Erdwärmekörbe / Eine Alternative zu Erdwärmesonden

Als primärer Energieträger wird schon seit längerem die Erdwärme genutzt. Diese scheint eine ökologisch und ökonomisch sinnvolle Lösung zu sein. Zur Gewinnung der Erdwärme kommen meist Erdwärmesonden zum Einsatz. Auch in einem von uns geplanten Objekt wollten wir auf einen solchen Wärmeerzeuger zurückgreifen. Dementsprechend haben wir auch diverse Vorabklärungen mit den zuständigen Behörden unternommen. Es zeigte sich, dass unsere Parzelle in einer Gewässerschutzzone liegt, da unser Grundstück in der nähe des Zürichseeufers ist. Es besteht also die Möglichkeit, dass wir auf Grundwasser stossen werden. Falls dies der Fall ist, muss die Bohrung abgebrochen werden, und wir müssen eine Alternative zu den Erdwärmesonden finden. Was also sind die Alternativen? Unser erster Gedanke war auf Erdgas umzusteigen da unser Grundstück bereits dementsprechend erschlossen ist. Der Bauherr wollte jedoch den Minergiestandart erreichen und eine ökologische Lösung finden.
Dies war die Ausgangslage für die Suche nach einer wirklichen Alternative. Dementsprechend suchte ich nach einer anderen Möglichkeit die geothermische Energie zu nutzen, und ich stieß dabei auf die Erdwärmekörbe. Diese sind relativ neu und in der Schweiz kaum verbreitet. Auch mir sind diese Körbe neu. Daher versuche ich in den kommenden Abschnitten zu erfahren, wie diese funktionieren? Was der Unterschied zu den Erdwärmesonden ist? Und ob diese in unserem spezifischen Fall eine wirkliche Alternative ist.


Funktion von Erdwärmkörbe

Jeder Erdwärmekorb besteht aus einem etwa 50 m langen, spiralförmig gewickelten Polyethylen-Rohr, welches UV-resistent und frostbeständig ist. Dieses Rohr wird auf ein korbförmiges Stützgerüst aufgebracht. Im Rohr zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit und nimmt die Wärme des umgebenden Erdreichs auf. Die kalte Wärmeträgerflüssigkeit fliesst im äusseren spiralförmigen Rohr des Korbes nach unten, um dem Erdreich die höchstmögliche Wärmemenge zu entziehen, und steigt dann im Innenrohr in der Mitte des Korbes nach oben zurück, um ein Abkühlen zu verhindern. Mittels eines Wärmetauschers gibt die Wärmeträgerflüssigkeit ihre Wärmeenergie an das Arbeitsmedium der Wärmepumpe ab, welche ihrerseits das Heizsystem mit Warmwasser versorgt.
Die Oberkante des Erdwärmekorbes kommt in eine Tiefe von 1.5 m zu liegen, damit sich der Wärmekorb in der frostfreien Zone des Erdreiches befindet. Die Erdwärmekörbe werden also in einer Tiefe von 1.5 bis 3 m in die Erde eingebracht und sind damit von den täglichen Temperatur-Schwankungen unbeeinflusst. Zudem verlaufen die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen in dieser Tiefe nicht synchron mit der Oberflächentemperatur. In dieser Zone ist die Temperatur des Erdreiches im November am höchsten (ungefähr 13 °C), das heisst zu Beginn der Heizperiode, und sie ist am tiefsten zu Beginn des Sommers (ungefähr 7 °C), wenn die Heizung nicht mehr benötigt oder die Anlage eventuell zur Kühlung eingesetzt wird.
Weil Erdwärmekorb-Anlagen dem Erdreich Wärmeenergie entziehen, senkt sich dessen Temperatur im Laufe der Heizperiode ab. In den Sommermonaten muss sich deshalb ein neues thermisches Gleichgewicht einstellen. Durch die geringe Tiefe der Erdwärmekörbe ist eine Regeneration des Erdreiches vor allem durch Sonneneinstrahlung und das Versickern des Regenwassers möglich.
Ein Abstand von 4 m zwischen den einzelnen Erdwärmekörben wird eingehalten, um eine optimale Funktion der Anlage zu gewährleisten.
Für den Einbau von Erdwärmekörben wird mit einem Schaufelbagger ein Graben von 60 cm Breite und einer Tiefe von weniger als 1 m ausgehoben. Danach wird ein erstes Loch mit einer Tiefe von 3.5 m gegraben und darin ein Erdwärmekorb eingebaut, dessen Oberkante ungefähr 1.5 m unter die Erdoberfläche zu liegen kommt. Das Loch wird anschliessend mit Aushubmaterial aufgefüllt, das bei den Erdarbeiten angefallen ist, oder mit Sand, falls die Qualität des Aushubmaterials ungenügend ist. Im Abstand von 4 m wird ein weiteres Loch gegraben, in welches der nächste Erdwärmekorb eingebaut wird. Die Erfahrung hat gezeigt, dass optimalerweise drei Erdwärmekörbe in Serie hintereinander geschaltet und die einzelnen Gruppen parallel ausgerichtet werden sollten. Wenn die Erdwärmekörbe ins Erdreich eingebracht sind, werden diese untereinander verbunden und an die Wärmepumpe angeschlossen (Verteiler = kalte Seite und der Kollektor = warme Seite).

Vergleich Erdwärmekörbe und Erdwärmesonden

Erdwärmekörbe

+ Haben eine geringer Einbautiefe und liegen OK rund 1.5m unter Terrain

= Verhalten sich für ein Einfamilienhaus zu Erdwärmesonden kostenneutral

- Braucht flächenmässig mehr Platz. Im Vergleich mit horizontalen Erdwärmekollektoren ist der Flächengewinn jedoch rund 40%

- Die Basis der Erdwärmekörbe muss sich mindestens 2m über dem höchsten Grundwasserspiegel befinden

- Es gibt in der Schweiz noch keine Bewilligungsverfahren für solche Anlagen.

- In der Schweiz noch kaum eingesetzt. Es fehlen Erfahrungswerte

+ Kann auch in der Gewässerschutzzone eingebaut werden

+ Relativ konstanteTemperatur über das ganze Jahr

Erdwärmesonden

- Bohrungen bis zu einer Tiefe von 150m – 400m. Je nach Leistungsbedarf
= Verhalten sich für ein Einfamilienhaus zu Erdwärmesonden kostenneutral
+ Braucht flächenmässig kaum Platz
- Falls bei Bohrung auf Grundwasser gestossen wird, muss die Bohrung abgebrochen werden.
+ Bewilligungsverfahren vorhanden


Resume

Auf unser Projekt bezogen sind die Erdwärmekörbe eine echte Alternative. Der primäre Vorteil ist die geringe Einbautiefe. In unserem Fall verhilft uns dies nicht ins Grundwasser zu stossen, bzw. mehr als 2m über dem höchsten Grundwasserspiegel zu liegen kommen. Dies haben die Untersuchungen des Geologen gezeigt und sind in seinem Bericht erfasst. Somit ist der Einbau auch in der Grundwasserschutzzone möglich. Vom funktionalen Prinzip unterscheiden sich die Erdwärmesonde und die Erdwärmekörbe eigentlich kaum. Die benötige Fläche für den Einbau dieser Erdwärmekörbe können wir in unserem Grundstück aufweisen. Das einzige Problem ist momentan die Bewilligung für diese Art von Erdwärmenutzung. In unserem Kanton ist wie bereits erwähnt noch kein solches Bewilligungsverfahren vorhanden. Wir sind aber mit den zuständigen Behörden in Kontakt getreten und werden die Problematik besprechen und hoffen natürlich auf die Erdwärmekörbe zurückgreifen zu dürfen. Denn somit könnten wir unserem Bauherrn eine kostenneutrale und ökologische Alternative zu den Erdwärmesonden bieten.


Quellen

www.geothermie.ch
www.effiziente-waermepumpe.ch/wiki
www.wikipedia.org
www.empa-ren.ch/Geothermie


Projekt Handbuch Erdwärmekörbe / Autor und Koautoren Simone Bassetti, Ernst Rohner
im Auftrag des Bundesamts für Energie BFE

HSZ-T I A06A I Haustechnik I Rico Bänziger

Untersteuern, Übersteuern

Die Herausforderung: menschengerechte Steuerung.

Mit grossem Aufwand realisieren wir komplexe Haustechniksysteme. Technik ist im Trend! Wir glauben an mehr Lebensqualität und beruhigen unser schlechtes Gewissen gegenüber der Umwelt. Die Versuchung ist gross, man kann ihr kaum wiederstehen: Automation! Die Systeme sollen, ohne unser zutun, sich an unserem Verhalten anpassen. Wir sind frei! Doch wenn man es genau betrachtet, schaffen wir uns einen weiteren "technischen" Zustand von dem wir abhängig sind. 

Die Systeme werden komplexer, dies erfordert einen erhöhten Steuerungsaufwand. Steuerungstechnisch kann heute beinahe jeder Wunsch erfüllt werden. Von einfachen Schaltungen bis hin zu computergesteuerten Programmen unter Einbezug etlicher Parameter. Doch welche Steuerung für wen? Mag sein, das der Informatiker Freude an einem vollautomatisierten System hätte - der Grossteil der Menschen könnte damit aber kaum etwas anfangen. 

Folgende Situation haben wir vor kurzem im Büro behandelt: in einem kleinen Schulhaus mit vier Klasseneinheiten für geistig behinderte Jugendliche, werden zur Raumlüftung und zur sommerlichen Nachtauskühlung motorisierte Fensterflügel angesteuert. In einem grösseren Schulgebäude steuert man ein solches System normalerweise zentral über einen mit dem Systemlieferanten vernetzten Computer. Für ein kleines Schulgebäude ist ein solches System zu teuer und in der Bedienung zu komplex. 

Für unser kleines Schulhaus ist somit eine wesentliche Entscheidung aus wirtschaftlichen Überlegungen bereits klar. Das System muss über elektronische Schalter (BUS-System) gesteuert werden. Um den Anforderungen gerecht zu werden, müssen Parameter mit Prioritäten fest gelegt werden. Diese Parameter entstehen aus den energietechnischen Anforderungen (Wärmeverlust), witterungsbedingten Anforderungen (Regen, Sturm) und den nutzerspezifischen Anforderungen (Lehrer, Schüler), wobei letzteres einen besonderen Stellenwert einnimmt, da es in den unmittelbaren Alltag eingreift. 

Im Umgang mit den nutzerspezifischen Anforderungen standen zwei Grundhaltungen sich gegenüber. Eine Möglichkeit wäre, in jedem Raum Co2-Sensoren zu installieren, die ab einem bestimmten Co2-Gehalt in der Raumluft eine Stosslüftung auslösen. Für die Qualität der Raumluft ist das sicher die beste Lösung, doch ein solches, zeitlich unkoordiniertes Öffnen mitten im Unterricht wirkt störend, besonders für die wahrnehmungssensiblen Jugendlichen. Eine andere Möglichkeit ist die zeitlich koordinierte Lüftung, welche die Öffnung der Flügel am Ende der Lektion auslöst. So ergibt sich ein Rhythmus, ähnlich dem Pausenklingeln. Das plötzliche öffnen der Lüftungsflügel erlangt so eine Selbstverständlichkeit im Alltag.

Wenn wir diese Anforderung als Grundparameter setzen, sieht unser Schaltsystem wie folgt aus:

Grundparameter: koordinierte, periodische Stosslüftung über Zeitschaltuhr auf Unterrichtszeiten bezogen.

Nebenparameter I: zur energietechnischen Optimierungen (Wärmeverlust im Winter) werden Stosslüftungen in unbelegten Räumen mittels Co2-Sensor verhindert.

Nebenparameter II: kontrollierte Nachtauskühlung bei entsprechender Aussentemperatur gesteuert mit Aussentemperaturfühler und Zeitschaltuhr.

Nebenparameter III: beenden der Nachtauskühlung bei erreichen einer bestimmten Innentemperatur mittels Innentemperaturfühler oder bei ungünstiger Witterung mit Wetterstation.

Ich glaube, wir konnten somit eine den Bedürfnissen entsprechende Steuerung erreichen, die auch eine im Alltag verständliche Logik innehält. 

Die Steuerung und die Bedienung der Haustechnik bedarf einer äusserst sorgfältigen Planung. Ist es doch gerade die Bedienung dieser Dinge, welche täglich stark, meist unbewusst, in das Leben der Bewohner eingreift. Vor allem wir (angehende) Architekten sind in diesem Thema gefordert. Nur wir kennen die die Bedürfnisse des Bauherren in einem solchen Mass, wie es die Planung solcher Steuerungen erfordert. Den bewussten Umgang mit der Steuerung müssen wir lernen.

Jonas Wirth, Stud. HSZ-T, A06

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WindowMaster

Werkschule

Kalk – der gnadenlose Geld – und Energiefresser

Trinkwasser – gesund und sauber

Wasser ist ein kostbares Gut. Was in der Schweiz aus dem Wasserhahn fliesst, ist von hoher Qualität, sauber und gesund. In weiten Teilen des Landes ist sein Kalkanteil jedoch sehr hoch und die Wasserqualität hart.

Hartes Wasser darf bedenkenlos getrunken werden. Kalk lagert sich aber ab und verursacht an vielen Systemen, Maschinen und Geräten empfindliche Schäden. Dies gilt besonders, wenn das Wasser erhitzt wird. So beispielsweise bei Boilern, Waschmaschinen, Kaffeemaschinen, Duschen und Pfannen. Wer mit hartem Wasser wäscht braucht zusätzlich mehr Waschmittel.

Wie gelangt Kalk in unser Trinkwasser?

Die im globalen Wasserkreislauf enthaltenen Wassermengen befinden sich in einem ständigen Austausch mit den Stoffen ihrer Umgebung. Sobald das Wasser auf Grund der Sonneneinstrahlung von der Meeresoberfläche (oder Seen, Flüsse ect.) her verdunstet, kommt es mit der umgebenen Luft in Kontakt, wobei sich die in der Atmosphäre befindlichen Gase in dem aufsteigenden Wasserdampf lösen. Dazu gehört der für uns Menschen lebensnotwendige Sauerstoff, wie auch Kohlendioxid, welches wir ausatmen. Aber auch Abgase - wie beispielsweise Schwefeldioxid aus industriellen Anlagen - lösen sich im Wasserdampf, was zu einer PH-Wert-Absenkung des Wassers führt (saurer Regen).

Den nächsten Kontakt hat das Wasser dann während der Bodenpassage. Der versickernde, leicht saure Regen, löst auf seinem Weg von der Oberfläche bis ins Grundwasser Mineralien aus dem Boden und transportiert sie in gelöster Form über die Wasserwerke hinweg bis in unsere Haushalte.

Je grösser die Mengen an Kalkgestein im Boden sind, desto härter wird das Trinkwasser, desto mehr wertvolle Mineralstoffe wie Calcium und Magnesium sind im Wasser gelöst.

Wie viel beträgt der Energieverlust, wenn der Wärmetauscher mit einem Millimeter hartem Kalk belegt ist?

Bei Betrieb von fossilen Brennstoffen:
1mm Kalkablagerung = 10% Energieverlust
2mm Kalkablagerung = 17% Energieverlust
3mm Kalkablagerung = 23% Energieverlust
4mm Kalkablagerung = 28% Energieverlust

Bei Elektroboiler führen die Ablagerungen zum defekt der Heizstäbe, was hohe Reparaturkosten zur Folge hat.

Welche Kalkmenge fliesst mit dem Trinkwasser durch unsere Wasserleitungen?
Das hängt von der Wassermenge und der Wasserhärte ab.

Folgende Annahmen:
Wasserjahresverbrauch für ein Einfamilienhaus 200m3

- bei 20° fH (11.2° dH) fliesst jährlich 40 kg Kalk durch unsere Wasserleitungen

- bei 30° fH (16.8° dH) fliesst jährlich 60 kg Kalk durch unsere Wasserleitungen

- bei 40° fH (22.4° dH) fliesst jährlich 80 kg Kalk durch unsere Wasserleitungen

Bei diesen enormen Kalkmengen ist es nachvollziehbar, dass Probleme in Wasserleitugen und Wärmetauschern vorprogrammiert sind.

Welche Bedeutung hat eine hohe Wasserhärte für einen Hausbesitzer?

Eine zu hohe Wasserhärte ist gesundheitlich unbedenklich. Technisch gesehen jedoch nicht. Bedingt durch eine hohe Wasserhärte kann dem Hausbesitzer ein hoher Sachschaden entstehen. Es ist nur eine Frage der Zeit, bis Kalkprobleme auftreten.

Einige Beispiele dazu:

- Schwer zu entfernende Kalkablagerungen auf den Keramiken in Bad und Küche.

- Wasserschäden als Folge defekte Geräte und poröse Schläuche.

- Verkalken bzw. Verstopfung der Rohrinstallationen.

- Zerstörung von elektrischen Geräten wie Kaffeemaschinen, Wasserkochern, Durchlauferhitzern oder Waschmaschinen.

- Schlechte Spülergebnisse beim Spülen von Geschirr und Gläsern.

- Hoher Waschmittelverbrauch in der Waschmaschine.

- Erhöhte Verkeimungsgefahr durch vergrösserte innere Oberfläche der Rohrleitungen und der Warmwasserspeicher.

Magnetkraft statt Chemie und Salz

Die Magnetkraft ist die ökologischste Lösung zur Verhinderung von Kalkablagerung im Leitungssystem und zur Erzeugung von sogenannt "weichem Wasser".

Läuft Wasser durch ein sehr starkes Magnetfeld, ereignen sich einige physikalische Phänomene, die bis heute von der Wissenschaft in der Theorie nur ansatzweise erklärt werden können. Man geht davon aus, dass die sich im Wasser befindlichen negativ geladenen Wassermoleküle (H2O) und Mineralstoffkomplexe mit einer positiven Ladung versehen werden. Dann erfolgt gleichzeitig bei den Kalk-Kristallen eine Zertrümmerung um das ca. 40fache und eine Umwandlung in " Aragonit", eine weichere Kalkart. Diese viel kleineren Aragonit-Partikel sind nun ebenfalls positiv geladen und bleiben im Wasser dauerhaft in Suspension. Bei einer totalen Verdunstung des Wassers z.B. in einer Pfanne oder auf einer Oberfläche bleibt ein nicht haftendes weisses Pulver zurück.

Diese Kalkwandler können direkt auf die Leitung montiert werden. Bedingung ist jedoch, dass die bestehende Wasser-Leitung aus Messing, Kupfer, Kunststoff oder rostfreiem Stahl ist. Nur so kann das Magnetfeld das durchfliessende Wasser richtig durchdringen. Bei galvanisierten Stahlleitungen in älteren Gebäuden kann ein kurz Stück der Leitung durch den lokalen Sanitär mit einem Messingrohr ausgetauscht werden.

Gute Gründe für ein Kalkwandler beispielsweise von der Firma Mediagon oder Maratch

Sauberkeit:
Weiches Wasser sorgt für glänzende Armaturen und Fliessen im ganzen Haus. Die Wasserrohre verkalken nicht. Es ist ein Langzeitschutz vor teuren Reperaturen

Wohlbefinden:
Weiches Wasser verwöhnt die Haut mit allen wichtigen Mineralstoffen. Man spart ausserdem Shampoo, Bad- und Duschmittel und Seife. Die Wäsche wird sanft und weich und hält zudem deutlich länger.

Aroma:
Mit weichem Wasser geniesst man den Tee, Kaffee und Speisen noch mehr. Auch Gebäcke die mit Ionisiertem Wasser hergestellt werden schmecken intensiver. Denn der Kalk kann die Aromastoffe nicht mehr überlagern.

Schönheit:
Viele Pflanzen brauchen weiches Wasser. Sie gedeihen dadurch besser und wachsen schneller mit gesunder Schönheit. Ohne die sonst unschönen Kalkflecken auf Blüten und Blättern.

Reflexion des Arbeitsprozesses:

Ich habe mich mit diesem Thema auseinandergesetzt, weil ich gerade damit konfrontiert wurde und ich denke, dass man mehr darüber informieren sollte. Etwa vor 2 Monaten kam ein Vertreter der Firma Mediagon zu uns nach Hause und wollte natürlich sein Produkt verkaufen. Zuerst waren wir etwas skeptisch, darauf sagte er wir könnten das Gerät sechs Wochen gratis testen und dann entscheiden ob wir es wollen oder nicht. Damit waren wir einverstanden und schlussendlich positiv überrascht. Das Putzen geht nun viel einfacher und im Bad und in der Küche hat es nur noch weiche Kalkrückstände. Wir brauchen weniger Wasch- und Duschmittel und vor allem ist das Trinkwasser besser geworden. Also ich persönlich bin begeistert von diesem Gerät und würde es jedem weiterempfehlen. Für das Gerät spricht natürlich auch, dass es nicht so teuer (1900 Fr. für ein EFH) ist und sich deshalb wirklich lohnt, wenn man sieht was man alles an Zeit, Geld und Nerven spart!

Quellen:

www.swisskalk.com
www.wasserqualitaet.ch
www.maratec.biz
www.mediagon.ch

Haustechnik Studentin Andrea Egolf Dozent Peter Amacher HSZ-T Zürich 16.04.09

Elektrochrome Fenstergläser - Verschattung auf Knopfdruck

Elektrochrome Fensterscheiben sind eine der verschiedenen Innovationen, welche momentan für Fenstergläser entwickelt werden. Bei diesen Gläsern kann mit elektrischer Spannung die Lichtdurchlässigkeit der Gläser gesteuert werden. Der Vorteil dieser Lösung gegenüber den Rollläden ist, dass sich das Glas blau verfärbt und aber durchsichtig bleibt.

1. Wie funktionieren diese Fenster?

In der folgenden Grafik ist der Aufbau eines elektrochromen Verbundglases dargestellt.
Das elektrochrome Verbundglas besteht aus zwei 4mm dicken Verbundgläsern welche mit transparenten, leitfähigen Oxiden beschichtet (z.B. fluor dotiertes Zinnoxid) sind. Das eine Glas ist zudem mit einer Wolframoxidschicht belegt und die andere Scheibe mit einer so genannten Gegenelektrode. Zwischen diesen beiden Gläsern befindet sich eine Lithium-ionenleitfähigen Polymerfolie. Die beiden Elektroden sind am Schaltkreis angeschlossen und können über elektrische Impulse aktiviert werden.

Werden die Elektroden mit elektrischem Strom aktiviert, so wandern die Lithium-Ionen gegen die Wolframoxidschicht und Verdunkeln das Glas. Damit kann weniger Licht und weniger Energie durch das Glas passieren. Der gesamte Verdunkelungsvorgang nimmt ca. 12 Minuten in Anspruch.
Da in Mitteleuropa der winterliche Wärmeschutz nicht vernachlässigt werden kann, muss zusätzlich noch ein Wärmeschutzglas hinter dieses elektrochrome Element gebaut werden, so dass der gesamte Fensteraufbau die folgende Form annimmt.

Wie bei „normalen“ Wärmeschutzfenstern ist der Scheibenzwischenraum mit einem Gas gefüllt, damit eine optimale Wärmedämmung erreicht werden kann.

2. Bauphysikalische Werte elektrochromer Fenster

Die bauphysikalischen Werte dieser Fenster sind in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

2-fach Verglasung 3-fach Verglasung
U-Wert 1.1 W/m2K 0.5 W/m2K
g-Wert (hell) 36% 31%
g-Wert (dunkel) 12% 10%
Lichttransmission (hell) 50% 45%
Lichttransmission (dunkel) 15% 14%

Diese Werte zeigen deutlich, dass im abgedunkelten Zustand deutlich weniger Licht und Energie durch das Glas kommt.

3. Vergleich der Energietransmission mit normalen Gläsern

Vergleicht man die Energietransmission elektrochromer Fenster mit normalen Fenstern, so resultieren die in der folgenden Grafik dargestellten Werte (violett: elektrochrome Fenster; blau: normale Fenster).

Der Energiefluss elektrochromer Fenster ist im Winter vergleichbar mit den Werten für normale Fenster. Im Sommer ist die Energietransmission aber deutlich geringer wegen der eingebauten Möglich-keit der Verschattung und des geringeren g-Wertes. Damit leisten diese Fenster einen guten Beitrag für den sommerlichen Wärmeschutz und für eine Reduktion des Energieverbrauches, weil wegen des geringeren sommerlichen Wärmeeintrages deutlich weniger gelüftet werden muss.



4. Behaglichkeit


Das oben dargestellte Beispiel zeigt, wie diese elektrochromen Gläser am Bau wirken. Die blaue Farbe ist typisch für elektrochrome Fenster, wobei der Verschattungseffekt deutlich wird. Diese Fenster sind gut für eine Verschattung indirekter Sonneneinstrahlung. Weniger geeignet sind diese Fenster für direkte Sonneneinstrahlung. Verglichen werden können diese Effekte mit der Sonnenbrille, welche ebenfalls nur wenig Schutz für direkte Sonneneinstrah-lung bietet. Aus diesem Grund kann bei den elektrochromen Fenstern trotzdem nicht auf den konventionellen Sonnenschutz zum Beispiel mit Rollläden verzichtet werden, was natürlich deutliche Effekte auf die Wirtschaftlichkeit elektrochromer Fenster hat.




12. April 2009; Albert Müller

Verwendete Quellen:
NZZ: 25. Februar 2009 „Licht und Schatten auf Knopfdruck“
Webpage der Firma EControl-Glas & Co. KG (www.econtrol-glas.de)
Produktkatalog Pilkington „EControl-Glas“

Herausforderung: Kontrollierte Lüftung bei Minergie-Sanierung

Ausgangslage:

Vor zwei Monaten habe ich eine Minergiesanierung eines Reiheneinfamilienhauses aus den 70er Jahren abgeschlossen. Das Gebäude besteht aus einem Unter-, einem Erd- und einem Dachgeschoss, mit ca. 340 m3 beheiztem Volumen. 

Bei der Schlussabnahme hat die Bauherrschaft angemerkt, dass die Luft seit der Sanierung, respektive seit der Inbetriebnahme der Lüftung unangenehm trocken geworden sei und die Lüftungsgeräusche auf der Stufe 2, beim Einschlafen doch auch sehr gewöhnungsbedürftig sind. 

Das Phänomen der trockeneren Luft mit einer kontrollierten Lüftung ist eine bekannte Nebenerscheinung, aber dennoch muss überprüft werden ob ein Mangel vorliegt oder nicht.

Das selbe gilt selbstverständlich für den zweiten Kritikpunkt, die zu lauten Lufteinlassgeräusche. 

Vorgehen und Lernprozess:

Einer der Vorteile einer kontrollierten Lüftung ist bereits genannt, sie kann kontrolliert und somit eingestellt werden.

Obwohl wir uns beim Einbau der Lüftungsverteilrohre für Kunststoffrohre mit Durchmesser 90 mm anstelle von 75 mm entschieden haben um so die Strömungsgeschwindigkeit zu reduzieren, waren auf der 2. Lüftungsstufe störende Strömungsgeräusche, vor allem natürlich beim Einschlafen zu hören. Vom Lüftungsgerät (Drexel und Weiss, Aerosilent classic) selbst, welches gleich neben dem Elternschlafzimmer in einen Schrank eingebaut wurde, ist dank aller getroffenen Massnahmen, nichts zu hören. Bewährt haben sich dabei dass der bestehende Bodenbelag aufgetrennt, das Lüftungsgerät mit Gummisockeln vom Boden abgesetzt und bei den Schalldämpfern nicht gespart wurde (Rechteckschalldämpfer 160/200 von Böni +Co AG, anstelle der geplanten Westersilent Rundschalldämpfern ø 160 mm). Der vom Schreiner innen ausgedämte Schrank dämpft die Geräusche des ohnehin schon leisen Gerätes noch zusätzlich.

Das zeigt zwar die positiven Seiten und Erfahrungen, löst aber unsere Probleme noch nicht. Die zweite Lüftungsstufe ist beim einschlafen grundsätzlich richtig, da der erhöhte Luftbedarf abgedeckt werden muss. Somit haben wir uns überlegt entweder die Lüftungsleistung der zweiten Stufe von 160 m3/h auf 140 m3/h zu reduzieren oder während der Einschlafphase die Lüftung weiterhin auf der Stufe eins, bei 112 m3/h zu belassen und erst nach einer Stunde auf die höhere Stufe umzuschalten.

Letztere Variante hat sich nach einer Testphase von einer Woche als die Richtige in diesem Fall herausgestellt und zwar weil eine Reduktion der zweiten Stufe zwar die Geräusche reduziert, aber auch dem erhöhten Luftbedarf nur noch bedingt nachkommt. Die verzögerte Umschaltung auf die zweite Stufe hingegen, hat noch geringere Geräuschemissionen als bei der reduzierten Variante während der heiklen Einschlafphase zur Folge und wird anschliessend über die Nacht auch dem erhöhten Luftbedarf gerecht.

Die zweite Herausforderung war, oder besser ist die zu trockene Luft. Grundsätzlich wollen wir auf eine "künstliche" oder aktive Luftbefeuchtung mit einem Befeuchter verzichten.

Die Luftfeuchtigkeit wurde durch den Haustechniker an mehreren Tagen und zu verschiedenen Zeiten gemessen und im tiefsten Fall auf 20% relativer Luftfeuchtigkeit und im Durchschnitt auf 30% relativer Luftfeuchtigkeit festgelegt.

Diese Werte liegen bekanntlich im tolorierbaren Bereich, aber wenn es dem Bauherren unangenehm ist muss man selbstverständlich trotzdem eine Lösung finden.

Da das Haus praktisch den ganzen Tag über leer ist da alle arbeiten, fehlt natürlich der grösste "Luftbefeuchter" im Haus. Um jetzt aber den Mensch (in diesem Fall 4 Erwachsene) zu ersetzen der bei leichter Aktivität ca. 30 - 60g Wasser pro Stunde an die Umgebung abgibt, müssten doch ungefähr 8 mittelgrosse Gummibäume oder 5 Aquarien ins Haus gebracht werden. 

Da dies nich im Sinne der Bauherrschaft ist, versuchen wir es nun mit 3 - 4 Topfpflanzen und werden bei keiner merkbaren Verbesserung, als nächsten Schritt die erste Stufe der Lüftung auf ca. 100 m3/h reduzieren um den Luftaustausch unter Tags zu verlangsamen, wenn das Haus leer steht.

Ob diese Massnahmen die gewünschte Wirkung erzielen, wird sich in nächster Zeit zeigen.

Quellennachweis:

- Hauptquelle: Erfahrung direkt vor Ort auf der Baustelle;

- Broschüre Optimales Lüften, vom Schweiz. Fachverband Fenster- und Fassadenbranche, 

  4. Auflage Sept. 2002;

- Heizung, Lüftung, Elektrizität, Energietechnik im Gebäude, von Christoph Schmid, 

  3. Auflage 2005;

- Homepage von Minergie, www.minergie.ch;

- Homepage von Drexel und Weiss, www.drexel-weiss.at.

Reto Wolf, Architektur Student HSZ-T, Klasse A06b,16.04.2009

Zukunft Hybrid-Kollektor

Vor einigen Wochen stiess ich zufällig auf einen Bericht über eine neue Form von Strom-und Wärmegewinnung, alleine mit Hilfe der Sonnenenergie, den sogenannten „Hybrid-Kollektoren“. Bis an hin hatte ich ein gespaltenes Verhältnis zu Solar- und Photovoltaikanlagen. Sie erfüllen einen Teilbereich der Energie-oder Wärmegewinnung, sie sind nicht wirklich schön aber auch nicht wirklich störend. Nach diesem Bericht konnte ich mich doch noch etwas begeistern und betrachte die ganze Sache mit etwas anderen Augen. Sonnenkollektoren in Solaranlagen hatten bisher den Nachteil, dass entweder Energie für die Heizung in thermischen Solaranlagen oder Strom in Photovoltaik Kollektoren erzeugt wurde. Das aussergewöhnliche an den Hybrid-Kollektoren ist die Möglichkeit, gleichzeitig Strom als auch warmes Wasser zu erzeugen.

Wie funktioniert ein Hybrid-Kollektor?

Die Sonne besitzt ein vielseitiges Lichtspektrum mit unterschiedlichsten Wellenlängen. Um die Sonnenenergie vollständig zu nutzen werden die Wellenlängen bis 700 Nanometer (sichtbares Spektrum) von den Photovoltaik-Zellen für den Strom genutzt. Die Wellenlängen über 700 Nanometer (nicht sichtbares Spektrum) wird für die Solarthermie also für das Warmwasser genutzt.

Der Hybrid-Kollektor kommt mit einer relativ kleinen Fläche aus. Übliche Kollektorflächen betragen für ein EFH ca. 30m2 (15 für der Hybrid-Kollektor bringt die gleiche Leistung mit nur ca. 20 m2. Die Anlage sieht auf den ersten Blick wie ein normaler Solar-Kollektor aus. Unter der Oberfläche sind Siliziumelemente angebracht, die auch als "Wafer" bezeichnen werden. Sie produzieren in einer Solarstromanlage den elektrischen Strom. Doch während die Wafer bei einem herkömmlichen Solarmodul ganz dicht beieinander liegen, sind sie beim Hybrid-Kollektor mit einigem Abstand montiert. Deshalb bedecken sie nur die Hälfte der Kollektor-Fläche. Die zweite Ebene ist ein Wärme-Absorber. Der Absorber besteht aus Kupferrohren, die durch eine Metallfolie (dunkel) verbunden wird und in denen eine spezielle Flüssigkeit zirkuliert. Die Flüssigkeit wird durch die Sonne erhitzt und kann somit zum Heizen genutzt werden. Obwohl die Sonne nicht die ganze Absorberfläche erreicht, weil die Hälfte mit Siliziumplatten verdeckt ist, produziert die Anlage genügend Wärme. Die Siliziumelemente, die sich durch die Sonnenstrahlung ebenfalls erhitzen, geben einen Teil ihrer Wärme an den Absorber ab. Auf diese Weise entsteht ein weiterer Vorteil: Dem Heizsystem steht mehr Wärme zur Verfügung und die aufgeheizten Solarzellen werden gekühlt, was zu einer Leistungssteigerung bei der Stromproduktion führt.Die ganze Sache scheint auf den ersten Blick nicht sehr besonders, da es die Kombination ja eigentlich schon gibt. Der unterschied liegt einfach darin, dass die ganze Anlage nicht in getrennter Form auftritt, sondern als ein einziges Prinziep, welches die Anforderungen eines von der z.B. Atomenergie unabhängiges System ergibt.

Was ist ein Kollektor?

Ein Kollektor ist der sichtbare Teil eines Solarsystems. Er befindet sich meist auf einem Dach und hat eine Fläche von mehreren Quadratmetern. Ein wichtiger Bestandteil des Kollektors ist der sogenannte Absorber. Ein Kollektor setzt sich häufig aus mehreren Elementen zusammen. Ein Element besteht aus einem Rahmen, dem Absorber mit Rohrsystem und einer Abdeckung aus Sicherheitsglas zum Schutz des Absorbers vor Witterungseinflüssen.

Was ist ein Wafer?

Der Wafer ist eine dünne Scheibe aus Halbleitermaterial (z.B. Silizium). Wafer werden als Basismaterial zur Herstellung von Computerchips und kristallinen Solarzellen verwendet. Die kristallinen Scheiben werden in der Regel aus Halbleiterblöcken gesägt und sind 0,2 bis 0,3 Millimeter dick.

Die darunter gelagerte Solarthermie, führt die Wärme aus dem Kollektor ab und kühlt die Photovoltaik-Wafer.

Die Luftschicht zwischen beiden Systemen dient als Isolator. Hier macht sich das geschlossene System die Eigenschaft des Luftraums als hervorragende Isolationsschicht zu nutzen.
Effizienzsteigerung der Stromgewinnung

• Die Stromerzeugung verliert mit zunehmender Temperatur der Solarzellen an Effektivität

• je nach Solarzellentyp liegt der Verlust bei 0,33 % bis 0,50 % pro Grad Aufheizung

• Die Solarthermie fungiert in dem Kollektor als Kühlung, stoppt die Aufheizung und steigert die Effektivität

Was bedeutet Solarthermie?

Durch die Solarthermie wird die thermische Energie der Sonnenstrahlung nutzbar gemacht. Bei der passiven Nutzung in der Architektur erwärmt die Sonne direkt, also ohne technische Apparate, ein Gebäude z. B. durch entsprechend ausgerichtete Fensterflächen oder durch eine Transparente Wärmedämmung, bei der das Sonnenlicht die äusserste Dämmschicht durchdringen kann und so die dahinter liegende Mauer erwärmt. Von aktiver Nutzung spricht man dann, wenn entsprechend konstruierte Absorberflächen Sonnenwärme sammeln und diese mit Hilfe eines Mediums z. B. zu einem Wärmespeicher transportiert wird. Im Haushalt findet die Sonnenwärme vorwiegend zur Erwärmung von Wasser und der Raumluft bzw. den Räumen Verwendung. Eine typische Anwendung ist der Sonnenkollektor. Solarthermische Anwendungen sind umso effizienter, je mehr von der Sonneneinstrahlung absorbiert wird und je weniger der dabei entstehenden Wärme durch Wärmestrahlung, Wärmeleitung oder Wärmeübertragung verloren geht.

Was ist Photovoltaik?

Photovoltaik ist die direkte Umwandlung von Strahlungsenergie (Sonnenenergie), in elektrische Energie. Die Photovoltaik war früher zur Energieversorgung von Weltraumsatelliten mittels Solarzellen im Einsatz. In der heutigen Zeit wird sie zur Stromerzeugung auf der ganzen Welt eingesetzt und findet Anwendung auf Dachflächen, an Schallschutzwänden oder auf Freiflächen. Die Photovoltaik gilt als Teilbereich der Solartechnik, die auch andere technische Nutzungen der Sonnenenergie einschliesst.

Die Vorteile des Hybrid-Kollektors

• Erzeugung von Strom und Wärme in einem Kollektor

• Kühlung der Photovoltaik mittels Wärmeabführung durch die Solarthermie

• Aktiver Schneeschutz durch Abtauung

• Das System benötigt weniger Fläche und Montageaufwand

Die Nachteile des Hybrid-Kollektors

• Kurzfristig hohe Investitionskosten

• Sieht nicht, oder noch nicht ansprechend aus

• Man hat noch keine langfristigen Erfahrungen (erst seit 2008 auf dem Markt)

• Witterungsabhängig

Fazit

Die Möglichkeit mit nur einem System Wärme und Strom zu generieren finde ich vorbildlich. Wenn man andere Alternativenergielieferanten betrachtet, wie z.B. Windräder die nur als reine Stromerzeuger genutzt werden können, ist die Hybrid-Kollektor-Technik als ein zukunftsweisendes System zu betrachten. Die Tatsache völlig unabhängig von den gängigen Strom- und Wärmelieferanten zu sein ist eindrücklich und ein Schritt den es sich lohnt zu machen. Was die Ästhetik betrifft, wird sich hoffentlich noch einiges ändern. Ich glaube, dass viele Bauherren und vor allem Architekten etwas mühe mit dem Erscheinungsbild haben. Wir werden sehen was die Zukunft bringt.

Quellen:

http://gugg.wordpress.com/

http://www.solaranlagen-portal.de/

http://www.ibkammelter.de/

http://www.mdr.de/

http://www.solarhybrid.ag/

HSZ-T Hochschule für Technik Zürich | Haustechnik | 16.04.2009 | Emanuel Ammann

Die intelligente Haustechnik

1. Ausgangslage und Fragestellung

Was nützt uns die beste Technik, die effektivsten Dämmmaterialien oder energetisch vorteilhaftesten Fenster, wenn die Bewohner nicht wissen wie die optimale Benutzung der Beleuchtung, Beschattung, Heizung, oder Lüftung funktioniert.
Es gibt Fitness-Coachs und Ernährungsberater, die einem aufzeigen welche Essgewohnheiten wir verbessern können und wie wir Sport und Bewegung in unseren stressigen Alltag integrieren können. Warum gibt es nicht auch einen Haustechnikcoach? Ein Coach der mir zeigt wo ich sogenannte „Stromfresser“ angeschlossen habe, ob ich genügend oft lüfte, oder der mir zeigt wie ich Heizenergie einsparen kann.

Ich habe vor etwa vier Jahren eine Zeitschrift von „Geo kompakt“ gekauft und darin einen spannenden Artikel entdeckt. Thema war ein so genanntes „lernendes Haus“-das Haus der Zukunft. Ein zentraler Hauscomputer soll sich merken wo in welchen Räumen man sich wie oft aufhält. Er registriert die alltäglichen Gewohnheiten und macht dies zu seinen Vorteilen. Das Ein- und Ausschalten von Lichtern werden über mehrere Tage registriert und können bei Abwesenheit abgespielt werden. Wenn unplanmässig ein Fenster geöffnet wird oder Besuch vor der Tür steht, erscheint automatisch das Livevideo auf dem Bildschirm des Arbeitsplatzes. Per Gegensprechanlage kann man sogar direkt kommunizieren obwohl man weit entfernt von zu Hause ist.
Ich habe mich gefragt, wann unsere Haustechnik wohl soweit ist.

2. Durch Fehler lernen

Ein sogenanntes Automationssystem der Haustechnik gibt es tatsächlich. Seit etwa drei Jahren gibt es so ein System der Firma Adhoc auf dem Schweizer Markt. Ähnliche Systeme gibt es aber auch von Siemens.
Ziel dieses Systems:

- Den Komfort erhöhen

- Die Sicherheit optimieren

- Energie Sparen

Wenn man unbenutzte Räume zu warm geheizt oder Fenster offen lässt, die Rollläden nachts oben oder man Licht unnötig brennen lässt, dann wird viel Energie verschwendet. Hier greift die Hausautomation ein und sorgt dafür, dass Energie zur rechten Zeit richtig eingesetzt wird.
Das Automationssystem steuert die Haustechnik und automatisiert Funktionen selbstlernend nach den Bedürfnissen der Bewohner.
Das System zeigt grafisch auf, wie die Messwerte verlaufen sind und wo Einsparungsmöglichkeiten bestehen.

3. Ein Automationssystem

Besteht grundsätzlich aus:

- Leitebene
Monitor, Drucker als Bedieneroberfläche der Betriebsführung zur Überwachung, Beeinflussung und Kontrolle.

- MSR-Ebene (M=Messen, S=Steuern, R=Regeln)
Steuerung und Regelung der Anlagen mit allen Zähl-, Zeit-, und Regelfunktionen

- Unterzentrale/Automationsgerät
Automatisierungsgeräte in der MSR-Ebene, auch DDC-Systeme genannt, welche die Steuer- und Regelfunktionen sowie die Schnittstellen

zur Peripherie und Kommunikationsebene beinhalten

Bildnachweis: http://www.energie.ch/bfk/ravel/362D.PDF

Das Adhoco-System besteht aus:

- Sensoren
Messen von Meteo- Licht-, Thermische Daten etc.

- Aktoren
Aktoren nehmen Befehle der Steuerungszentrale entgegen und bringen Lampen zum Leuchten, Rollläden und Fenster in Bewegung

- Der Benutzer
kann entgegen der Automatik das System bedienen und so bei Ausnahmefällen individuell agieren.
Er kann aber auch via Internet z.B. vom Arbeitsplatz aus den Backofen eischalten oder die Zimmertemperatur kontrollieren. Meldungen von unvorhergesehen geöffneten Fenstern per SMS, E-Mail oder Fax in seiner Abwesenheit entgegennehmen.

- Die Zentrale
Ist ein Gerät, das gerademal einen Durchmesser von 13cm hat und sich nicht nur in Häuser einbauen lässt, die über eine neue, moderne Haustechnik verfügen. Die Automationszentrale ist auch zur Nachrüstung von bestehenden Anlagen geeignet.
Sie wird über ein PoE-Adapter (Power over Ethernet- Adapter)am 230V-Stromnetz angeschlossen. D.h. via Kabel, das gleichzeitig Internet und Strom liefert.
Die Zentrale beträgt einen Eigenenergieverbrauch von 1 Watt, was sehr niedrig ist.

Bildnachweis: www.adhoco.ch

Die Zentrale enthält folgende Funktionen:

Automatisierung

- Beleuchtung (ein/aus, dimmen, zentrale Funktionen, Szenen)

- Beschattung (Rollläden, Lamellenstoren, Sonnenstoren)

- Heizung (Heizkörper / Bodenheizung mit Raumthermostaten)

- Lüftung / motorisierte Fenster

Koordination

- Energieeffizienter Betrieb dank Vorhersage der Bedürfnisse der Bewohner und des Gebäudeverhaltens

- Heizungsüberwachung

- Optimierung der Lichtverhältnisse (Abstimmung künstliches Licht / Beschattung)

- Anwesenheitsoptimierte Lüftung

Sicherheit

- Anwesenheitssimulation

- Bewegungsmelder mit Einbruchmelde-Funktion bei Abwesenheit

- Überwachung kritischer Verbraucher

- Erkennung unüblicher Verhaltensmuster (z.B. Unfall)

Kommunikation

- Fernbedienung (im Haus)

- Zugriff von Extern über geschützte Internetverbindung

- Versand von Systemmitteilungen und Alarmmeldungen via SMS, E-Mail oder Fax.

Monitoring

- Grafische Darstellung der Messwerteverläufe

- Energieeinsparungs-Anzeige

4. Energieeinsparpotenzial

Rund 25% des thermischen Energiebedarfs und
30 bis 60% des elektrischen Energiebedarfs für die Beleuchtung können laut Hersteller eingespart werden.

Bei Einer 4-Zimmerwohnung wurde ein Jahresbedarf von 42 kWh für das System errechnet, während dem es ganze 2430 kWh Energie einsparen würde. Die Investitionskosten liegen dabei bei 5000.- Fr.

Bildnachweis: Hauseigentümer-Ausgabe Nr. 4 – 1.März 2008

5. Fazit und Lernprozess

Wenn man Einsparungen bei Strom- und Heizkosten erzielen möchte, dann wäre es am sinnvollsten eine Energetische Gesamtsanierung vorzunehmen. Das kann jedoch mit hohen Kosten verbunden sein. Eine bezahlbare Lösung wäre ein fertig vorprogrammiertes Automationssystem, wie es Adhoc anbietet.
Die Frage ist: möchte man soviel Automatik in seiner Wohnung/Haus haben? Der Unterschied vom konventionellen zum adaptiven System ist, dass der Benutzer immer noch selbst eingreifen und gewisse Steuerungsregeln selbst bestimmen kann.
Dadurch, dass dieses System mehr Komfort bietet, aber auch gleichzeitig ein Korrektor und Couch zum Energiesparen ist, ist es für Benutzer geeignet die gerne aktiv beim Energiesparen mithelfen wollen. Das Gerät ist einfach zu Bedienen und man braucht nicht viel Hintergrundwissen zu haben.

Ich wusste schon, dass sich einige lästige Arbeiten automatisieren lassen, wie z.B. das Öffnen und Schliessen der Rollläden. Auch das simulieren von Anwesenheit durch ein abspielen eines Programmes, das Lichter ein- und ausschalten lässt ist mir nichts Neues, dass man aber praktisch alles mit so einem System verbinden kann – vom Backofen bis zum Bewegungsmelder, der bei Abwesenheit per SMS eine Warnung versendet- ist schon sehr beeindruckend. Ich denke, dass dieses System in Zukunft in einigen Wohnungen und Häusern aufzufinden sein wird und dass es noch mit vielen anderen alltäglichen Dingen vernetzt sein wird. z.B. dem Kühlschrank der mir sagt wann welche Lebensmittel ablaufen und der beim ausgehen eines Produktes eine automatische Internetbestellung aufgibt.
Muss ich denn in Zukunft überhaupt noch selber an irgendetwas denken?

6. Quellen

www.adhoco.ch

www.energie.ch

Bau & Architektur, Heft-Nr. 5, Dezember 2008,
Herausgeber KünzlerBachmann Medien AG, 9001 St.Gallen und STV-Verlags AG, 8023 Zürich

Geokompakt, Heft-Nr. 2, Juli 2008,
Herausgeber Verlag Gruner + Jahr, Hamburg

Hauseigentümer-Ausgabe Nr. 4 – 1.März 2008

http://www.nouvo.ch/161-1

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16.04.09, Susanne Näf