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 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

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.

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 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.

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.

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.

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.

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
  

... tiefer Koaxial-Erdwärmesonde und Niederhub-Wärmepumpe

Im Pilot- und Demonstrationsprojekt (P&D) Sentmatt wurde eine Wärmeversorgung mit dem Ziel eines CO2-emissionsfreien Betriebes umgesetzt. Dazu wurden zwei Anlagen, jeweils bestehend aus einer Niederhub-Wärmepumpe, einer neuartigen, tiefen Koaxial-Erdwärmesonde und einer Kombi-Solaranlage, zusammengesetzt aus einem Solarhybridkollektor-Feld und einem Feld mit unabgedeckten selektiven Solarkollektoren, realisiert. Diese dezentralen P&D-Anlagen versorgen jeweils fünf Wohnungen einer grösseren Überbauung mit insgesamt 119 Wohnungen. Die Koaxial-Erdwärmesonden liefern auch dank Regeneration hohe Quellentemperaturen für die Wärmepumpe. Damit werden vergleichsweise hohe Arbeitszahlen für Heizung und Warmwasser erreicht. Abschliessende Zahlen und Erkenntnisse aus dem derzeit noch laufenden Monitoring werden zu einem späteren Zeitpunkt noch erwartet.

Haupterkenntnisse in Kürze:

• Mit der Kombination von Solarenergie und tiefen Erdwärmesonden sind auch mit kleinen dezentralen Wärmepumpensystemen hohe Systemeffizienzen erreichbar
• Eine einfache Hydraulik reduziert mögliche Fehler in der Planung und Installation und vereinfacht die Inbetriebnahme sowie die Betriebsoptimierung
• Eine Systemüberwachung ist auch bei einfachen Anlagen zu empfehlen. Mit einem Monitoring können Fehlfunktionen und Defekte rasch festgestellt und behoben werden

Solarspeicher als Quelle für Sole/Wasser-Wärmepumpen

Die Ölheizung in einem Einfamilienhaus in Elgg musste nach 24 Betriebsjahren ersetzt werden. Dabei sollte ein neues System mit Wärmepumpe, Sonnenkollektoren und einem Wasserspeicher als Quelle für die Wärmepumpe zum Einsatz kommen. Die Idee dahinter: Durch Absenken der Vorlauftemperatur der Sonnenkollektoren mittels Wärmepumpe erhöht sich deren Ertrag und dank solarer Vorwärmung der Quelle der Wärmepumpe wird eine höhere Arbeitszahl erreicht. Die unverglasten Solarabsorber ermöglichen neben der Nutzung von Solarstrahlung auch die konvektive Wärmegewinnung aus der Luft. Im Projekt «Soleheap» wurde an diesem Praxisbeispiel untersucht, wie gross die verschiedenen Beiträge sind und ob mit entsprechenden Speichern auch kalte Perioden mit wenig Sonne überbrückt werden können.

Haupterkenntnisse in Kürze:

• Der Ertrag der thermischen Solaranlagen ist dank niedriger Vorlauftemperaturen auch im Winter hoch
• Die monatlichen Arbeitszahlen der Wärmepumpe für Heizung und Brauchwarmwasser variieren zwischen 4.5 im Winter und 6.5 im Sommer

• Anlagen dieser Art können als Alternativen zu Erdsonden- oder Luft/Wasser-Wärmepumpenanlagen eingesetzt werden
• Für eine breitere Anwendung muss das Systemdesign noch weiter optimiert werden

Zusammenfassender Artikel zum Projekt, erschienen in Erneuerbare Energien, Ausgabe Nr. 6/2021:

Neuste Zahlen und weiterführende Informationen zum System enthalten der Vortrag und der zugehörige Artikel, gehalten anlässlich der 28. BFE-Tagung «News aus der Wärmepumpen-Forschung» vom 22. Juni 2022.

Nachhaltiges innerstädtisches Gesamtprojekt Hohlstrasse 100 in Zürich

Die innerstädtische Weiterentwicklung und Verdichtung des Gebäudeparks wird an der Hohlstrasse 100 in Zürich durch die Ergänzung einer Blockrandbebauung und der Umnutzung eines Hofgebäudes exemplarisch aufgezeigt. Zur Maximierung der Nutzfläche wurden ultradünne Fassaden mit Aerogeldämmung und Fenster mit Vakuumisolationsverglasung (VIG) eingesetzt. Die 14 cm schlanke Aussenwandkonstruktion mit im Mittel 6 cm Aerogeldämmung erreicht einen U-Wert um 0.2 W/m2K. Mit einer konventionellen Dämmung wäre die Wand mindestens doppelt so dick. Auch die Vakuumverglasung ist sehr schlank. Mit nahezu unsichtbaren Distanzhaltern wird verhindert, dass die beiden Scheiben aufgrund des Vakuums kollabieren. Der U-Wert der VIG allein beträgt 0.58 W/m2K. Aus Schallschutzgründen wurde die Verglasung für die Strassenseite mit einer dritten Scheibe und einer Argonfüllung kombiniert. Dadurch reduziert sich der U-Wert des 3-fach-Pakets auf noch 0.4 W/m2K. Die konsequente Bedarfsminimierung, der Einsatz einer Grundwasserwärmepumpe sowie eine Photovoltaik-Anlage tragen zu tiefen Verbrauchszahlen und einer hohen Effizienz des Systems bei.

Haupterkenntnisse in Kürze:

• Mit Aerogel-Dämmung und Vakuumisolationsverglasungen lassen sich sehr schlanke Fassaden realisieren, was eine maximale Flächenausnutzung möglich macht

• Die schmalen Wandaufbauten stellen erhöhte Anforderungen an die Masstoleranzen beim Rohbau sowie von Betonfertigbauteilen und vorfabrizierten Elementen. Dies muss bereits in der Planungsphase im Detail  berücksichtigt werden. Abweichungen führen sonst wie im vorliegenden Projekt zu aufwändigen Anpassungs- und Korrekturmassnahmen.

• Die gleichzeitige Umsetzung verschiedenster neuer Technologien und Pilotmassnahmen ist komplex und hat zu den Schwierigkeiten im Bauablauf beigetragen. 

Regeneration von Erdwärmesonden mit Asphaltkollektoren

Erdwärmesonden werden für einen langfristigen Betrieb ausgelegt. Dennoch kühlen sich Erdwärmesonden über die Jahre aus. Um dies zu verhindern, empfiehlt sich die Regeneration der Erdwärmesonden mittels Wärmeeintrag im Sommer. Eine im Auftrag der Abteilung Energie des AWEL erstellte Studie zeigt, dass sich Asphaltkollektoren unter Parkplätzen oder Zufahrtsstrassen dazu gut eignen. Durch die Regeneration erhöht sich die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe, weshalb die Regeneration auch wirtschaftlich interessant sein kann. 

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.

Saisonspeicherung von Wärme und Kälte in einem Klärbecken

Statt abzubrechen wurde ein altes ARA-Klärbecken als Saisonspeicher für Wärme und Kälte weiterverwendet und als Fundament für ein neues Gewerbehaus genutzt. In der Planung ging man davon aus, dass der Heizwärmebedarf denjenigen für Kälte übersteigen würde. Das Klärbecken wurde deshalb als Eisspeicher konzipiert. Im Betrieb hat sich dann aber gezeigt, dass die Abwärme aus der gewerblichen Kälte des Tankstellenshops viel höher ist als vorhergesehen und der Speicher gar nie in den Vereisungszustand kommt. Die durchgeführten Energiemessungen liessen zudem vermuten, dass zwischen dem Speicher und dem umgebenden Erdreich ein signifikanter Wärmeaustausch stattfindet. Mit Modellrechnungen konnte dieser Sachverhalt bestätigt und quantitative Angaben für den Wärmedurchgang durch Speicherwände und Boden gemacht werden.

Haupterkenntnisse in Kürze:

• Thermisches Modell für den Wärmeaustausch mit dem Erdreich und zur Auslegung von (Eis-) Speichern
• Regelstrategie-Vorschlag für eine optimale Abtaufunktion für die Wärmetauscherplatten in einem Eisspeicher basierend auf internen Messdaten der Wärmepumpe.

Hocheffizientes Energiesystem für ein Einfamilienhaus

Ziel dieses Projektes war die Anwendung des hocheffizienten Energie-Konzeptes «2SOL» in einem Einfamilienhaus mit Demonstration eines COP (coefficient of performance) der Wärmepumpe von mindestens 7.5 im Heizbetrieb an den kältesten Tagen. Das System basiert auf einer Niederhub-Wärmepumpe mit 420 m tiefer Erdwärmesonde, Hybridkollektoren zur Wärme- und Stromgewinnung und einer nahezu kompletten thermischen Regeneration der Sonde. Die Erfolgskontrolle zeigt, dass die gesteckten Effizienzziele erreicht oder übertroffen wurden und dass für das ganze Haus eine nahezu ausgeglichene elektrische Energiebilanz über die Messperiode resultiert. Das Projekt zeigt exemplarisch, wie mit solchen Systemen der Winterstrombedarf für Heizung und Warmwasser minimiert werden kann.