Strom- und Gaslieferanten außen vor

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 Prozent liegen die Baukosten über denen eines vergleichbaren Mehrfamilienhauses mit konventioneller Technik. Im Gegenzug müssen die Bewohner aber kein Geld für Strom und Wärme ausgeben.

Kein Anschluss ans Stromnetz

Die gesamte elektrische und thermische Energie des energieautarken, rein solarbetriebenen Mehrfamilienhauses wird aus der Sonne bezogen und durch verschiedenste Speicherformen im Gebäude über das gesamte Jahr verteilt.

Die Sonne liefert circa 5 800 Mal mehr Energie, als die Welt verbraucht. Jedoch scheint die Sonne nicht immer dann, wenn diese Energie benötigt wird. Um trotzdem ein zu 100 Prozent energieautarkes Gebäude zu realisieren, muss die Effizienz in jedem Bereich erhöht werden: bei der Energieproduktion über die Energiespeicherung bis hin zum Verbrauch. Dazu gehört, dass sich alle Komponenten des Hauses wie Gebäudehülle, Gebäudetechnik und Energiekonzept technisch auf dem höchsten Niveau bewegen und die energieeffizientesten Küchen- und Haushaltsgeräte eingesetzt werden. So wird der heute durchschnittliche Verbrauch von 4 400 kWh pro Wohnung und Jahr auf 2 200 kWh/Wohnung/Jahr halbiert, ohne dass die Bewohner Komforteinbußen in Kauf nehmen müssen.

Das Projekt Energieautarkes Mehrfamilienhaus zeigt, dass die Vision von 100 Prozent sauberer Energie schon heute möglich ist, wenn vorhandene Techniken und das Know-how konsequent genutzt und intelligent kombiniert werden.

Photovoltaik als Energiequelle

Wichtigste Energiequelle sind Photovoltaikmodule: 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 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 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.

Wärme- und Warmwasserproduktion

Rund 70 Prozent 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-Wärmepumpen Hoval Thermalia twin H19. 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, sodass kein Frostschutzmittel für die Erdsonden benötigt wird. Der Wärmeübertrager kommt nur dann zum Einsatz, wenn er technisch absolut unerlässlich ist, wie zum Beispiel 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.

Fazit

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.

www.hoval.de

Eine möglichst niedrige Vorlauftemperatur des Wärmesystems und eine optimale Bestimmung der Wärmequelle sind die Schlüssel zu einem effizienten Gesamtsystem.

Leiter Kundencenter Ostschweiz der Hoval AG, CH-Feldmeilen