Plusenergiehaus Sulzer, Schaffhausen «Vom Schädling zum

Plusenergiehaus
Sulzer, Schaffhausen
«Vom Schädling
zum Nützling»
Ein typischer Altbau wird durch energetische
Sanierung zum Plusenergiehaus umgewandelt.
Unsere Leistungen
Konzept und Realisierung
Energie- und Gebäudetechnik
Kennzahlen
Fotovoltaikanlage Dach 5.6 kWp
Hybrid-Solarkollektoren fassadenintegiert
2.4 kWp elektrisch, 9.0 kWp thermisch
Brennstoffzellen-Heizgerät
Leistung Brennstoffzelle:
1.0 kW elektrisch, 2 kW thermisch
Leistung Zusatzbrenner Gas: 4-19 kW
Jährlicher Energieüberschuss Gebäude:
-1’280 kWh/a ( Primärenergie )
CO2-Ausstoss: 90% reduziert
Umweltbelastung: -1.2 Mio UBP06
Partner
Vom Schädling zum Nützling
Die Energiewende fusst zum einen auf dem Ausbau der erneuerbaren Energien, zum anderen auf der dringenden Verbesserung der
Energieeffizienz. Kaum ein Bereich weist ein so hohes Energiesparpotential auf wie die bestehende Gebäudesubstanz. Das Projekt EFH
Sulzer zeigt, wie ein typischer Altbau durch energetische Sanierung
zum Plusenergiehaus umgewandelt wird. Unter einer ganzheitlichen
Betrachtung werden Netzinfrastruktur und Nutzerverhalten in das
Energiekonzept einbezogen. Das Projekt zeigt auf, welche Leistungen ein Gebäude in einer dezentralen Energieversorgung erbringen
kann.
Das EFH in Schaffhausen stammt aus den 1930er Jahren und wurde in den 1970er
Jahren durch einen nicht isolierten Anbau ergänzt. Das bestehende Heizsystem
basiert auf einer Gasheizung, die in Kombination mit der geringen Wärmedämmung grosses Einsparpotential aufweist. Wie in vielen vergleichbaren Altbauten
kann die zugeführte Heizenergie ( Erdgas ) nicht vollständig verwertet werden,
sondern geht als Wärmeverlust durch die Gebäudehülle verloren. Elektrizität
bezieht das EFH aus dem Netz.
Das sanierte EFH Sulzer produziert einen jährlichen Endenergie-Überschuss von 8‘250 kWh/a.
Gebäude, Netz und Nutzer
Der ganzheitliche Ansatz berücksichtigt nicht nur das Gebäude, sondern
bezieht auch das vorhandene Netz und den Nutzer mit ein. So wird das
Gebäude als System aus Gebäudestruktur, Gebäudehülle und Gebäudetechnik verstanden. Durch den Einbezug der bestehenden ( öffentlichen ) Netzinfrastruktur, also Gas- und Stromnetz, wird das Objekt gleichzeitig als Gebäude
im System betrachtet. Wird nun noch das Nutzerverhalten mit berücksichtigt,
ermöglicht die Wechselwirkung Nutzer, Gebäude und Netz die grösstmögliche
Energieeffizienz und Umweltverträglichkeit.
Gebäude als System
Wechselwirkung:
Gebäudehülle
Gebäudestruktur
Gebäudetechnik
Nutzerverhalten
Smart Home:
Verbrauch auf Produktion
abstimmen
Gebäude im System
vorhandene Netzinfrastruktur einbeziehen
Vor der Sanierung: Der Altbau aus den 1930er
Jahren verliert durch ungenügende Dämmung Wärmeenergie, die nicht genutzt werden kann.
Nach der Sanierung: Der Heizbedarf wird halbiert. Die weissen Fensterleibungen verbessern trotz
aufgebauter Wärmedämmung die Tageslichtnutzung.
Ökologie, die wirtschaftlich tragbar ist
Mit dem ganzheitlichen Ansatz haben sich die Energieingenieure das Ziel gesetzt,
hohen Ansprüchen an CO2 -Ausstoss und Wirtschaftlichkeit gerecht zu werden.
In drei Schritten hat sich der Altbau zum Plusenergiehaus gewandelt:
1. Erneuerung der Gebäudehülle und Verbesserung der passiven
Solarnutzung
Der Anbau sowie das Untergeschoss werden mit einer Kompaktfassade gedämmt
und die Fenster ersetzt. Zusätzlich wurden die Süd-Ost-Fenster vergrössert, um die
passive Energiegewinnung zu steigern. Der Altbau wurde zudem mit einer hinterlüfteten Fassade neu eingekleidet.
Montagearbeiten vorgehängte Fassade
Durch die Erneuerung der Gebäudehülle wurde der Heizenergiebedarf
mehr als halbiert. Der nicht erneuerbare Primärenergiebedarf sinkt um rund 42%.
2. Aufbau aktive Solarnutzung
Die Erneuerung der Gebäudehülle ermöglicht es, gleichzeitig eine kostengünstige
und ästhetisch ansprechende Solaranlage in die Fassade bzw. in das Dach zu
integrieren. Durch die Kombination der Anlage auf dem Dach ( Süd - Ost ) und einer
PV- Anlage an der Süd- West- Fassade wird der Solarertrag über den Tag verteilt,
d.h. eine hohe Eigenversorgung während des gesamten Tages wird erreicht.
An der Fassade kommt eine hybride Solarfassade zur Anwendung, die sowohl
Strom als auch Wärme liefert. Die Fotovoltaik-Panele produzieren Elektrizität,
Die hybride Solarfassade gewinnt Strom und
während Wärmetauscher auf der Rückseite thermische Energie zur Heizungsunter-
Wärme über Mittag und am Nachmittag.
stützung und Warmwasseraufbereitung gewinnen.
Über das ganze Jahr gesehen produziert das Gebäude rund 8’250 kWh/a
mehr Strom als es verbraucht. Der Überschuss wird gegen Rückvergütung ins Netz
zurückgespeist.
3. Erneuerung des Heizsystems
Das EFH Sulzer versteht sich als Teil des Netzwerkes Energieversorgung und
berücksichtigt die vorhandene Infrastruktur mit dem Ziel, die Systemdienstleistungen der Netze (Strom und Gas) zu reduzieren. Deshalb ist der bestehende
Gasanschluss ins Gesamtkonzept integriert. Die Heizung wird mittels einer Brennstoffzelle (Wärme- Kraft Kopplung) betrieben, die sowohl Strom als auch Wärme
produziert.
Das Solardach produziert Strom während des
Vormittags und über Mittag.
Brennstoffzelle mit Expansionsgefäss
Frischwasserstation für Warmwasserbereitstellung
1'200
1'000
800
600
kWh / Monat
400
200
Jan
Feb
Mrz
Apr
Brennstoffzelle
720
720
527
227
Fotovoltaik Dach
166
275
434
74
108
162
hybride Solarfassade
Mai
Jun
Jul
Aug
580
652
692
747
676
166
165
162
174
190
Sep
Okt
Nov
Dez
100
520
360
627
720
319
191
165
147
116
77
69
Die Stromproduktion über das Jahr zeigt ein ausgeglichenes Lastprofil.
Vom Altbau zum Plusenergiehaus
1. Gebäude
2. Technik
3. Energiemanagement
Meteo-Prognose
PV-Anlage
passive
Solarnutzung
Hybrid-Solaranlage
Nutzer
Wärmedämmung
WKK
Gas
1. Gebäude (Steigerung der passiven
Energiegewinnung)
2. Technik (Steigerung der aktiven
Energieproduktion)
3. Energiemanagement (Erhöhung
der Energieeffizienz)
- Wärmedämmung Fassade und Dach
- Fenstersanierung
- Fenstervergrösserung nach Süden
- Brennstoffzelle (Strom und Wärme)
- Hybride Solarfassade (Strom und Wärme)
- Solardach (Strom)
- Vorausschauendes Energiemanagement
- Visualisierung Energieverbrauch
- Optimierung, Monitoring
Elektrizitäts & Wärmeversorgung
Stromgewinnung
(PV-Anlage)
Warmwasser
hybride
Solaranlage
passive Solarnutzung
(Fenster und
Wärmedämmung)
Frischwassermodul
Wärmespeicher
WKK Brennstoffzelle
Wasser
Gasnetz
Elektrizitätsnetz
(Rückspeisung
überschüssiger Strom)
Prinzipschema Energieversorgung
Effizienz durch Zusammenspiel
Das gewählte Energiekonzept zeichnet sich durch verschiedene Aspekte aus:
Hohe Energieeffizienz: Der Energiebedarf des Gebäudes wurde durch Massnahmen an der Gebäudehülle und bei den Geräten (z.B. LED-Leuchten, Warmwasseranschluss für Waschmaschine und Geschirrspüler) massiv reduziert. Das zugeführte
Erdgas (in Zukunft synthetisches Gas aus Überschussstrom PV- und Windanlagen) wird
sehr effizient genutzt, indem es verstromt und die daraus entstandene Abwärme für
Heizzwecke genutzt wird. Die hohe Energieeffizienz rechtfertigt es, den hochwertigen
Energieträger Gas zu nutzen.
Saisonaler Ausgleich: Die Kombination Wärme - Kraft- Kopplungsanlage (WKK)
und Solaranlage ergänzt sich im Jahresverlauf: Im Sommer produziert die PV- Anlage
überdurchschnittlich viel Elektrizität, im Winter übernimmt dies die WKK. Durch den
ausgeglichenen Strombezug wird das Stromnetz weniger beansprucht, vor allem im
Winter wird mit diesem Konzept ein positiver Beitrag zur Stromversorgung geleistet.
Substitution Primärenergie: Auch wenn man die graue Energie für die Herstellung der technischen Installationen berücksichtigt, erreicht diese Lösung eine
klare positive Bilanz. Das Gebäude substituiert Primärenergie. Wenn man das Gebäude als Teil des Netzwerkes « Energieversorgung » versteht, ist die Lösung mit der
vorhandenen Gas-Infrastruktur nachhaltiger als ein vergleichbares Konzept, das
auf Fotovoltaikanlagen basiert. Der Betrieb erreicht eine positive Umweltbilanz
(-1.2 Mio Umweltbelastungspunkte, UBP06).
Wirtschaftlichkeit: Die Energiekosten können unter Berücksichtigung des Rückspeisetarifs für die Überschussenergie gegenüber früher gesenkt werden.
Energiefluss
Endenergie
Solar
Sonnenwärme
Produktionsverlust
Primärenergie
Erdgas 10'610 kWh/a
Nutzenergie
Hybride Solaranlage
Fläche: 16.6m2
Ertrag: 200 kWh/m2a
3'320 kWh/a
Spitzenlastheizung
Leistung: 4–19 kW
Jahresnutzungsgrad: 0.93
9'868 kWh/a
Brauchwarmwasser
(inkl. Verluste)
Bedarf = 3'722 kWh/a
Produktionsverlust
Erdgas 26'100 kWh/a
Erdgas 12'903 kWh/a
Elektrizität -27'380 kWh/a
Solar
Raumheizung
(inkl. Lüftung)
Bedarf = 17'466 kWh/a
Wärme/Kraft-Koppelung
Leistung total: 3 kW
Jahresnutzungsgrad tot: 0.93
8'000 kWh/a
4'000 kWh/a
Elektrizität ins Netz – 8'248 kWh/a
Sonnenenergie
Fotovoltaikanlage
Leistung: 8.0 kWp
Ertrag: 875 kWh/kWp
7'026 kWh/a
Elektrizitätsverbraucher
Bedarf = 2'778 kWh/a
Miteinbezug des Nutzers
Das Verhalten des Nutzers trägt entscheidend zur Energieeffizienz bei, indem der
Verbrauch an die Produktion angepasst wird. Wenn das Gebäude am meisten
Strom produziert, sollte auch am meisten verbraucht werden. Die nötigen Informationen liefert ein Smart-Building Manager (SBM), der die Daten der Energieproduktion sammelt und sie an den Nutzer weitergibt. Mit Messwerten und Prognosen erfährt der Nutzer, welche Tätigkeiten, z.B. das Wäschewaschen, wann
energieoptimal sind. Die SBM macht den Nutzer zusätzlich darauf aufmerksam,
Die Inretis Holding AG
wenn der Verbrauch bestimmter Geräte grössere Abweichungen aufweist, z.B.
Die Inretis Holding AG mit Sitz in Chur (CH) ent-
weil sie nicht abgeschaltet wurden ( Green Building Monitor ).
stand 2005 durch den strategischen Zusammenschluss der drei Gebäudetechnik-Unternehmen
Lauber IWISA AG, Willi Haustechnik AG und
Ospelt Haustechnik. Mit einem starken Firmennetzwerk, darunter seit 2011 die Scherrer Haustechnik
Ein Plusenergiehaus im Dienste
des Systems
AG, präsentiert sie sich heute als Holdinggesellschaft aus insgesamt 8 Partnern an Standorten in
der gesamten Schweiz und Liechtenstein. Diese
Struktur erlaubt es, die Gesamtverantwortung der
Wertschöpfungskette Energie- und Gebäudetech-
Für zukünftige Energielösungen reichen isolierte Betrachtungen nicht aus. Des-
nik von der Planung bis zur Ausführung und dem
halb ist die Transformation des EFH Sulzer zum Plusenergiehaus unter dem An-
Unterhalt zu übernehmen. Damit werden Schnittstel-
satz des Gebäudes im System entstanden. So wird nicht nur ein Gebäude
len reduziert und die Innovation erhöht. Die Inretis
zum Energie -« Selbstversorger », sondern erbringt als kleine Einheit Leistungen für
Holding AG beschäftigt zurzeit rund 530 Mitarbei-
das gesamte Energieversorgungssystem. Unter diesen Voraussetzungen kann die
tende.
Energiebilanz auf Stufe Primärenergie viel umfassender beurteilt werden. Indem
das Gebäude selber Elektrizität produziert, substituiert es Strom des elektrischen
Unsere Dienstleistungen
Netzes, der bei der Herstellung CO2 ausstösst. Besonders durch die kontinuierliche
–Ingenieurbüro für Energie- und Gebäudetechnik
Stromproduktion auch im Winter und in der Nacht reduziert das Gebäude Dienst-
–Anlage- und Rohrleitungsbau für Chemie,
leistungen des Netzes auf umweltbewusste Art. Die Umweltbelastung konnte nach
Pharma, Industrie, Wasserkraftwerke
der vollständig umgesetzten Transformation von ursprünglich 7.0 Mio Umwelt­
–Heizung, Kälte, Solartechnik
belastungspunkte ( UBP06 ) in einen positiven Beitrag von -1.2 Mio UBP06 gedreht
–Sanitär, Wasserversorgung, Abwassertechnik
werden. Das Gebäude wird vom Schädling zum Nützling.
–Stark- und Schwachstrom, Fotovoltaik-Anlagen
–Schwimmbadtechnik, Wasseraufbereitung
–Gebäudehülle, Dach- und Fassadensysteme
–Instandhaltung, Instandsetzung, Service
Hauptsitz
Inretis Holding AG
Industriestrasse 19
7000 Chur
www.inretis.ch
Projektpartner: