Haustech 2/2018

Die Natur heizt ein

Sonnige 
Aussichten: 
Sämtliche 
Dachflächen 
der Siedlung 
sind mit 
PV-Indachanlagen 
ausgerüstet. (Foto: Michael Staub)
Michael Staub /

Mit der «Chlostermatte» ist in Fraubrunnen BE eine eindrückliche Plusenergie-Siedlung entstanden. 
Dank einer vollflächigen PV-Anlage und Grundwasser-Wärmepumpen ist der Energiebezug gering. Mit der angedachten Gründung einer Eigenverbrauchsgemeinschaft und einem zusätzlichen Quartierspeicher könnte die Autarkie noch weiter steigen.

Wer mit der S-Bahn von Bern nach Fraubrunnen fährt, kann die Entwicklung der Photovoltaik im Gebäudepark ablesen. Beim Blick aus dem Zugfenster sieht man sämtliche Stadien, von aufgeständerten Panels über Aufdachanlagen im «Schoggitafel»-Design bis zu eleganten Indachanlagen. Zwanzig Minuten nach der Abfahrt hält der Zug in Fraubrunnen, wo die PV-Erzählung um ein neues Kapitel ergänzt wird. Am Ortsrand des rasant wachsenden Dorfes steht die Siedlung Chlostermatte. Sie wurde im Minergie-P-Standard erstellt und umfasst 11 Doppeleinfamilienhäuser und drei Mehrfamilienhäuser mit Eigentums- und Mietwohnungen. Die markanten Steildächer sind vollständig mit PV-Modulen ausgerüstet.

Volle Sonnenkraft voraus

Im architektonischen Konzept waren für die PV-Nutzung zuerst nur die südlichen  Dachflächen vorgesehen. Für die Genossenschaft Elektra, das regionale EVU, wäre dies eine verpasste Gelegenheit gewesen. Ihre Vertreter erfuhren noch in der Planungsphase vom geplanten Projekt und schlugen vor, die gesamte Dachfläche mit Modulen zu belegen. Das Argument überzeugte die Bauherrschaft sogleich: «Wir haben nun ein Contracting für 25 Jahre abgeschlossen, die Energieversorgung ist damit langfristig und zu attraktiven Preisen gesichert. Die einheitlichen Dachflächen überzeugen auch architektonisch viel mehr. Sonst hätten wir zur Hälfte Ziegel und zur Hälfte PV-Module auf den Dächern», resümiert Walter Odermatt von der Sycasa AG.  

Zum Einsatz kamen Megaslate-Elemente von Meyer Burger. Die Gesamtfläche der PV-Anlage beträgt 3617 Quadratmeter, ihre Leistung 577 kW(p). Der prognostizierte Jahresertrag von 494 400 kWh entspricht dem Strombedarf von 109 Haushaltungen. Durch die günstige Lage gibt es kaum Verschattungen. Lediglich bei einem Kamin müssen diese mit Optimizern aufgefangen werden. Aus Kostenüberlegungen wurden die übrigen Dachflächen nicht mit Optimizern bestückt. «Insgesamt haben wir 3960 Module verbaut. Anstelle von Dummys haben wir Sondermodule verwendet, dadurch gibt es so wenig Blechabschlüsse wie möglich», erläutert Thomas Baumann, verantwortlicher Projektleiter bei der Genossenschaft Elektra. Während die Standardmodule auf 180 Watt Leistung ausgelegt sind, erreichen die Sondermodule Werte zwischen 105 und 140 Watt.

Zentrale Einspeisung

Für jedes Doppeleinfamilienhaus sind zwei Wechselrichter notwendig. Diese befinden sich nicht in den Häusern selbst, sondern sind in der Tiefgarage platziert. So werden jeweils acht Wechselrichter zusammengefasst. Von dort führen die Leitungen zum Haupteinspeisepunkt im Technikraum. Dieser beherbergt neben den Elektroinstallationen auch den Wärmetauscher und ist für eine Siedlung dieser Grösse überraschend kompakt. Hinter den Blechtüren der Schaltschränke befinden sich transparente Abdeckungen. Die so sichtbar gemachten Installationen könnten ohne Weiteres ein Lehrbuch für Elektroinstallateure zieren.

«Wenn man die Arbeit sieht, wird sie von Anfang an sorgfältig gemacht», sagt Simon Rindlisbacher, verantwortlicher Teamleiter bei der CSP Meier AG. Zu Beginn habe man für die Chlostermatte eine KEV-Anlage geplant: «Darum suchten wir einen zentralen Messpunkt, um die Energiezählkosten so tief wie möglich zu halten. Sonst hätten sich die Zählerkosten der Standorte dermassen kumuliert, dass die Anlage unwirtschaftlich wäre.» Die Installation folgt dem ursprünglichen KEV-Design. Ausgehend vom Technikraum hat man eine baumstrukturartige Verkabelung zu den Wechselrichterstandorten respektive Wohneinheiten gewählt. Für die Vorsicherung der Bezüger und der gesamten PV-Anlage gibt es je ein eigenes System. Die gesamte Anlage ist auf 1250 Ampere ausgelegt. Für den Bezug sind maximal 400 Ampere vorgesehen, der Hauptschalter ist jedoch auf 750 Ampere eingestellt. «Gerade im Sommer wird deutlich mehr Strom produziert als verbraucht, dadurch wird die Rückleitung sehr stark belastet», erläutert Rindlisbacher.

Für die Zukunft ist eine Eigenverbrauchsgemeinschaft (EVG) angedacht. Erste Sondierungen verliefen vielversprechend, die Umsetzung muss jedoch noch von der Eigentümerversammlung beschlossen werden. «Möglich wäre auch ein Quartierspeicher, der nötige Platz ist vorhanden. Unser Ziel wäre es, die gesamte Überbauung nahezu autonom betreiben zu können, also nicht nur für Heizwärme und Warmwasser, sondern auch für den Strom», sagt Thomas Baumann von der Genossenschaft Elektra. Für die Umsetzung einer EVG könnten die Strombezüge nicht mehr über den zentralen Zähler laufen, sondern müssten auf individuelle Hauszähler umgelegt werden. Diese Neuverkabelung wäre mit wenig Aufwand umsetzbar, beim Bau hat man unter anderem genügend Leerrohre eingezogen.

Wärme dank Grundwasser

Für die Heizwärmeversorgung nutzt die Siedlung das Grundwasser. Dieses wird mit zwei Entnahmebrunnen gefasst. Die Pumpen der beiden Brunnen sind auf 11 respektive 12 Metern Tiefe platziert. Das gefasste Grundwasser wird in den zentralen Technikraum geführt. Dort erfolgt in einem grossen Platten-Wärmetauscher die Erhitzung des Zwischenkreises mit einem Wasser-Glykol-Gemisch. Das Grundwasser strömt anschliessend in einen zentralen Rückgabebrunnen, der Austrittspunkt befindet sich 7 Meter unter Terrain. Das gefasste Wasser besitzt eine durchschnittliche Temperatur von 11 Grad Celsius, die Minimaltemperatur für die Rückgabe beträgt 4 Grad Celsius.

Im Zwischenkreis arbeitet man mit einem Vorlauf von 10 Grad Celsius und einem Rücklauf von 6 Grad Celsius. Dieses geringe Delta T ist der Grund für den gross dimensionierten Wärmetauscher. Für die Solezirkulation im Zwischenkreis sorgen zwei Pumpen, jede kann 75 Prozent der notwendigen Gesamtleistung erbringen. Selbst beim Ausfall einer Pumpe müsste also niemand frieren. Der Zwischenkreis ist als Ringleitung nach dem Tichelmann-System ausgeführt, so wird jede Wärmepumpe mit identischem Druckverlust erreicht.

Insgesamt sind in der Siedlung 25 Wärmepumpen mit Invertertechnik verbaut. «Wir haben also keine konventionellen Wärmepumpen, die mit voller Leistung für einen Speicher produzieren. Vielmehr werden die Pumpen nach der Aussentemperatur geführt und produzieren so stets nur so viel Wärme, wie gerade gebraucht wird», erläutert René Grütter, Inhaber der Grütter Gebäudetechnik AG in Bönigen. In jedem der drei Mehrfamilienhäuser steht eine baugleiche Anlage. Sie umfasst je eine Nibe-Wärmepumpe des Typs F1155-16. Beim Betriebspunkt B0/W35 erreichen diese einen COP von 4,92. Die Leistung beträgt 9,42 kW. Jedes Mehrfamilienhaus besitzt zudem einen Hochleistungs-Registerboiler mit einem Fassungsvermögen von 900 Litern.

Die Wärmepumpe speist diesen Boiler ebenso wie eine Heizgruppe für die Fussbodenheizung. Für jede Wohneinheit der Doppel-EFH gibt es je eine Wärmepumpe des Typs F1255-6. Bei B0/W35 wird eine Heizleistung von 3,32 kW erzielt, der COP beträgt 4,86. In jeder dieser Wärmepumpen ist ein Boiler mit einem Volumen von 200 Litern integriert.

Anspruchsvolle Bauarbeiten

Gebäudetechniker dürften sich vor allem für die markanten PV-Dächer und die dezentralen Wärmepumpen der Chlostermatte begeistern. Doch nicht nur der Maschinenraum der neuen Siedlung, sondern auch ihre innere und äussere Hülle bieten zahlreiche Highlights. So kamen etwa für den Innenausbau nur mineralische Putze und Farben sowie Echtholzparkett zum Einsatz.
Die markanten Vordächer, die drei 
Meter weit auskragen, setzen einen architektonischen Akzent und sorgen für 
einen witterungsgeschützten Sitzplatz.

Die Dachstühle sind aufwendige Holzbaukonstruktionen mit einer 34 Zentimeter starken Dämmung. «Damit diese Vordächer stützenfrei gebaut werden konnten, hat man die Konstruktion um 90 Grad gedreht. Die Sparren laufen in der Traufe 
parallel zum First», erläutert Bauleiter Reto Wegmüller. Aussenwände und Bodenplatten sind mit einer 24 Zentimeter starken EPS-Dämmung versehen, die Minergie-P-Zertifizierung wurde mit dem üblichen Blower-Door-Test erreicht. Quasi als «Zückerli» hat der Kanton Bern die Chlostermatte zudem als Plusenergiesiedlung ausgezeichnet.

Unter der Siedlung befindet sich die 2000 Quadratmeter grosse Tiefgarage, die auch als Standort für die Wechselrichter und den zentralen Technikraum dient. Weil sich die Parzelle in einem Grundwassersee befindet, war der Bau höchst anspruchsvoll. Einerseits galt es, das Eintragen von Schmutz und Gefahrstoffen in das Grundwasser zu verhindern, andererseits musste mit partieller Grundwasserabsenkung gearbeitet werden. Nach über einem Jahr in Betrieb ist die Tiefgarage immer noch einwandfrei dicht. Und das Grundwasser, auf das man beim Bauen besonders gut achten musste, sorgt in den Häusern und Wohnungen nun für angenehme Temperaturen.