung auf über 50% steigen könnte. Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf das Energiesystem haben, da an heißen Sommertagen erhebliche Nachfragespitzen auftreten. Glücklicherweise ist der Kühlbedarf hoch, wenn auch die Stromerzeugung aus Photovoltaikzellen hoch ist, was die Bereitstellung von Kühlenergie an heißen Sommertagen erleichtern könnte.

Der Weg in die Zukunft

Wir stellen fest, dass der simulierte Verbrauch von Kühlgeräten je nach Klimaszenario zwischen einigen Prozenten und über 50% variieren kann. Die Nutzung von Klimaanlagen überwiegt auch andere Effekte wie die Bevölkerungszunahme. Angesichts des Klimawandels schlagen wir vor, dass der Schwerpunkt bei der Gebäudearchitektur nicht nur auf der Optimierung der Wärmeverluste, sondern auch auf der Minimierung der Wärmegewinne im Sommer liegen muss. Dies könnte durch den Bau von Gebäuden mit weniger Fenster- oder Glasflächen, durch Überlegungen zur Gebäudeausrichtung oder durch passive Kühlstrategien wie Nachtauskühlung oder Fensterbeschattung erreicht werden. Außerdem sollten die politischen Entscheidungsträger nicht warten, bis der Kühlungsbedarf deutlich steigt. Stattdessen sollten sie untersuchen, wie der steigende Kühlbedarf am besten gedeckt und gleichzeitig die Auswirkungen auf das (dekarbonisierte) zukünftige Energiesystem minimiert werden können. Jüngste Initiativen in der Schweiz, die Seewasser für die Fernkühlung nutzen, oder eine klimaangepasste Stadtplanung sind solche vielversprechenden Beispiele, die den Weg in die Zukunft weisen (siehe das Beispiel von "Wärme-/Kälteverbund Circulago", nur auf Deutsch, oder wie die Stadt Zürich ist aktiv in dieser Hinsicht nur auf Deutsch).

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