Toolbox für CO2-freie Geb?ude
Ein Set an neuen Geb?udetechnologien macht es m?glich, Geb?ude zu heizen und zu kühlen, ohne dabei CO 2 auszustossen. Unter dem Label ?2SOL? will eine Firmen-Allianz den an der ETH entwickelten Komponenten nun zum Durchbruch verhelfen.
Rund 40 Prozent der CO2-Emissionen in der Schweiz gehen auf das Konto von Geb?uden. Geb?udesanierungen spielen deshalb eine wichtige Rolle in der Strategie des Bundes, die Treibhausgas-Emissionen durch Massnahmen im Inland zu reduzieren. Bessere W?rmed?mmungen von Geb?uden und effizientere ?l- und Gasbrennern stellen eine M?glichkeit der Sanierung dar. Einen anderen Weg schl?gt die ETH Zürich vor mit einem Set an Geb?udetechnologien, die geeignet sind, Geb?ude praktisch ohne CO2-Emissionen zu heizen und zu kühlen.
?berschüssige Sonnenenergie im Sommer wird im Erdreich zwischengelagert und im Winter fürs Heizen des Geb?udes verwendet. Umgekehrt kann das Geb?ude über die Fussbodenheizung im Sommer auch gekühlt werden. Die Raumkühlung mit dem Erdspeicher ist m?glich, weil diesem die W?rmeenergie im Winter entzogen worden ist.
Der Kollektor als Teil des Dachs
Ein erstes wichtiges Element des Gesamtsystems 2SOL ist ein an der ETH entwickelter Hybridkollektor, der einerseits als Photovoltaik-Anlage Solarstrom liefert, anderseits als Sonnenkollektor W?rme in einen Erdspeicher einspeist. Erstmals ist es nun den Forschern gelungen, einen Hybridkollektor zu bauen, der Teil der Dachkonstruktion ist. Statt den Kollektor auf das bestehende Dach zu montieren, werden Dach und Kollektor zu einem Ganzen: Photovoltaikpaneele, thermische Absorber, D?mmung und Tragstruktur bilden eine Einheit und lassen sich auf praktisch jedes Haus montieren.
Die so genannte Koaxial-Erdw?rmesonde ist die Verbindung, welche mit Wasser als Transportmedium die abgeerntete W?rmeenergie in den saisonalen Erdspeicher führt. Die Erdw?rmesonden reichen dabei bis in eine Tiefe von 500 Metern. Die Sonde besteht aus einem Polyestergarn und ?hnelt einem Feuerwehrschlauch. Bisherige Erdw?rmesonden sind aus harten Kunststoffrohren gemacht, welche es n?tig machen, den Raum zwischen Sonde und Bohrloch mit Beton zu füllen. Das bewegliche und anschmiegsame Material der Koaxial-Erdw?rmesonde hingegen wird durch den ?berdruck direkt an die Wand des Bohrlochs gepresst.
Demonstration der neuen Toolbox
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Demonstration des neuen Hybridkollektors – direkt integriert in ein Dachmodul. (Bild: ETH Zürich) -
Photovoltaik-Paneele k?nnen in verschiedenen Farben gew?hlt werden. (Bild: ETH Zürich) -
ETH-Professor Hansj?rg Leibundgut vor dem Modell einer Turbo-Niederhub-W?rmepumpe. (Bild: ETH Zürich)
Motor mit Turbokompressor
W?rme, die im Erdreich gespeichert ist, muss im Winter zum Heizen wieder ins Geb?ude zurückfliessen. Der Speicher wird somit jeden Winter wieder geleert, damit er im kommenden Sommer abermals gefüllt werden kann. Das aus der Tiefe des Erdreichs hochgepumpte Wasser ist allerdings noch nicht heiss genug, um ein Haus zu heizen. Hier kommt nun die dritte zentrale Komponente des 2SOL-Systems ins Spiel, die Niederhub-W?rmepumpe, die das Wasser auf die notwendige Temperatur von 28 bis 35 Grad w?rmt. Die W?rmepumpe verfügt über einen an der ETH entwickelten Elektromotor mit gekoppeltem Turbo-Kompressor, der mit 200‘000 Umdrehungen pro Minute arbeitet. Die Turbo-W?rmepumpe kann die W?rme aus dem Erdspeicher mit wenig Strom auf die gewünschte Nutztemperatur veredeln.
Zum Gesamtsystem 2SOL geh?rt auch, dass die verschiedenen Geb?udetechnologien durch eine intelligente Steuerung und ?berwachung optimal aufeinander abgestimmt sind. Mit einer Fl?che von rund 80 Quadratmetern Hybridkollektoren auf dem Dach, dem Einsatz der neusten Erdw?rmesonde und der Turbo-Niederhub-W?rmepumpe kann eine Nutzfl?che von rund 750 Quadratmetern beheizt werden, was einem dreigeschossigen 7-Familienhaus entspricht. Unter der Bedingung, dass der externe Strom, den es für den Betrieb der W?rmepumpe braucht, aus erneuerbaren Quellen stammt, erreicht man, dass das Geb?ude ohne CO2-Emissionen beheizt und gekühlt wird.
Allianz für die Markteinführung
Eine Allianz von zw?lf Schweizer Firmen hat sich unter dem Label 2SOL zusammengetan, um die verschiedenen Technologien weiter zu entwickeln und zur Marktreife zu bringen. Es sind Firmen, die unterschiedliches Know-how einbringen, von Ger?te- und Systemanbietern über Ingenieur- und Planungsunternehmen bis hin zu Installationsfirmen. Ihnen gemeinsam ist, dass sie alle vom Ansatz überzeugt sind, Geb?ude emissionsfrei heizen und kühlen zu k?nnen.
