Pilotprojekte Energie

Der Kanton Zürich fördert Pilotprojekte zur Erprobung energiesparender Systeme und von Anlagen zur Nutzung erneuerbarer Energien. Innovative Technologien setzen sich damit schneller am Markt durch und inspirieren zur Nachahmung.

Inhaltsverzeichnis

Rahmenkredit

Der Zürcher Kantonsrat hat am 22. Oktober 2018 einen neuen Rahmenkredit für Subventionen im Energiebereich für die Jahre 2018 bis 2021 bewilligt. Darin enthalten ist eine Million Franken für Pilotprojekte. Hintergrund ist die Notwendigkeit, den Energieverbrauch und den Ausstoss von Treibhausgasen kontinuierlich zu senken und damit einen Beitrag zur Begrenzung des globalen Klimawandels zu leisten. 

Förderkriterien

Pilotprojekte im Bereich Energieeffizienz und erneuerbare Energien sollen neue Ideen aufzeigen, welche an der Schwelle von der Entwicklung zur Markteinführung stehen. Produkte oder Konzepte sollen eine Breitenwirkung entfalten und der Fachwelt sowie der Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden, damit sie «massentauglich» werden. Zudem sollte der Standort des Projektes oder des Subventionsempfängers einen Bezug zum Kanton Zürich aufweisen.

Für die Förderung von Pilotprojekten stehen deshalb folgende Kriterien im Vordergrund:

  • Innovationsgehalt
  • Erkenntnisse müssen von öffentlichem Interesse sein
  • Potenzial der Energie- und Kohlendioxid (CO2)-Wirkung des Konzeptes
  • Multiplizierbarkeit des Konzeptes (im Neubau- und Sanierungsmarkt) und Anwendbarkeit in der Praxis
  • Wissenschaftlich-technische Bedeutung
  • Wirtschaftlich-industrielle Bedeutung
  • Umsetzung in der Regel im Kanton Zürich

Weitere Informationen zu den Förderkriterien und zu den einzureichenden Gesuchsunterlagen enthält die nachstehende Beschreibung. Zur Vorabklärung bezüglich konkreter Projektvorschläge, nehmen Sie mit uns Kontakt auf.

Schwerpunkt Heizungsersatz

Als Schwerpunkt sollen aus dem Rahmenkredit neue Projektkonzepte mit Einbezug von erneuerbaren Energien beim Ersatz von fossilen Heizungsanlagen gefördert werden. Ziel ist eine wesentliche Reduktion fossiler Brennstoffe. Die nachstehende Ausschreibung enthält weitere Informationen zur Art der gesuchten Projekte sowie die Kriterien für eine Förderung.

G E S U CH T

Pilot- und Demonstrationsanlagen zur Ergänzung von fossilen Heizungen mit Wärmepumpen.

Bisher geförderte Projekte

Eine Auswahl der aus dem früheren Rahmenkredit 2013/2014 geförderten Projekte ist in der Broschüre «Pilotprojekte: Innovationsförderung im Gebäude- und Energiebereich» beschrieben (Download unter «Weiterführende Informationen»). Diese Projekte kommen nun nach und nach in die Abschlussphase. Wesentliche Erkenntnisse der bereits vollendeten Projekte sind nachfolgend zusammengefasst. Die detaillierten Ergebnisse sind im jeweiligen Schlussbericht dokumentiert.

Die Umsetzung und Nachahmung der erfolgreichen Erkenntnisse für eigene Projekte und Vorhaben ist erwünscht und wird empfohlen! Bei Fragen zu den Konzepten und deren Anwendung wenden Sie sich bitte an die Verantwortlichen der einzelnen Pilotprojekte (Kontaktdaten siehe Impressum des jeweiligen Schlussberichtes).

Südost-Ansicht von NEST.
Südost-Ansicht von NEST. Quelle: Zooey Braun, Stuttgart

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Pilotprojekt Zentrum.
Nest mit Forschungs-Unit. Quelle: Empa

Modulares Forschungs- und Innovationsgebäude von Empa und Eawag in Dübendorf

Als Schwerpunkt der Pilotprojektförderung unterstützt der Kanton das Pilotprojektzentrum NEST von Empa und Eawag in Dübendorf. Im NEST entwickeln die Forschenden neue Technologien, Materialien und Systeme und können diese unter realitätsnahen Bedingungen testen und validieren. Damit streben die Partner die Beschleunigung des Innovationsprozesses im Gebäudebereich an.

NEST besteht aus einem Kern, dem so genannten «Backbone» und drei offenen Plattformen, auf denen mehrere unabhängige Forschungs- und Innovationsmodule installiert werden können. In diesen so genannten «Units» sind zukünftige Wohn-, Büro- und Konferenzräume untergebracht.

Für die Erforschung von Energieflüssen ist NEST weit mehr als ein Gebäude: Es ist ein vertikales Quartier, die Units stellen einzelne Häuser dar. Ein zentraler «Energy Hub» optimiert Wärme- und Elektrizitätsströme zwischen produzierenden und verbrauchenden Units, indem er Energie speichert, umwandelt und zur Verfügung stellt. NEST trägt so dazu bei, die energetische Optimierung auf Quartierebene zu erforschen.

Saisonale Speicherung.
Saisonale Speicherung von Solarenergie in einem Erdwärmesonden-Feld. Quelle: Huber Energietechnik

Saisonale Speicherung von Solarenergie in einem Erdwärmesonden-Feld

Die Wohnbaugenossenschaft maettmi50Plus hat in Mettmenstetten für drei Wohnhäuser ein Wärmeversorgungssystem für Heizung und Warmwasser mit Wärmepumpen, Erdwärmesonden-Feld und Solardächern mit unverglasten Kollektoren umgesetzt.

Die Energie von den Solardächern wird primär für die Regeneration des Erdwärmesonden-Feldes eingesetzt. Dies garantiert ein langfristig stabiles und vergleichsweise hohes Temperaturniveau der Sonden. Überschüssige Solarenergie dient auch zur Vorwärmung des Warmwassers.

Die erreichte Effizienz der Wärmepumpen mit einer Jahresarbeitszahl (JAZ) von 5.1 für Heizung und Warmwasser ist sehr hoch. Für die Weiterverbreitung des Konzepts entwickelten die Ingenieure auch Berechnungsmodelle sowie Regelstrategien für die solare Regeneration und den optimalen Betrieb der Warmwasservorwärmung.

Haupterkenntnisse

  • Einfaches Systemkonzept mit wenigen Regelparametern
  • Modelle für die Dimensionierung und Berechnung der solaren Regeneration in Kombination mit (unverglasten) Kollektoren verfügbar in den Simulations­programmen EWS und Polysun
  • Langfristig hohe Temperaturen im Sondenfeld wirken sich positiv auf die Jahres­arbeitszahl der Wärmepumpen aus
  • Sonden können ohne Frostschutz betrieben werden
  • Konzept der Anlage wahlweise anwendbar für Regenerations- oder Warmwasser-Priorität

 

Minergie-Sanierung MFH.
Minergie-Sanierung MFH. Quelle: Dolder Wärmetechnik

Sanierung einer Mehrfamilienhaus-Siedlung mit Abluft- und EWS-Wärmepumpen

Ziel dieses Projektes war die Minergie-Erneuerung einer MFH-Wohnsiedlung in Wettswil am Albis ohne aufwändige Gesamtsanierung. Das Konzept der Wärmeversorgung basiert auf einer Kombination aus einer Abluftwärmepumpe pro Gebäude und einer zentralen Erdsonden-Wärme-Pumpe zur Deckung der Spitzenlast.

Trotz Vorlauftemperaturen bis 45 Grad und einem hohen Warmwasseranteil erreicht die Effizienz mit einer Jahresarbeitszahl von 3,3 einen beachtlichen Wert. Auch der Grenzwert für Minergie-Sanierungen ist eingehalten. Mit der Erneuerung sank der gewichtete Energieverbrauch um gut 50 Prozent und auch der Verbrauch von rund 150'000 Liter Öl pro Jahr vor der Sanierung entfällt komplett.

Die Wärmeversorgung von Bestandesbauten lässt sich also auch mit nicht oder nur teilweise erneuerter Gebäudehülle ohne fossile Brennstoffe sicherstellen. Allerdings sind gewisse Kompromisse bezüglich Energie- und Lüftungseffizienz sowie beim thermischen Komfort nötig.

Minergie-A Bürogebäude.
Büro-/Wohngebäude nach Minergie-A. Quelle: Hässig Sustech

Büro-/Wohngebäude nach Minergie-A

Bei diesem Neubau in Uster verfolgte man zwei Schwerpunkte: Einerseits die Untersuchung der Effizienz und des Ertrags der installierten Hybrid-Kollektoren, sogenannter PVT-Kollektoren zur gleichzeitigen Produktion von Strom und Wärme. Anderseits interessierte das Synergiepotenzial von gleichzeitiger Stromerzeugung mit der separaten Photovoltaikanlage und dem Strombedarf für die Büronutzung.

Es hat sich gezeigt, dass PVT-Kollektoren vor allem dann Sinn machen, wenn die erzeugte Niedertemperaturwärme vollumfänglich nutzbar ist, zum Beispiel für die solare Vorwärmung des Warmwassers oder für die Regeneration von Erdsonden. Der Eigendeckungsgrad mit selbst produziertem PV-Strom fällt dank der Büronutzung deutlich höher aus als bei einer reinen Wohnnutzung. Auch die konsequente Optimierung der Gebäudetechnik hilft, dieses Ziel zu erreichen. Zusätzliche Anwendungen wie zum Beispiel ein Elektrofahrzeug steigern ebenfalls die Nutzung des selbst produzierten Stromes.

Batteriespeicher.
Batteriespeicher für Reiheneinfamilienhaus mit Photovoltaik. Quelle: Tritec Group - Knubix

Batteriespeicher für Reiheneinfamilienhaus mit Photovoltaik

Die Steigerung der Energieproduktion aus erneuerbaren Energiequellen ist eine wichtige Komponente zur Transformation hin zu einem nachhaltigen Energiesystem. Eine Möglichkeit ist die dezentrale Stromproduktion mit Photovoltaikanlagen auf Hausdächern.

Da Photovoltaikanlagen nur tagsüber und bei genügend Einstrahlung Energie produzieren, wird meist nur ein Teil direkt vor Ort verbraucht. Die überschüssige Energie wird ins Stromnetz des lokalen Energieunternehmens eingespeist. Aus Kostengründen und zur Entlastung des Stromnetzes ist es sinnvoll, einen hohen Eigenverbrauchsanteil des selbst produzierten Stromes anzustreben.

Schwerpunkte des Pilotprojektes waren deshalb die Dimensionierung der Batterie als Tagesspeicher, die dadurch mögliche Erhöhung des Eigenstromverbrauchs sowie Fragen zur Wirtschaftlichkeit des Batteriespeichers im Zusammenhang mit der bereits bestehenden PV-Anlage.

Haupterkenntnisse

  • Die Messungen bestätigten die prinzipiellen Zusammenhänge zur Voraussage von Eigenverbrauchs- und Autarkiegrad. Die verfügbaren Prognosehilfsmittel sind deshalb gut verwendbar für die Dimensionierung von PV-Anlagen und Batteriespeichern.
  • Die Erhöhung des Eigenverbrauchsgrades ist empfehlenswert, da viele Energieversorger den ins Netz eingespeiste Solarstrom nur sehr tief entschädigen (im EKZ-Gebiet mit 6.7 bis 8.0 Rappen pro Kilowattstunde).
  • Die Batteriekapazität muss auf den konkreten Anwendungsfall optimiert werden. Grössere Speicherkapazitäten bringen keine zusätzlichen Vorteile und verschlechtern die Wirtschaftlichkeit.
  • Mit schweizerischen Strompreisen und Batteriekosten von 750 bis 1000 Franken pro Kilowattstunde (Ende 2017) sind Batteriespeicher heute noch nicht wirtschaftlich betreibbar. Sinkende Batteriekosten und dynamische Strompreise – zum Beispiel mit Hochtarif in der Nacht – könnten Batteriespeicher aber vermutlich schon in wenigen Jahren interessant machen.

Erdsonden WP Konzepte.
Vergleich verschiedener Erdwärmesonden-Wärmepumpen-Konzepte in vier Mehrfamilienhäusern. Quelle: AWEL / ewz

Vergleich verschiedener Erdwärmesonden-Wärmepumpen-Konzepte in vier Mehrfamilienhäusern

Eine Baugenossenschaft hat an der Tièchestrasse in Zürich acht Mehrfamilienhäuser (MFH) als Ersatzneubauten realisiert. Um die Effizienz verschiedener Erdwärmesonden-Wärmepumpen-Konzepte (EWS-WP) vergleichen und Betriebserfahrungen sammeln zu können, hat sie in den MFH vier unterschiedliche Systemkonfigurationen umsetzen lassen.

Referenzvariante ist eine Standard EWS-WP-Anlage ohne Regeneration der Sonden. Eine zweite Anlage ist analog, es wird aber zusätzlich eine vorausschauende Meteo-Daten-Regelung eingesetzt. In einer dritten Konfiguration werden die Erdwärmesonden zu 100 Prozent solar regeneriert. Und in einer vierten Anlage kommen direktverdampfende Erdwärmesonden zum Einsatz. Im Gegensatz zu konventionellen Sonden zirkuliert in diesen Sonden das natürliche Kältemittel CO2. Mit dem CO2 als Wärmeträgermedium erhoffte man sich eine um 15 bis 25 Prozent bessere Jahreseffizienz gegenüber dem Referenzhaus, da dieses System ohne Solepumpe auskommt.

Haupterkenntnisse

  • Das System mit den CO2-EWS konnte die Erwartungen nicht erfüllen. Die Jahresarbeitszahl lag deutlich unter dem Wert der Referenzanlage. Die Gründe dafür sind nicht restlos geklärt, grossen Einfluss hat aber die korrekte Auslegung der Erdsonden zusammen mit der Wärmepumpe. Der Einbau dieser Sonden ist zudem deutlich aufwändiger als bei konventionellen EWS, da die Chromstahlrohre viel steifer sind als die üblichen Kunststoffsonden. Zurzeit ist das System auf dem Markt nicht verfügbar und müsste von einem Hersteller weiterentwickelt werden.
  • Auch das System mit 100 Prozent solarer Regeneration erreichte die Effizienz der Referenzanlage im ersten Jahr nicht ganz. Der Grund dafür ist der erhöhte Stromaufwand für die Pumpen im Solar- und im Sondenkreislauf. Langfristig kann aber dank der Regeneration eine bessere Effizienz als im Referenzfall erwartet werden.
  • Die Resultate beim System mit der witterungsgeführten Steuerung waren zuerst vielversprechend, aufgrund technischer Problem lag die Effizienz aber am Schluss auch hier leicht hinter dem Referenzsystem zurück. Eine Messung während einer weiteren Heizperiode wird Klarheit schaffen.
  • Letztlich hat das Referenzsystem mit Standard-EWS bezüglich Jahresarbeitszahl auch wegen des geringen Hilfsenergiebedarfs am besten abgeschnitten. Bei der Wahl von EWS-WP-Systemen zahlt es sich deshalb aus, auf Einfachheit des Systems zu achten und die Hilfsantriebe im Auge zu behalten.
  • Mit dem eingesetzten Freecooling über die EWS konnten die Neubauwohnungen auch im Rekordsommer 2018 in einem angenehmen Temperaturbereich gehalten werden. Zudem führte das Freecooling zu einer beachtlichen Teilregeneration der Sonden von 18 bis 24 Prozent der entzogenen Energie.

Betriebsoptimierung bei Hotelbauten.
Betriebsoptimierung bei Hotelbauten. Quelle: energo

Anschubfinanzierung von energo Betriebsoptimierungsprojekten und Begleitstudie zu den Erfolgsfaktoren

Bei grösseren Gebäuden und Betrieben mit Energiekosten ab rund 50'000 Franken kann die Energieeffizienz ohne investive Massnahmen in der Regel um mindestens zehn Prozent gesteigert werden. Häufig wird dieses zwar wirtschaftliche, aber untergeordnete Einsparpotenzial nicht ausgenutzt.

Um dieses Potenzial erschliessen zu können, haben die im Gebäudebereich für die Energieeffizienz zuständigen Kantone in den MuKEn 2014 (Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich) eine Mustervorschrift für die energetische Betriebsoptimierung (BO) aufgenommen (Modul 8). Bis dahin lagen allerdings noch keine praktischen Erfahrungen zu BO-Vorschriften und deren Vollzug vor. Hingegen bot der Verein energo in diesem Bereich auf freiwilliger Basis seit längerem BO-Energieberatungen an.

Aufgrund dieser Erfahrungen wurde energo mit der Durchführung des vorliegenden Pilotprojektes betraut. Ziel war es, anhand einer Reihe von geförderten energo-BO-Projekten Hinweise zu Hemmnissen und Erfolgsfaktoren von BO sowie neue Erkenntnisse im Hinblick auf einen effizienten Vollzug bei der Einführung einer BO-Vorschrift zu gewinnen.

Schlussfolgerungen aus Sicht des Subventionsgebers

Aus der Begleitstudie zum Pilotprojekt kann gefolgert werden, dass eine BO grundsätzlich eine sehr sinnvolle Massnahme zur Energieeffizienzsteigerung ist. Bei hohem Eigeninteresse und engagierten Verantwortlichen kommt es häufig vor, dass eine BO in Angriff genommen wird.

Um die Einstiegshürden und Hemmnisse für eine BO auch für andere Gebäudeeigentümer zu reduzieren, wäre bei verfügbaren Fördermitteln zu prüfen, wie mit gezielter Unterstützung in den Bereichen Information und Beratung sowie Aus- und Weiterbildung die Umsetzungsraten von BO auf freiwilliger Basis gesteigert werden könnten.

Eine andere Einschätzung ergibt sich bezüglich der Einführung einer BO-Pflicht. Aufgrund der (auch nach diesem Projekt) weiterhin fehlenden Vorschläge für einen effizienten und wirksamen Vollzug muss eine BO-Pflicht aus heutiger Sicht als nicht vorschriftentauglich eingestuft werden. Die Gründe dafür sind der geringe zu erwartende Energienutzen bei gleichzeitig grossem Vollzugsaufwand. Ausser man betrachtet die Vorschrift als Empfehlung und verzichtet auf den Vollzug. Dies ist aber nicht der Sinn einer Vorschrift.

PV-Fassade des sanierten MFH Hofwiesenstrasse.
PV-Fassade des sanierten MFH Hofwiesenstrasse. Quelle: Viridén+Partner / Nina Mann

Mehrfamilienhaus-Sanierung
mit «unsichtbarer» Photovoltaik-Fassade und Batteriespeicher

Bei der umfassenden Sanierung des Wohn- und Geschäftshauses an der Hofwiesenstrasse 22 in Zürich waren zwei Fragen wichtig: Erstens, wie sieht ein praxistaugliches, wirtschaftliches und ästhetisch ansprechendes Fassadenverkleidungssystem mit PV-Paneelen aus? Und zweitens, wie erreicht man einen möglichst hohen Eigenverbrauchsanteil des erzeugten Stromes?  Die Bauherrschaft plante zu diesem Zweck den Einsatz einer Batterie und eines intelligenten Lastmanagementsystems für Heizung, Warmwasser, Gebäudetechnik, Büro- und Haushaltstrom inklusive Lastverschiebung auf Gebäude- und Quartierstufe.

Haupterkenntnisse

  • Das Projekt demonstriert die Umsetzung einer aktiven Glasfassaden für den Einsatz bei Sanierungen und Neubauten. Das entwickelte System ist modular aufgebaut, erfüllt hohe ästhetische Ansprüche und ist über seine Lebensdauer auch wirtschaftlich.
  • Die Kombination von Fassaden- und Dachanlage ergibt ein vergleichsweise ausgeglichenes Produktionsprofil über den Tag, wie auch übers Jahr verteilt.
  • Die gestalterische Freiheit für die «aktive Glasfassade» (unterschiedliche Formate, freie Form, verschiedenen Farben und Textur, etc.) nimmt laufend zu, bei gleichzeitig sinkenden Investitionskosten.
  • Das Projekt erzielt eine hohe Eigenstromnutzung. Im ersten Messjahr (2017+) betrug der Eigenverbrauchsanteil 38.6 Prozent und der Autarkiegrad 33.5 Prozent. Im zweiten Messjahr (2018+) mit Batterie lag der Eigenverbrauchsanteil bei 67.5 Prozent und der Autarkiegrad bei 57.4 Prozent.
  • PlusEnergieBauten mit Batterien tragen zur Netzstabilität auf Quartierebene bei.

Elektrokehrfahrzeug im Einsatz bei ERZ.
Elektrokehrfahrzeug im Einsatz bei ERZ. Quelle: Bucher Municipal

Vollelektrifizierte Strassenkehrmaschine

In Städten und Gemeinden steht eine Vielzahl von Strassenreinigungsmaschinen im Einsatz. Heute erfolgt der Antrieb dieser Fahrzeuge in aller Regel durch Dieselmotoren, die über ein Hydrauliksystem die notwendige Kraft für Fahrantrieb, Gebläse und Bürsten bereitstellen. Diese konventionellen Kehrmaschinen haben einen hohen Treibstoffverbrauch und verursachen einen beträchtlichen CO2- und Partikel-Ausstoss. Zudem sind die hohen Lärmemissionen ein Problem.

Bucher Municipal AG mit Sitz in Niederweningen hat in verschiedenen F&E-Projekten diverse Varianten alternativer Antriebe entwickelt. Bezüglich Alltagstauglichkeit und Wirtschaftlichkeit hat sich die vollelektrifizierte Variante der Kehrmaschine als beste Lösung herauskristallisiert.

Vor der Serienfertigung testete Entsorgung und Recycling Zürich (ERZ)  in einem Pilotversuch zwei vollelektrische Maschinen im Alltagsbetrieb. Diese erreichten die gesetzten Zielvorgaben weitestgehend oder übertrafen diese sogar. Die Verbesserungen sind ein Quantensprung gegenüber herkömmlichen Kehrmaschinen mit Dieselantrieb:

  • Senkung der CO2-Emissionen um 29 Tonnen pro Jahr und Maschine
  • Reduktion des Energieverbrauchs um 87 Prozent
  • Senkung der Geräuschemissionen um 75 Prozent
  • Einsparung von Betriebskosten von 84 Prozent

25 Jahre Siedlung Boller.
25 Jahre Siedlung Boller Quelle: AWEL

Ein Meilenstein des energieeffizienten Bauens

Der Kanton Zürich unterstützt Pilotprojekte seit Mitte der 1980er Jahre. Eines dieser Projekte war die Siedlung «Im Boller» in Wädenswil. Bei fünf Doppeleinfamilienhäusern wurde 1990 aufgezeigt, dass Bauten mit einem Wärmebedarf von nahezu Null realisiert werden können. In einem Bericht vom Februar 2016 wurden die Erfahrungen aus dem 25-jährigen Betrieb dieser Siedlung ausgewertet. Die Resultate sind auch in einer Broschüre übersichtlich zusammengestellt.

Weiterführende Informationen

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Kontakt

Amt für Abfall, Wasser, Energie und Luft – Sektion Energietechnik

Adresse

Stampfenbachstrasse 12
8090 Zürich
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Kontaktperson Beat Lehmann

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