Haustech 3/2017

Die Sommersonne heizt noch im Winter ein

Heizwärme auch in eisigen Winternächten: Dank dem ausgefeilten Speicherkonzept kann die solare Ernte saisonal gespeichert werden. (Foto: Michael Staub)
«Ganz normales Wohnen»: Familie Vogt erlebt keine Einschränkungen. (Foto: Michael Staub)
Astrid Schwitter und Daniel Marty haben den Stromverbrauch im Griff. (Foto: Michael Staub)
Nur an vereinzelten Tagen liegt der Energiebezug über dem Budget. (Foto: Michael Staub)
Michael Staub /

Das Winterhalbjahr war lange Zeit der Spielverderber für alternative Heizwärmekonzepte. Doch nun lässt sich die kalte Jahreszeit mit Strom und Wärme aus der Photovoltaik überbrücken. Das energieautarke Haus in Brütten ZH verwendet zu diesem Zweck thermische, elektrische und gasbasierte Speicher.

Im Juni 2016 wurde in Brütten ZH das erste energieautarke Mehrfamilienhaus der Schweiz eingeweiht. Das Projekt der Umwelt Arena Schweiz erregte grosses Aufsehen im In- und Ausland. Roger Balmer, Inhaber der Pro-Energie GmbH, beschreibt das Konzept wie folgt: «Im Prinzip haben wir die Energiestrategie 2050 in ein Haus hineingepackt. Es gibt keinen Netzanschluss, keinen doppelten Boden, das Gebäude ist vollständig energieautark.» Er betont, diese Autarkie sei kein Selbstzweck, sondern ein Machbarkeitsbeweis: «Wir wollten zeigen, dass man mit dem Bau eines so visionären Gebäudes nicht zuwarten muss, sondern es mit der bereits heute verfügbaren Technik erstellen kann.»

Strom und Heizwärme gewinnt man in Brütten primär von der Sonne. Dach und Fassade des Gebäudes sind ganzflächig mit speziellen Photovoltaik-Modulen bedeckt. Diese wurden eigens für das Gebäude als «Bauplatte» entwickelt und spielten eine wichtige Rolle für die Lösung der gestellten Aufgabe (siehe «Photovoltaik erobert die Fassade, Haustech 10/2016). Die PV-Anlage liefert insgesamt rund 120 Kilowatt (Peak) in das hauseigene Netz. Ein angehängter Batteriespeicher mit einer nutzbaren Kapazität von etwa 150 Kilowattstunden speist das gebäudeeigene Netz. Dieser grosse Speicher erzeugt rund um das Jahr Abwärme. Im Sommer wird diese zur Regenerierung der Erdsonde genutzt, im Winter heizt man damit zwei Technikräume auf.

Smarte Heizwärmeversorgung

Der Hauptwärmeerzeuger ist eine Standard-Wärmepumpe der Firma Hoval. Für deren Betrieb können je nach Situation verschiedene Quellen genutzt werden. Neben der Erdsonde kommt auch die Aussenluft infrage. Eine weitere Option sind die beiden thermischen Langzeitspeicher unter dem Gebäude. Aus diesen grossen Warmwassertanks kann das Gebäude auch ohne Wärmepumpe beheizt werden. «Diese Speicher sind sehr kostengünstig. Weil wir aus dem Biogasbereich kommen, haben wir schlicht zwei Güllentanks unter dem Haus versenkt und mit einer 20 Zentimeter starken Dämmung versehen», erläutert Roland Zwingli, Geschäftsführer der RZ-Energiemanagement GmbH.

Die beiden Gebäudehälften stehen im Prinzip auf diesen Speichertanks, deren Gesamtvolumen 250 000 Liter beträgt. In der Übergangszeit sorgt diese Bauweise schon für eine gewisse Grunderwärmung, sodass die effektiv notwendige Heizleistung vermindert werden kann. Die Bodenheizung in Brütten benötigt lediglich eine Vorlauftemperatur von 28 Grad Celsius bei einer Aussentemperatur von -8 Grad Celsius. In der stromarmen Zeit kann deshalb relativ lange direkt aus den Warmwassertanks geheizt werden. Wenn die Temperatur des Warmwassers nicht mehr für den Direktbetrieb ausreicht, wird dieses der Wärmepumpe zugeführt. So erreicht man laut Roland Zwingli eine Tagesarbeitszahl von bis zu sieben.

Improvisierte Innovation

Das heutige System verdanken wir auch gewissen Sachzwängen. Denn ursprünglich plante man für den Neubau eine Erdsonde mit einer Tiefe von 800 Metern. «Für diese Tiefe hat man uns die Sonde nicht bewilligt. Deshalb mussten wir kurzfristig neu planen und sind auf Wärmespeicher unter dem Gebäude umgestiegen», erläutert Walter Schmid, Verwaltungsratspräsident der Umwelt Arena Schweiz und Bauherr des Gebäudes in Brütten. Die notwendigen Berechnungen für die Wärmespeicherung wurden gemeinsam mit der Hochschule Luzern (HSLU) durchgeführt. Walter Schmid konnte auf 30 Jahre Erfahrung als Generalunternehmer zurückgreifen: «Zudem haben wir für den Neubau in Brütten viele Innovationen übernommen,die beim Bau der Umwelt Arena eingebracht wurden.»

Trotz der zahlreichen Energiequellen für die Heizwärmeversorgung ist die Gebäudetechnik in Brütten relativ überschaubar. «Das gesamte System besteht aus Komponenten, die schon heute am Markt verfügbar sind und sich bewährt haben. Jede Komponente, etwa die Wärmepumpe, funktioniert in sich selbstständig. So erreichen wir ein sehr zuverlässiges System mit einer hohen Verfügbarkeit», führt Roland Zwingli aus. Und Roger Balmer ergänzt: «Für die Steuerung benötigen wir keine komplexe und anfällige Technik. Die Vernetzung besteht deshalb vor allem aus Start- respektive Stopp-Befehlen an die einzelnen Komponenten.»

Ein möglicher Ausfall der Heizung ist für Walter Schmid kein Thema: «Wir verlassen uns auf unsere Berechnungen zur PV-Produktion und auf die Warmwasserspeicher. Zudem haben wir die Wasserstoff-Brennstoffzelle als Backup», sagt der Bauherr. Wichtig ist ihm auch ein angemessenes Verhalten der Mietparteien: «Der Energiebedarf hängt auch von den Ansprüchen ab. Unter Umständen muss man halt wärmere Kleidung anziehen.»

Wenige Einschränkungen

Durch LED-Beleuchtung, eine möglichst dichte Gebäudehülle mit Komfortlüftung und den durchgehenden Einbau von Bestgeräten wird der Energiebezug in den neuen Wohnungen so tief wie möglich gedrückt. Pro Jahr steht den Mieterparteien ein Energiebudget von 2200 Kilowattstunden elektrischer Energie zur Verfügung. Das ist just die Hälfte des durchschnittlichen Schweizer Verbrauchs in einer 4,5-Zimmer-Wohnung.

«Im Alltag fühlen wir uns nicht gross eingeschränkt. Am ehesten merken wir es bei der Raumtemperatur», sagt Rhode Dössegger, die mit Mann Benjamin und Sohn Lias (2) im Mai 2016 eingezogen ist. In der Regel werde es in der Wohnung nicht über 21 Grad Celsius warm: «Anfangs fand ich das ziemlich kühl. Inzwischen empfinde ich die Wohnungen von Bekannten und Freunden als überheizt, dort ist es oft um die 23 bis 24 Grad warm.» Wirklich ungemütlich sei lediglich der Moment, in dem man aus der warmen Dusche oder der Badewanne komme. Mit einem elektrischen Heizofen, der jeweils für zwei Minuten zum Einsatz kommt, haben Dösseggers das Problem gelöst.

Auch für Astrid Schwitter und Daniel Marty ist die Raumtemperatur «das einzige Problem, oder einfach das, woran wir uns gewöhnen müssen». So lange man sich bewege, sei die Temperatur kein Thema, meint Astrid Schwitter: «Sobald man sich aber hinsetzt und ein Buch lesen oder etwas TV schauen will, kann es etwas kühl werden.» Kein Thema ist die Raumtemperatur bei der Familie Vogt im Erdgeschoss. «Wir leben ganz normal und müssen uns nicht einschränken», sagt Corinne Vogt, die gemeinsam mit Ehemann Martin und den Kindern Lynn (5) und Wyatt (2) im Juni 2016 eingezogen ist.

Hausgemachter Wasserstoff

Allen Bewohnern steht ein Gas- sowie ein Elektrofahrzeug zur Verfügung. Reserviert und abgerechnet werden die Fahrten über das System von Mobility. Der Strom für den Betrieb des Elektrofahrzeugs wird ebenfalls im Haus erzeugt, das Gasfahrzeug kann an den Kompogas-Tankstellen aufgetankt werden. Eine Elektrolyse-Anlage im Haus spaltet während des Sommerhalbjahrs mit überschüssigem Solarstrom Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff.

Bei diesem chemischen Prozess entsteht Wärme, die vollumfänglich genutzt wird. So erzielt man einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent. Das Gas wird in zwei unterirdischen Tanks eingelagert. Im Winter kann es in einer speziellen Brennstoffzelle «verbrannt» werden. Diese Zelle erzeugt Gleichstrom, der direkt in den Batteriespeicher eingespiesen wird. Neben dem elektrischen Strom liefert die Brennstoffzelle auch Wärme. Die rund 60 Grad Celsius nutzt man zur Erwärmung des Brauchwarmwassers und kann so die Wärmepumpe entlasten.

Intensive Vernetzung

Mit Technik alleine ist die Energiewende nicht zu schaffen. Notwendig sind auch Veränderungen im Verhalten – und dazu braucht es zunächst einmal ein Bewusstsein für gewisse Zusammenhänge. Im öffentlichen Diskurs werden die Produktion, Speicherung und Nutzung von Energie sowie das Mobilitätsverhalten meist als separate Einheiten verhandelt. In Brütten sind sie dagegen von Anfang an eng miteinander verknüpft. Das macht sie für die Bewohner nicht nur erlebbar, sondern auch im Alltag relevant. So sagt etwa Benjamin Dössegger: «Man versucht, dem System in diesem Haus etwas Luft zu geben. Wenn das Wetter zwei Tage lang schlecht war, dann will ich den Batteriespeicher nicht überstrapazieren.»

Wie alle Mietparteien hat auch die Familie Dössegger via Tablet jederzeit Zugriff auf ihren aktuellen Energiebezug. Innerhalb eines halben Jahres habe man ein einziges Mal den vorgegebenen Maximalwert überschritten, sagt der Familienvater: «Da haben wir gekocht, gebacken, gewaschen und getumblert. Und alle drei haben noch geduscht, darum waren wir abends bei etwa 120 Prozent.»