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Strom wird komplett selbst erzeugt

Schweizer Mehrfamilienhaus heizt ohne externe Energie

18.09.2016, 10:45

Photovoltaik-Hochleistungsmodule auf dem Dach
Das Mehrfamilienhaus kommt ganzjährig ohne externe Energiequelle aus. © Umwelt Arena Spreitenbach

In der Gemeinde Brütten in der Schweiz steht seit kurzem ein Mehrfamilien-Wohngebäude, das ganzjährig ohne externe Energiequelle auskommt. Keine der neun Wohnungen ist an das öffentliche Netz angeschlossen. Der gesamte Strom wird aus selbst produzierter Sonnenenergie sowie aus der Erdwärme gewonnen.

Um gut zehn 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.

Die gesamte elektrische und thermische Energie wird aus der Sonne bezogen und durch verschiedenste Speicherformen im Gebäude über das gesamte Jahr verteilt. Um trotzdem ein 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 4400 kWh pro Wohnung und Jahr auf 2200 kWh/Wohnung/Jahr halbiert, ohne dass die Bewohner Komforteinbußen in Kauf nehmen müssen.

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 Photovoltaik-Module 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.

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 Wärmetauscher 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.

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 verringeren sich die elektrische Leistungsaufnahme der Wärmepumpe sowie der elektrische Gesamtenergiebedarf des Gebäudes. Quelle: Hoval / pgl

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