Dr. Michel Haller

Durch den Einsatz eines Spitzenlast-Zusatzheizsystems kann eine Überdimensionierung der Wärmepumpe vermieden werden. Öl- und Gasspitzenlastkessel sind heute Standard, müssen aber aufgrund ihrer CO2-Emissionen und Massnahmen zur Bekämpfung des Klimawandels in Zukunft ersetzt werden. Die Nutzung heimischer Biomasse als Energieträger ist vergleichsweise aufwändiger und bereits weitgehend ausgeschöpft. Energiespeicher X, die auf Basis von erneuerbarem Strom hergestellt werden (Power-to-X), könnten in Zukunft die fossile Spitzenlastabdeckung ersetzen. Die Kosteneinsparung durch die Vermeidung einer Überdimensionierung der WP konkurriert mit den Kosten der X-to-Energy-Anlage und dem Energieträgers X. Dabei ist zu beachten, dass hohe Kosten für den Energieträger X akzeptabel sind, wenn die Spitzenlast nur selten abgerufen wird.

Das Projekt «GreenHub» ist eines von insgesamt acht grossangelegten Flagship-Projekten der Schweizerischen Agentur für Innovationsförderung (Innosuisse). Zusammen mit 16 Forschungspartnern verfolgt das Konsortium unter Leitung der OST ein klares Ziel: die Entwicklung systemischer und innovativer Ansätze für die Produktion, Umwandlung und Speicherung von erneuerbarer Energie in umweltfreundliche, flüssige Brennstoffe unter Verwendung von Rohstoffen, die z.B. von Kehrichtverwertungsanlagen geliefert werden.

Im Projekt ENSURE werden verschiedene, künftig möglicherweise auftretende Extremsituationen in Lokalnetzen sowie Möglichkeiten zu deren Vermeidung untersucht. Der Fokus liegt auf den zu erwartenden Peaklasten und Fragen zur Netzstabilität. Es soll untersucht werden welche Flexibilitäten und Anforderungen neue Sektorkopplungstechnologien wie Power-to-X und X-to-Power zur Verfügung stellen müssen, um aktiv zur Peak-Glättung und Netzstabilität beizutragen.

Aufgrund der erforderlichen Dekarbonisierung der Wärmeversorgung werden Wärmepumpen für die Warmwassererwärmung immer wichtiger. Die aus hygienischen Gründen relativ hohen Anforderungen an die Temperaturen der Warmwasserbereitung und -verteilung sind jedoch mit heutigen Wärmepumpen-Konzepten oft nicht ohne zusätzlichen Einsatz von Elektroheizstäben zu erfüllen. Die System-Effizienz der Kombination Wärmepumpe und Speicher bleibt im Feld oft deutlich hinter den technischen Möglichkeiten zurück. In diesem Projekt werden verschiedene Konzepte zur Warmwasserbereitung mit Wärmepumpen in Mehrfamilienhäusern verglichen. Dabei stehen Hygieneanforderungen und Effizienz im Fokus. Ziel ist es, neue Ansätze zu entwickeln und zu untersuchen, um in Mehrfamilienhäusern mit Warmwasserzirkulation eine deutlich höhere Effizienz zu erreichen. Dabei sollen ausschließlich natürliche Kältemittel zum Einsatz kommen. Das Projekt wird vom Bundesamt für Energie (BFE) kofinanziert und involviert das Institut für Energiesysteme (IES) an der OST, die Hochschule Luzern (HSLU) sowie verschiedene Industriepartner.

Welche Möglichkeiten gibt es, um auch im Denkmalschutz angepasste und gut integrierte Solaranlagen zu realisieren? Welche Technologien stehen dafür zur Verfügung, was kosten diese im Vergleich zu «gewöhnlichen» Solaranlagen, und liefern sie den gleichen Ertrag? Diesen Fragen ist das SPF im Auftrag des Amt für Energie und Verkehr des Kantons Graubünden nachgegangen. Als Resultat wurde ein Katalog verfügbarer Solartechniken publiziert, der hier auch online zur Verfügung gestellt wird.

Gemäss den Mustervorschriften der Kantone im Energiebereich (MuKEn; Stand 2018) darf bei neu gebauten Wohnbauten das Warmwasser nicht mehr zu 100 % direkt elektrisch erwärmt werden. Während der Heizperiode muss das Trinkwasser mit dem Wärmeerzeuger für die Raumheizung erwärmt oder vorgewärmt, andernfalls zu mindestens 50 % mittels erneuerbarer Energie oder Abwärme erwärmt werden. Das heisst, die Restwärmedeckung des Trinkwassers auf die gewünschte Warmwassertemperatur kann direkt elektrisch erfolgen. In diesem Projekt soll im Auftrag der EnFK eine Auslegeordnung zusammengetragen werden, welche Arten der direkt elektrische Erwärmung des Trinkwassers in Wohnbauten (Fokus liegt bei Mehrfamilienhäusern) angeboten werden, und wie diese aus Sicht der Energiewende und Energieeffizienz, insbesondere im Hinblick auf ein eventuell knappes Energieangebot im Winter, zu beurteilen sind.

In diesem angewandten Forschungsprojekt führte das SPF Institut für Solartechnik eine Machbarkeitsstudie zur Speicherung von Sonnenenergie in einem Aluminium-Redoxzyklus durch. Aluminiumoxid kann mit einem Elektrolyse-Schmelzverfahren, das Strom aus Solar- oder anderen erneuerbaren Quellen verbraucht, in elementares Aluminium umgewandelt werden, und dieses elementare Aluminium kann dann zum Verwendungsort transportiert und dort für die Erzeugung von Wärme und Strom in Gebäuden oder industriellen Prozessen verwendet werden.

Über die Messung von sieben Feldanlagen mit grossen thermischen Speichern, sowie Simulationen, wurden bestehende Empfehlungen zum Design von kleinen (800 l) Schichtspeichern auf beliebige Speichergrössen (bis > 200 m³) verallgemeinert. Zusätzlich wurde eine weitere relevante Grösse identifiziert: Mit Hilfe der Ablenkungsrelation kann der Erhalt einer bestehenden Schichtung, bei vertikalem Eintritt oder bei Eintritt über ein Bogenrohr in Richtung Speicherdeckel, in Abhängigkeit von der Distanz zum nächsten Hindernis im Speicher, vorhergesagt werden.

Die Siphonierung von nicht permanent durchflossenen Rohrleitungen welche an thermischen Energiespeichern angeschlossen sind ist heute Stand der Technik. Bezüglich der korrekten Ausführung dieser Siphons, insbesondere bezüglich der Auswirkungen des Weglassens von Isolation am Rohrbogen, bestanden jedoch grosse Unsicherheiten in der Branche. Das SPF klärt in diesem Projekt offene Fragen mit Hilfe von Strömungssimulationen (CFD), welche über Vergleiche mit Messdaten validiert werden.

Thermische Speicher werden zunehmend zum Ausgleich von Produktion und Bedarf von Wärme oder Kälte eingesetzt. In Kombination mit erneuerbaren Energiesystemen wie Wärmepumpen oder Solarwärme ist die Temperaturschichtung des Wärmespeichers ein entscheidender Faktor für die Effizienz der Systeme. Aber auch in Kombination mit Holzheizwerken sind die Vorteile einer guten thermischen Schichtung gross, da durch Schichtung konstantere Vorlauftemperaturen erreicht werden und bei gleichem Speichervolumen mehr Speicherkapazität genutzt und somit das Takten der Wärmeerzeuger reduziert werden kann. Spezielle Bedeutung haben dabei Einströmgeometrien, sowohl für die Be-, als auch die Entladung von Wasserspeichern. In den Projekten DiffStrat und DiffStrat 2 wurden anhand von Messungen im Prüfstand und darauf aufbauend durch CFD-Simulationen verschiedene Einströmgeometrien auf ihre schichtende Wirkung untersucht.

Solarunterstützte Wärmenetze erleben in Dänemark einen regelrechten Boom und sind auch in Ländern wie Österreich, Deutschland und Schweden auf dem Vormarsch. Bei sehr grossen Anlagen sind dabei solare Wärmegestehungspreise von deutlich unter 5 Rp/kWh möglich. Das SPF unterstützt einzelne Netzbetreiber dabei, die Möglichkeiten zur Einbindung von Solarthermie für konkrete Fälle zu analysieren und untersucht, wie grosse Solarthermieanlagen, im schweizerischen Kontext, optimal in Biomasse-Wärmenetze eingebunden werden können.

Eine Solar-Eis-Heizung wurde im Rahmen eines Pilot- und Demonstrationsprojekts ausgelegt und erstellt. Die Heizung versorgt seit 2017 ein Wohn- und Gewerbegebäude mit 2050 m² Energiebezugsfläche mit Raumwärme und Warmwasser. Die Hauptkomponenten der Heizung sind 120 m² unverglaste, spektral selektive Solarwärmekollektoren, ein Eisspeicher mit 210 m³ Volumen, und eine zweistufige Sole-Wasser-Wärmepumpe mit 45 kW thermischer Leistung (B0/W35). Die Wärmetauscher im Eisspeicher werden im Winter periodisch enteist und konnten deswegen mit geringer Übertragungsfläche ausgelegt werden.

Wärmespeicherung ist eine Schlüsseltechnologie für die vollständige Dekarbonisierung der Energiesysteme. Wärmespeicher erhöhen nicht nur die Effizienz, sondern auch die Lebensdauer von Wärmeerzeugern und ermöglichen eine effizientere Integration erneuerbarer Energien. Wärmespeicher können in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt werden, z.B. für Raumheizung und -kühlung, Warmwasserversorgung, in Einzelheizungen oder in Wärmenetzen und industriellen Prozessen.

Die Integration von Wärmespeichern trägt dazu bei, erneuerbare Energien effizienter zu nutzen und CO₂-Emissionen zu reduzieren. Um die Energiestrategie konsequent steuern und umsetzen zu können, ist ein detailliertes Monitoring der Technologie- und Marktentwicklung von Wärmespeichertechnologien unerlässlich.

Die vorliegende Studie «Marktentwicklung Wärmespeicher Schweiz» erfasst und dokumentiert erstmals den Bestand an Wärmespeichern in der Schweiz sowie die neu installierten Speicher für das Jahr 2022.

Renewable Metal Fuels (ReMeF) können als saisonale Energieträger im Gebäudepark zur Deckung von Winterspitzen des Wärme- und Strombedarfs eine Rolle für die Versorgungssicherheit spielen. In diesem Projekt untersuchen wir, welchen Beitrag ReMeF zur Erzeugung von Wärme und Strom für den Gebäudepark a) zur Deckung des lokalen Bedarfs an Strom und Wärme und b) zur Einspeisung elektrischer Energie ins Netz und damit zur Stabilisierung des Energiesystems leisten können. Im Fokus stehen Metalle, die auf Grund ihrer Verfügbarkeit, Kosten und chemischen Eigenschaften als Winter-Energielieferant in Frage kommen, und bei Verwendung anstatt Erdgas oder Strom-Import Treibhausgas-Emissionen reduzieren. PeakMetal wird vom Bundesamt für Energie (BFE) kofinanziert und läuft von Dezember 2022 bis Dezember 2023.

Die thermische Schichtung ist ein wichtiger Parameter bei der energetischen Bewertung von Speichern. Der elektrische Energieverbrauch in einem Wärmepumpensystem kann mit einem gut schichtenden Speicher um bis zu 40 % tiefer ausfallen als bei einem schlecht schichtenden Speicher.

Im Projekt StorEx hat das SPF die Schichtungseffizienz als Kennzahl eingeführt und gleichzeitig eine Methode zur deren Messung, die sich in der Schweiz bereits etabliert hat.

Eine Alternative dazu ist die Messung des Speichers nach der Norm EN 12977-3 mit einer nachfolgenden Simulation des Speichers.

Damit die «thermische Schichtung» ein allgemein, bzw. international anerkannter Kennwert für thermische Speicher mit einem klar definierten Messverfahren wird, ist es wichtig, dass diese beiden Verfahren in einer Vergleichsmessung untersucht werden. Dies ist das Ziel in diesem Projekt.

SPF hat die technische Leitung im EU Horizon Europe Projekt REVEAL. Im Rahmen dieses Projekts wird ein saisonaler Energiespeicherkreislauf entwickelt, der auf der Oxidation und Reduktion von Aluminium als Energieträger basiert. Zu den Hauptaufgaben des SPF gehört neben der technischen Leitung die Entwicklung von Technologien für Alu-to-Energy: die Umwandlung der im Aluminium chemisch gespeicherten Energie in Wärme und Strom. Diese Entwicklung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Institut UMTEC von OST. REVEAL wird vom Programm Horizon Europe der Europäischen Union und dem Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) kofinanziert und läuft von Juli 2022 bis Juni 2026.

Das SPF hat die Optionen für den Eigenverbrauch von Photovoltaik-Strom zur Warmwasserbereitung genauer analysiert und ein Merkblatt für EnergieSchweiz ausgearbeitet. Es hat sich gezeigt, dass der Eigenverbrauch durch Warmwassererzeugung über Wärmepumpen durch entsprechende Anpassungen der Laufzeiten der Wärmepumpen sinnvoll sein kann. Vom Einsatz von Elektroheizstäben zur Erhöhung des Eigenverbrauchs muss jedoch abgeraten werden, weil dieser im Vergleich zur Wärmepumpe äusserst ineffizient ist und dadurch nicht nur zu Effizienzeinbussen und Stromverschwendung, sondern auch zu finanziellen Verlusten führt.

In diesem Projekt werden die Möglichkeiten analysiert, welche grosse Wärmespeicher für die Dekarbonisierung und gleichzeitige Erweiterung von Wärmenetzen bieten. Dabei werden verschiedene Techniken der kurz-, mittel- und langfristigen Wärmespeicherung betrachtet. Im Fokus stehen der Ersatz fossiler Spitzenlastkessel, die bessere Einbindung von Abwärme, die Verlagerung von Energie vom Sommer auf den Winter und innovative Ansätze der Sektorkopplung zum Ausgleich von Produktion und Nachfrage von Strom.

Die Analysen werden anhand repräsentativer generischer Wärmenetze und für konkrete Fallstudien der beteiligten Industriepartner durchgeführt. Neben den allgemeinen Erkenntnissen wird auch einer zeitnahen Überführung in Pilot- und Demonstrationsprojekte angestrebt.

Die saisonale Speicherung von Wärme in 100 % solarthermisch beheizten Ein- oder Mehrfamilienhäusern wurde in der Schweiz bereits mehrfach umgesetzt. Aktuell wird in Benzenschwil (AG/CH) das erste MFH mit saisonalem Wärmespeicher gebaut, welches an Stelle von solarthermischen Kollektoren eine Kombination von PV und Wärmepumpe verwendet. In diesem Projekt werden Konzepte mit einer 100% solarthermischen, einer solar elektrischen und einer kombinierten Wärmeversorgung miteinander verglichen, wobei der ganze Lebenszyklus (LCA) der verschiedenen Systeme betrachtet wird.

Wärmepumpen mit Erdwärmesonden sind effiziente Wärmeerzeuger und können daher einen entscheidenden Beitrag zur Verminderung der CO2 Emissionen des Schweizer Gebäudeparks leisten. Reversibel betrieben können sie auch zur Deckung des steigenden Kältebedarfs der Gebäude eingesetzt werden. Die SIA 180 fordert aber passive Massnahmen für den Wärmeschutz, obwohl eine aktive Kühlung zu grossen Teilen mit PV-Strom erfolgen könnte. In diesem Projekt wird untersucht, unter welchen Bedingungen eine aktive Kühlung energetisch und ökonomisch sinnvoll ist. Dabei werden hohe Regenerationsgrade der Erdwärmesonden vorausgesetzt und ganze Quartiere betrachtet.

Als eines der letzten ungelösten Probleme der Energiewende kann die Speicherung grösserer Mengen erneuerbarer Energie über längere Zeiträume betrachtet werden. In den Projekten HePostAl und HybridStock wurde gezeigt, dass Aluminium die saisonale Speicherung erneuerbarer Energien mittels eines Redox-Zyklus ermöglicht und mit ca. einem Kubikmeter Aluminium der Jahresbedarf an Strom und Wärme eines Doppel-Einfamilienhauses gedeckt werden kann. Prinzipiell können sowohl primäres Aluminium aus der Schmelzflusselektrolyse als auch Aluminium Wertstoffe, also Aluminium aus Recycling-Stoffströmen, für die Produktion von Wärme und Strom eingesetzt werden. In diesem Projekt wird untersucht, welche Auswirkungen die Wahl des Materials auf die energetische Nutzung, die Qualität der Reaktionsprodukte und deren Marktwert und die ökologische Lebenszyklusbetrachtung (LCA) haben.

Im Projekt HpCosy werden die Grundlagen für ein dezentrales Sole-Wasser Wärmepumpensystem für Wohneinheiten in Mehrfamilienhäusern entwickelt. Dieses "Comfort System" beinhaltet die Funktionen Heizen, Kühlen und Warmwasser, wobei letztere wahlweise abhängig von der Verfügbarkeit von PV-Strom als Einzelanlage oder im Schwarm (Zusammenschluss zum Eigenverbrauch) geregelt werden kann.

Das Projekt wird im Auftrag des Bundesamtes für Energie und in Zusammenarbeit mit weiteren Partnern aus Industrie und Forschung durchgeführt.

Die Verringerung der Wärmeverluste bestehender Wohngebäude durch Sanierung der Gebäudehülle ist ein wichtiger Schritt, um den Heizwärmebedarf der Gebäude zu senken. Im EU-Projekt PLURAL werden vorgefertigte Fassadenmodule entwickelt und getestet, welche neuartige Möglichkeiten zur Energieerzeugung, Wärme-/Kälteabgabe und Belüftung mit der Fassade ermöglichen. Die Vorfertigung der Fassadenmodule soll eine schnelle und kostengünstige Sanierung im bewohnten Zustand ermöglichen. Mit drei Feldanlagen werden Sanierungen in verschiedenen europäischen Klimata beispielhaft aufgezeigt. Mit Simulationen werden Komponenten und Gebäude analysiert, eine Plattform zur Verwaltung von Big-Data und ein Instrument zur Entscheidungsfindung bei der Komponentenauswahl und -integration werden entwickelt.

Das Projekt wird durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter dem Grant Agreement No. 958218 gefördert.

Im Projekt SolResHC werden Forschungsfragen zum IEA PVPS Task 16 bezüglich «Solar Resource for High Penetration and Large Scale Applications» bearbeitet.

Spezifisch werden Auswirkungen verschiedener Wetterszenarien auf solares Heizen und Kühlen ermittelt. Es werden Simulationen für diverse Zukunftsszenarien durchgeführt, um die Auswirkungen der Wetterdaten auf die energetische Effizienz unterschiedlicher Systeme zu ermitteln, welche Heizwärme-, Kühl-, Warmwasser- und zum Teil den Strom-Bedarf für ein Mehrfamilienhaus generieren.

Weiter wird eine Bewertung des Einflusses einer hohen Einspeisung von PV und erneuerbaren Energien auf das Stromnetz der Schweiz durchgeführt. Dabei werden insbesondere die Auswirkungen auf den Strompreis berücksichtigt.

Statt jedes Jahr Tausende Liter Heizöl zu verbrennen, könnten Ein- und Mehrfamilienhäuser sowohl ihren Heizwärmebedarf als auch ihren Stromverbrauch im Winter mit einem solaren Energiespeicher in Form von Aluminium decken. Was abenteuerlich klingt, ist die praktische Anwendung neuer Ansätze für die saisonale Energiespeicherung.

Moderner Gebäudetechnik zum Trotz: Viele Immobilien brauchen in der Realität mehr Energie für die Heizung als geplant. Eine gemeinsame Studie von HSR, 3-Plan Haustechnik AG und econcept zeigt jetzt, warum. Vor allem im Herbst und im Frühling wird mehr Heizwärme benötigt als angenommen.

In SolSimCC wurden die Auswirkungen des Klimawandels und des Nutzerverhaltens auf die Profitabilität von Solaranlagen (Photovoltaik und Solarthermie) untersucht. Die Resultate zeigen nur eine geringfügige Beeinflussung der Profitabilität der Solaranlagen durch den Klimawandel. Zwei Veränderungen erhöhen jedoch die Profitabilität von Solarthermieanlagen deutlich: Zum einen der Ersatz von Erdgas durch teureres Biogas oder Syngas, und zum anderen die Annahme von realistischeren Wärmeverbrauchsprofilen an Stelle der heute in Simulationen oft verwendeten idealisierten Profile.

Minergie 2017 und MukEn 2014 legen Rahmenbedingungen fest, welche dazu führen, dass mehr Sonnenkollektoren installiert werden oder auch nicht. Im Projekt wird abgeklärt, welche Faktoren für die Wahl und den Einsatz von Sonnenkollektoren entscheidend sind. Aufbauend auf den bestehenden Standards sollen Grundlagen und Tools dahingehend verbessert werden, dass eine vermehrte Nutzung der Solarwärme stattfinden kann.

Im Projekt VenTSol soll durch ein detailliertes Monitoring von fünf Mehrfamilienhäusern das Verhalten der Bewohner bezüglich Fensterlüftung, Verschattung und Raumtemperatur untersucht werden. Diese Studie soll helfen detaillierte Benutzerprofile zu erstellen, welche für Simulationen und Energieberechnungen verwendet werden können. Das Benutzerverhalten wird dem vorherrschenden Aussenklima, Innenklima und dem Energieverbrauch gegenübergestellt. Das Projekt soll einen Beitrag leisten den sogenannten «UserGap» besser zu verstehen.

Zum Thema Legionellen in Warmwassersystemen hat das SPF von 2017 – 2020 drei Projekte durchgeführt. Im Projekt LegioSafe (2018) wurde eine Literaturstudie bezüglich Legionellen, Temperaturen in Trinkwassersystemen, sowie Vorkommen von Legionellen in Anlagen mit solarthermischer Trinkwassererwärmung erstellt. Im Jahr 2019 wurde in «LegioSafeCheck» eine Feldstudie in 110 Gebäuden durchgeführt. Es wurden dabei mehr als 300 Duschwasserproben und über 100 Proben aus dem unteren Bereich von Wärmespeichern genommen und auf Legionellen analysiert. Ein Jahr später wurden in «LegioSafePlus» ausschliesslich Objekte nochmals beprobt, in welchen im Jahr 2019 Legionellen > 1000 KBE/L in mindestens einer Duschwasserprobe gefunden wurde. Die Resultate flossen ein in die Normierungsarbeit der SIA 385/1:2020 und sind in drei Schlussberichten beschrieben. Alle Resultate wurden in einem Artikel, der in der «hk gebäudetechik» erschienen ist, zusammengefasst. Auf Grund von im Feld festgestellten Installationsmängeln, wurde ein Merkblatt zur korrekten Kombination von Warmwasserzirkulation und zentraler Kaltwasserbeimischung erstellt, an welchem sich auch die Verbände suissetec, GKS und Swissolar, sowie EnergieSchweiz beteiligten.

Im BFE Projekt ImmoGap wurde festgestellt, dass die Art und Weise wie die Klimakorrektur der Energiemessdaten durchgeführt wird einen starken Einfluss auf die Bestimmung des Performance Gap haben kann. Aus diesem Grund wurde für das BFE eine Literaturstudie zu den verschiedenen Methoden der Klimakorrektur ausgearbeitet und weiterer Forschungsbedarf abgeklärt. Die Literaturstudie zeigt, dass die aktuelle Situation bezüglich der Witterungsbereinigung von Energiemessdaten nicht zufriedenstellend ist.

Vollständig solar beheizte Ein- und Mehrfamilienhäuser sind technisch bereits heute realisierbar. Die dafür nötige saisonale Speicherung von Wärme ist mit entsprechenden Investitionskosten und einem erheblichen Bedarf an Wärmespeichervolumen und Raumbedarf verbunden. In diesem Projekt wird analysiert, inwiefern Kosten und Bedarf an Speichervolumen, durch eine Kombination von Solarthermie mit einem photovoltaisch angetriebenen Wärmepumpe-System, gesenkt werden können. Dazu wird ein bestehendes Mehrfamilienhaus vermessen und analysiert, und es werden neue, innovative Konzepte simuliert und optimiert. Das Projekt wird in Zusammenarbeit mit der Hochschule Luzern (HSLU) und der Jenni Energietechnik AG durchgeführt.

Die saisonale Speicherung von Energie stellt eine der grössten Herausforderungen für die Energiewende dar. Im Projekt HybridStock wird die Speicherung von erneuerbarer Energie in einem Aluminium Redox-Zyklus untersucht. Zu Zeiten hoher Verfügbarkeit von elektrischer Energie aus erneuerbaren Resourcen wird diese in chemische Energie umgewandelt und in elementarem Aluminium gespeichert. Im Winter wird dann Energie aus der Oxidation von Aluminium genutzt um Wärme und Strom zu erzeugen.

In diesem Projekt wird das Konzept welches Gegenstand der Machbarkeitsstudie HePoStAl war durch Laborarbeiten und den Bau von Prototypen weiter verfolgt.

Dieses Pilot- und Demonstrationsprojekt zeigt neue Wege für die kosteneffiziente Sanierung von Mehrfamilienhäusern zu «nearly zero energy» Gebäuden auf. Kernkomponenten sind multifunktionale Fassadenelemente, welche zusätzlich zur Wärmedämmung und Fenstern mit integrierter Komfortlüftung gleichzeitig sowohl Stromerzeugung mit Photovoltaik als auch Bereitstellung und Verteilung der Heizwärme beinhalten. In einer ersten Phase des Projektes werden die bauphysikalischen Grundlagen erarbeitet und mittels eines Prototypentests und Simulationen die Machbarkeit nachgewiesen. In einer zweiten Phase wird ein Mehrfamilienhaus in Bern mit diesem neuen Konzept saniert.

Anforderungen und mögliche Schweizer Standorte

Die Drake Landing Solar Community in Kanada hat weltweit Aufsehen erregt, als sie mit einem Konzept aus Sonnenkollektoren und Erdspeicher im Jahr 2015 die Raumwärme für ein ganzes Einfamilienhausquartier zu 100 % aus Solarenergie erzeugen konnte. In diesem Projekt wurde abgeklärt, inwiefern ähnliche Konzepte auch in der Schweiz umgesetzt werden können. Dazu wurden die rechtlichen Rahmenbedingungen zusammengefasst und die wirtschaftlichen Voraussetzungen evaluiert. Eine GIS basierte Analyse zeigt, welche Standorte sich aufgrund von Sonneneinstrahlung und Geologie besonders für ein derartiges Konzept eignen.

Die Untersuchungen zur Einzelraumregelung und dem sogenannten Selbstregeleffekt (Projekt ErrEnEff) wurden vom Einfamilienhaus auf Mehrfamilienhäuser erweitert.

Es wurden drei verschiedene Raumtemperatur Regelungsvarianten hinsichtlich dem Endenergiebedarf, dem Wohnkomfort und der Wirtschaftlichkeit ausgewertet und miteinander verglichen (Einzelraumregelung, Referenzraumregelung und keine Raumregelung). Dazu wurde ein Referenzgebäude in IDA ICE erstellt, welches einem durchschnittlichen Schweizer Mehrfamilienhaus entspricht. Parallel zur Raumregelung wurde auch untersucht, wie sich der Wärmebedarf von Wohnungen in der obersten und untersten Etage unterscheidet vom Wärmebedarf in einem mittleren Stockwerk für den Fall von identischen oder unterschiedlichen Sollwerten für die Raumtemperatur.

Dieses Projekt wird unterstützt von EnergieSchweiz (BFE).

Mit diesem Pilot- und Demonstrationsprojekt wird eine Alternative zu den aktuell gängigen Heizsystemen für Bürobauten aufgezeigt. Es wird ein schweizweit einzigartiges Heiz- und Kühlkonzept umgesetzt, das die Fundamentplatte als Wärmesenke und Wärmequelle nutzt. Die Regeneration der Bodenplatte wird hauptsächlich über PVT-Kollektoren gewährleistet. Es wurde ein HLK-Konzept erarbeitet, welches möglichst viel der intern anfallenden Wärme (gewerbliche Kälte, Server, Personen-, Beleuchtungs- und Maschinenlasten) für Heizungszwecke selber nutzt. Ein umfangreiches Monitoring in Kombination mit Simulationen erlaubt es uns das neuartige Konzept im Detail zu untersuchen.

In diesem Projekt werden Mehrfamilienhäuser welche die Planwerte für die Energiekennzahlen deutlich verfehlen analysiert und die Ursachen für die Verfehlung der Kennzahlen ermittelt. Es werden sowohl das Benutzerverhalten als auch die Hydraulik und Einstellung der Gebäudetechnik analysiert. Daraus werden anschliessend Handlungsoptionen für Planer und Behörden abgeleitet.

Dieses Projekt wird unterstützt durch das Bundesamt für Energie (BFE).

Solarunterstützte Wärmenetze sind in Ländern wie Österreich, Deutschland und Schweden bereits weit verbreitet, und erleben in Dänemark im Moment einen regelrechten Boom. Dabei wurden schon solare Wärmegestehungspreise von unter 5 Rp/kWh erreicht. In der Schweiz gibt es jedoch höchstens eine Hand voll kleinere Anlagen, die sich meist auf die Versorgung weniger Gebäude beschränken. Mit der Machbarkeitsstudie solarunterstützte Wärmenetze sollen alle vom Kanton St. Gallen geförderten Wärmenetze im Hinblick auf die Machbarkeit und das Kosten – Nutzen Verhältnis einer solaren Unterstützung untersucht werden.

Dieses Projekt wird unterstützt durch den Kanton St.Gallen und das Bundesamt für Energie (BFE).

In diesem P&D-Projekt wurde in Obfelden mit neuen Technologien eine hocheffiziente Wärmeversorgung für Wohngebäude realisiert. Die Kombination einer Niederhub-Wärmepumpe mit einer tiefen Membran-Erdwärmesonde und einer neuartigen Regelung der Flächenheizungen ermöglicht effizientes Heizen im Winter und Kühlen im Sommer bei geringstem elektrischem Energiebedarf. Die Auswertung mehrerer Jahre zeigt, wie wichtig Überwachung und Betriebsoptimierung sind, um effiziente Systeme im Feld zu realisieren. Neben vielen wertvollen Praxiserfahrungen hat das Projekt gezeigt, dass ein ganzheitliches Konzept einen wesentlichen Beitrag zur Stabilisierung der Schweizer Energieversorgung leisten kann.

Die Schichtungseffizienz von Wärmespeichern hat einen entscheiden­den Einfluss auf die Effizienz sowohl von Solarwärme-Anlagen als auch von Wärmepumpen. In diesem Projekt wird eine aussage­kräftige Schichtungskennzahl inklusive kurzer und kostengünstiger Prüf-Prozedur erarbeitet, mit welcher die Schichtungseffizienz von Kombispeichern für Raumheizung und Warmwasser ermittelt werden kann. Das Verfahren wird auf Kombispeicher-Lösungen verschiede­ner Hersteller angewendet, und die Resultate miteinander verglichen. Zudem werden CFD-Simulationen zur Ermittlung der Schichtung von Anschlüssen zur direkten Beladung von Speichern durchgeführt, und einzelne Ergebnisse dieser Simulationen durch Labor-Messungen validiert. Daraus werden Empfehlungen erarbeitet für die Geometrie und die maximalen Volumenströme, bei welchen direkte Speicheranschlüsse schichtend, respektive schichterhaltend, betrieben werden können.

StorEx wird vom Bundesamt für Energie (BFE) finanziell unterstützt.

Das EU Projekt MacSheep wird vom Institut für Solartechnik SPF geleitet und beschäftigt sich mit der Entwicklung von Heizsystemen in welchen eine Kombination aus Solarwärme und Wärmepumpe eingesetzt wird. Das ehrgeizige Ziel des auf vier Jahre ausgelegten Projekts ist es, eine 25-prozentige Reduktion des elektrischen Energiebedarfs dieser Heizsysteme zu erreichen.

Diese Forschungs- und Entwicklungsarbeiten werden weitgehend aus dem 7. Forschungs-Rahmenprogramm der EU (RP7) der Europäischen Union unter der Förder-Nummer 282825 finanziert. Das Projekt hat im Januar 2012 begonnen und endet im Dezember 2015.

Sowohl im Neubau als auch in der Sanierung kommen heute vermehrt Systeme zur Wärmebereitstellung mit einer Kombination aus solarthermischer Anlage und Wärmepumpe zur Anwendung. Beide Techniken werden als Schlüsseltechnologien angesehen für die Reduktion der Treibhausgas-Emissionen von Heiz-Systemen. Durch die Kombination einer Wärmepumpe mit Solarthermie kann die System-Effizienz erhöht und damit der Stromverbrauch der Wärmepumpe wesentlich reduziert werden. Die Möglichkeiten die beiden Techniken miteinander zu kombinieren sind vielfältig. Unter anderem stellt sich zum Beispiel die Frage, unter welchen Bedingungen es sinnvoll ist, Solarkollektoren auch indirekt über den Verdampfer der Wärmepumpe in das System einzubinden.