Energieautarkes Mehrfamilienhaus in der Schweiz
Mit Photovoltaik und Wärmepumpe
In der Gemeinde Brütten in der Schweiz steht das erste Mehrfamilien-Wohngebäude der Welt, das ganzjährig ohne externe Anschlüsse für Strom, Öl und Erdgas auskommt. Keine der neun Wohnungen ist an das öffentliche Netz angeschlossen. Der gesamte Strom wird aus selbst produzierter Sonnenenergie sowie aus Erdwärme gewonnen.
Bei der Wärme- und Warmwasserproduktion wird auf ein effizientes Wärmepumpensystem der Hoval GmbH gesetzt. Das Projekt der Umwelt Arena Spreitenbach zeigt, dass nachhaltiges Bauen ohne Komforteinbußen möglich ist. Die Mietkosten sind dabei nicht höher als anderswo: Um gut 10 % liegen die Baukosten über denen eines vergleichbaren Mehrfamilienhauses mit konventioneller Technik. Im Gegenzug müssen die Bewohner aber kein Geld für Strom und Wärme ausgeben.
Alle Komponenten des Hauses, wie Gebäudehülle, Gebäudetechnik und Energiekonzept, bewegen sich technisch auf dem höchsten Niveau. So wird der heute durchschnittliche Verbrauch von 4.400 auf 2.200 kWh pro Wohnung und Jahr halbiert. Das Projekt Energieautarkes Mehrfamilienhaus zeigt, dass die Vision von 100 % sauberer Energie schon heute möglich ist, wenn vorhandene Technologien und Know-how konsequent genutzt und kombiniert werden.
Photovoltaik als Energiequelle
Durch die Verwendung von Solarzellen als vollwertige Gestaltungs-, Fassaden- sowie Dachelemente entstehen Mehrkosten, die sich durch die Produktion der elektrischen Energie und deren optimierte Umsetzung (Direktnutzung und Wärmeerzeugung sowie Kurz- und Langzeitspeicherung) gegenüber einer konventionellen Gebäudehülle rechnen.
Als Fassadenelemente werden nicht reflektierende Photovoltaikmodule verwendet. Das Dach ist mit modernen Photovoltaik-Hochleistungsmodulen bedeckt. Die Solarzellen verwandeln dabei die Sonnenenergie in elektrischen Strom für den Tagesbedarf und speichern ihn für bis zu drei Tage in Batterien. Sollte die Sonne mal nicht scheinen, erzeugt eine Brennstoffzelle Strom und Wärme.
Für die Langzeitspeicherung kommt eine neuartige Umsetzung von Strom in Wasserstoff zum Einsatz. Der Wasserstoff wird zwischengespeichert und bei Bedarf über eine Brennstoffzelle in elektrische und thermische Energie umgewandelt (Power to Gas).
Ein weiterer Teil der Sonnenenergie wird mit einer Wärmepumpe in Wärme umgewandelt und einerseits zur Brauchwarmwassererwärmung und zum Heizen sowie zur Ladung der thermischen Kurz- und Langzeitspeicher eingesetzt. Um eine maximale Effizienz der Wärmepumpenheizung zu erreichen, werden je nach Bedarf verschiedene Wärmequellen genutzt. Durch die richtige Dimensionierung der Wärmepumpe und die Einstellung der gesamten Heizungsanlage auf die berechneten Werte kann der elektrische Energiebedarf für das Gebäude in Bezug auf die Heizenergie auf ein Minimum gesenkt werden.
Nutzung von Umweltwärme
Rund 70 % der Energie bezieht die Wärmepumpe aus der Umgebungsenergie. Die restliche Energie liefert die PV-Anlage. Als Wärmequelle dient eine Wasser-/Wasser-Wärmepumpe mit Erdsonde. Das Engineering-Team der Umwelt Arena Spreitenbach entschied sich für die Erd- und Grundwasser-Wärmepumpe „Thermalia twin H19“ von Hoval. Zusätzlich wird die während der Wasserstofferzeugung generierte Wärme von der Wärmepumpe als Energiequelle genutzt und in Langzeit-Wärmespeichern zwischengelagert oder zur Warmwassererzeugung genutzt.
Die Betriebstemperaturen im Bereich der Wärmequellen fallen dabei nie unter den Gefrierpunkt, so dass kein Frostschutzmittel für die beiden 338 m langen Erdsonden benötigt wird. Der Wärmetauscher kommt nur dann zum Einsatz, wenn er technisch absolut unerlässlich ist, wie z.B. beim Erzeugen von Wärme aus der Außenluft und beim Vorwärmen der kontrollierten Wohnraumbelüftung. Dies mindert den Druckverlust innerhalb des Systems und spart Energie für die Wärmepumpe.
Das allgemeine Grundmotiv bei diesem ambitionierten Projekt lautet: maximale Wärmeenergie aus minimaler elektrischer Energie. Bei der Auslegung steht die optimale Nutzung der verfügbaren Umweltenergie (Sonne, Erdwärme, Außenluft) und Speicherenergie in den Langzeitspeichern im Mittelpunkt – immer unter Berücksichtigung der situativ effizientesten nutzbaren Energiequelle. Wenn nur wenig elektrischer Strom verfügbar ist, wählt das Steuerungssystem immer die wärmste Energiequelle aus, um einen maximalen Wirkungsgrad (COP) der Wärmepumpe zu erzielen. Dadurch verringern sich die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe sowie der elektrische Gesamtenergiebedarf des Gebäudes.
Hier lesen Sie einen ausführlichen Beitrag, der in tab 12/2016 erschienen ist.
