Haustech 4/2018

Strom und Gas 
in einer Box

Das Mehrfamilienhaus ist mit über 1000 Photovoltaikmodulen ausgerüstet, die dank einer Hakenhalterung einfach montiert werden können. (Foto: Umwelt Arena Schweiz)
Simon Eberhard /

Im Süden von Zürich hat die Umwelt Arena Schweiz kürzlich ihr neues Projekt vorgestellt: ein Mehrfamilienhaus, das CO2-neutral und gleichzeitig wirtschaftlich betrieben werden kann.

Es war eine tolle Schlagzeile, welche die Umwelt Arena Schweiz vor zwei Jahren generieren konnte: «Weltweit erstes energieautarkes Mehrfamilienhaus!» Wer sich nur davon leiten lässt, für den mutet das neueste Projekt der Umwelt Arena auf den ersten Blick möglicherweise ein wenig enttäuschend an. Denn das Elf-Familienhaus in Zürich-Leimbach ist nicht nur wieder am Stromnetz, sondern auch noch am Gasnetz angeschlossen.

Um die Innovation zu erkennen, muss man daher ein wenig über die knackige Schlagzeile hinwegschauen: Während es dem Projektteam in Brütten in erster Linie darum gegangen ist, zu beweisen, dass ein energieautarkes Haus grundsätzlich technisch machbar ist, hat es die Umwelt Arena mit dem neuen Elf-Familienhaus in Zürich-Leimbach darauf angelegt, ein Gebäude zu erbauen, das gleichermassen umweltfreundlich ist wie auch wirtschaftlich betrieben werden kann.

Modulares Fassadensystem

Der «Look&Feel» von Brütten ist dabei ähnlich geblieben: Rein äusserlich erinnert die Fassade in ihren matten Grautönen an das energieautarke Haus. Wie dort ist das Haus mit Photovoltaikanlagen auf Dach und Fassaden ausgestattet, wobei die einzelnen Zellen erst bei einer Annäherung an das Haus als solche erkennbar sind. Allerdings handelt es sich bei den Photovoltaikanlagen um eine Neuentwicklung der René Schmid Architekten AG. Das modulare Fassadensystem erlaubt es, über 95 Prozent der Fassadenoberfläche mit derselben Modulgrösse zu belegen. So ist das Haus mit über 1000 identischen Modulen ausgestattet, was sich günstig auf die Kosten auswirkt. Dank einer einfachen Hakenhalterung aus Edelstahl sind die Module zudem für Handwerker unkompliziert und schnell montierbar.

Auch auf dem Dach ist eine neue Generation von Solarmodulen installiert. Diese sammeln das Sonnenlicht sowohl über die Vorder- als auch über die Rückseite und liefern so Elektrizität aus direkter und indirekter Sonnenstrahlung. Um den Reflektionsgrad der Dachoberfläche zu steigern, wurde auf dem Dach ein helles Marmorkies eingebracht, was gemäss dem Projektteam eine Leistungssteigerung von über fünf Prozent gegenüber herkömmlichen Photovoltaikmodulen bringt.

Power-to-Gas als Zwischenspeicher

Nun besteht freilich die Herausforderung, mit dem alle Photovoltaikanlagen zu kämpfen haben: Im sonnenreichen Sommer produzieren sie zu viel, im Winter, wenn der Energiebedarf am grössten ist, hingegen zu wenig. Batterien ermöglichen zwar die Stromspeicherung im Verlaufe eines Tages, sind hingegen nicht geeignet für eine saisonale Speicherung. Der Neubau in Leimbach nutzt daher die Power-to-Gas-Technik, eine der derzeit vielversprechendsten längerfristigen Speichertechnologien für elektrische Energie (siehe auch Interview mit Peter Jansohn, Haustech 12/2016).

Die Power-to-Gas-Anlage steht allerdings nicht im Haus selbst – die Technologie ist nicht für eine Nutzung in dieser Grössenordnung ausgelegt. Stattdessen nutzt das Haus das lokale Strom- und Erdgasnetz der Stadt Zürich. Die überschüssige Elektrizität, die im Sommer produziert wird, gelangt via lokales Stromnetz in eine externe Power-to-Gas-Anlage (im Bau), wo sie in Methan (CH4) umgewandelt werden wird. Das Methangas wird nun ins Schweizer Erdgasnetz eingespeist und dort gespeichert. Im Winter bezieht das Mehrfamilienhaus dann das im Sommer produzierte und «zwischengespeicherte» Methangas aus dem Erdgasnetz. Das Gebäude kann aber dank Biogas bereits jetzt CO2-neutral betrieben werden.

Emissionsarme Energiezentrale

Als Energiezentrale funktioniert hierbei die patentierte Hybridbox. «Das System hat die Grösse eines Ölkessels oder einer grösseren Wärmepumpe und kann ins Gebäude eingebaut werden», erläutert Roger Balmer von Pro-Energie GmbH, der die Box entwickelt hat. Die von der Klimastiftung Schweiz unterstützte Hybridbox verbindet die verschiedenen energetischen Disziplinen in einem Gebäude: die Bereitstellung von Wärme für Heizen und Brauchwarmwasser, die Unterstützung von Kühlprozessen, die Gebäudekühlung und die Stromproduktion. Eine intelligente Steuerung sorgt vollautomatisch dafür, dass die Anlage immer effizient betrieben wird. Dabei stösst sie im Vergleich zu einer konventionellen Öl- oder Gasheizung bis zu 50 Prozent weniger CO2 aus.

Die Hybridbox besteht aus einer Sole/Wasser-Wärmepumpe, einem Bio-/Erdgas-betriebenen Blockheizkraftwerk, einem integrierten Abgaswärmetauscher und einer internen Wärmerückgewinnung in einer Anlage mit einer zentralen Regelung und Steuerung. Mit der Wärmepumpe können Aussenluft, Abwärme oder alle anderen über eine Sole erschliessbaren Wärmequellen und Prozesse genutzt werden. Durch die Verknüpfung mit der internen Wärmerückgewinnung kann so, je nach vorhandener Quelle, auch bei tiefen Temperaturen ein guter Wirkungsgrad erreicht werden.

Hohe Flexibilität

Die interne Wärmepumpe nutzt für ihren Betrieb den Strom, den die PV-Zellen auf dem Dach an einem sonnigen Tag produzieren. Wenn dieser Strom nicht ausreicht, kann die Anlage jederzeit auf Gasbetrieb umstellen. Überschüssiger Strom wird wiederum an das öffentliche Netz angegeben. Dank der Flexibilität ist es sogar zeitweise möglich, Winterstrom ins Netz abzugeben – was bisher für ein Photovoltaikhaus undenkbar war. «Die Hybridbox kann jederzeit auf Nachfrage und Angebot reagieren», sagt Roger Balmer und ergänzt: «Das Ganze ist nur machbar, weil wir starke Partner haben, die ihre zuverlässigen Komponenten dazu beigesteuert haben.»

Einer dieser Partner ist die ABB. Das Technologieunternehmen war in Leimbach unter anderem für das Haussteuerungssystem verantwortlich, das dazu beiträgt, den Energieverbrauch möglichst klein zu halten. Es lässt sich mit einem Panel an der Wand, mit einem Tablet oder mit einem Handy steuern. Dank Fühlern im Innen- und Aussenbereich reagiert die digitale Haussteuerung selbsttätig auf externe Einflüsse: Ist es im Sommer in der Wohnung zu warm, weil die Sonne an die Scheibe scheint, werden automatisch die Storen zur Beschattung heruntergefahren. Bläst ein starker Wind, der die Storen beschädigen könnte, werden sie hinaufgezogen. Massnahmen wie diese helfen nicht nur, den Energieverbrauch  klein zu halten, sondern steigern auch den Komfort der Bewohnerinnen und Bewohner. Dank der individuell programmierbaren Automatisierung arbeitet das Gebäude auch energieeffizient, wenn niemand zu Hause ist.

Mobilität forcieren

Ein «Mehrfamilienhaus mit Energiezukunft» – so nennt die Umwelt Arena Schweiz ihr neuestes Baby. Im Gegensatz zum Projekt in Brütten ist dieses Mehrfamilienhaus zwar nicht energieautark – aber CO2-neutral, wie Walter Schmid, Verwaltungsratspräsident der Umwelt Arena Schweiz, sagt. «Mit Ausnahme der Wasserstoff-Anlage haben wir alles, was wir damals ausgeklügelt haben, hier wieder gebracht», so der umtriebige Unternehmer. «Während Brütten noch sehr teuer war, sind hier sämtliche Kosten amortisierbar».

Doch auf den Erfolgen will er sich nicht ausruhen. «Als nächstes möchten wir die Altbausanierung verbessern», nennt Schmid seine nächste Vision. «Ziel ist, den Energieverbrauch bei einer Sanierung um rund 50 bis 60 Prozent zu reduzieren.» Und auch die Mobilität will er noch forcieren. Ein Anfang ist im Mehrfamilienhaus in Leimbach übrigens bereits gemacht: Im Keller des Gebäudes finden sich Ladestationen für Erdgas/Biogas-Autos als auch solche für Elektromobile. Auch hier ist man also durch und durch hybrid unterwegs.