Architekten und Haustechnik

Erdwärmekörbe / Eine Alternative zu Erdwärmesonden

2009-04-21T04:57:00.000-07:00

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

2009-04-16T13:23:00.001-07:00

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

Link:

WindowMaster

Werkschule

Kalk – der gnadenlose Geld – und Energiefresser

2009-04-16T12:49:00.001-07:00

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

2009-04-16T12:35:00.000-07:00

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

2009-04-16T12:32:00.000-07:00

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

2009-04-16T12:19:00.000-07:00

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

2009-04-16T12:13:00.000-07:00

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

Mensch heizt Raum - Menschheitstraum?

2009-04-16T11:54:00.000-07:00

Die ganze Welt redet von erneuerbaren Energien. Sonne, Wind, Wasser, Erde, Biomasse sind die mittlerweile weitbekannten und anerkannten Energie-Ressourcen der Zukunft. Inspiriert vom Film „Matrix“, möchte ich im Zusammenhang mit dieser Arbeit in die Welt der erneuerbaren Energie der Zukunft eintauchen. Viele alternative Energiequellen gibt es Mittlerweile. Meiner Meinung nach geht dabei aber eine milliardenfach vorhandene und sich ständig reproduzierende Energiequelle vergessen: Der Mensch.

Energie wird weltweit knapp, die Ölpreise steigen, Energiekonzerne nehmen die Konsumenten aus. Gleichzeitig verursacht der Mensch die Klimakatastrophe, also kann es nicht zu viel verlangt sein, dass der Mensch selbst auch höchstpersönlich zur Energiegewinnung herangezogen wird. Aber Inwiefern kann der Mensch als Energiequelle gebraucht werden? Kann man den Mensch in Zukunft als primärer Energielieferanten „missbrauchen“? Wenn ja, wie ist die Verhältnismässigkeit zwischen Haushalt und z.B. einem Gewerbehaus, vo tausende von Menschen verkehren?

Wer kennt sie nicht, Armbanduhren, die ohne Batterie, EKG-Geräte, die ohne Stromkabel funktionieren. Wie das gehen soll? Es wird dabei lediglich die elektrische Spannung aus dem Unterschied zwischen Körper und Umgebungstemperatur erzeugt. Ein kleiner, aber wichtiger Schritt für die Zukunft.
Noch dezentraler ließe sich Energie gewinnen, könnte man die Energie der Menschen anzapfen - was mancherorts auch schon gemacht wird. Die Disco "WATT" in Rotterdam z.B., nutzt die Energie der stampfenden Füße der Tänzer und Tänzerinnen. Ein Drittel des im Lokal verbrauchten Stroms soll so entstehen. Viele Menschen in einem Raum erzeugen aber auch ohne schweißtreibendes Tanzen Energie. Sogar im Schlaf ist der Mensch aktiv und strahlt Wärme ab.

Eine einfache Faustformel besagt, dass ein Mensch 100Watt Wärme (Energie) ausstrahlt? Wie kommt man auf diese Zahl?

Der Mensch muss die Temperatur im Inneren seines Körpers konstant bei 37 Grad Celsius halten. Dabei resultiert aus seinem Stoffwechsel eine ständige Wärmequelle mit einer mittleren Leistung, von starken körperlichen Belastungen abgesehen, von etwa 100 Watt. Diese Wärme muss an die Umgebung abgegeben werden, zumeist als Wärmestrahlung und gegebenfalls als Verdunstungswärme über das Schwitzen. Der letztendliche Wärmeverlust oder Wärmegewinn eines Körpers resultiert aus der Differenz von eigener Abstrahlung und absorbierter Einstrahlung seiner Umgebung. Bei seiner Körpertemperatur von 37° strahlt der Mensch – ausgegangen von einer Körperoberfläche von 2m2- ständig ca. 1050 Watt Wärme ab. Gleichzeitig empfängt er Wärmestrahlung entsprechend der Temperatur ihn umgebenden Luft, z.B. bei einer Lufttemperatur von 29° in Höhe von 950 Watt. Bei dieser Temperatur entspricht die Nettostrahlung also genau der menschlichen Wärmeerzeugnisses. Die Körpertemperatur bleibt so konstant, dies ohne die Notwendigkeit von Wärmeschutz durch Kleidung.

In unserem Klima und bei ausreichender Bekleidung haben wir unser wärmebezogenes Wohlbefinden gewohnheitsmässig auf eine Raumtemperatur von ca. 20 ° eingestellt. Bei dieser Temperatur würden wir unbekleidet netto etwa 200 Watt abstrahlen, also sehr schnell frieren. Durch die Wärmeisolation unserer Kleidung vermindern wir die Abstrahlung an die Umgebung auf die ständig verfügbaren 100 Watt.

Durch diese Theorie, würden also 250‘000 Leute in einem Raum 25 Megawatt erzeugen. Diese Anzahl von Menschen sollen täglich am Stockholmer Bahnhof verkehren. So hat die staatliche schwedische Immobilienverwaltung den Menschen als alternative Energiequelle entdeckt. Die Gesellschaft will mit der Körperwärme der etwa 250.000 Menschen, künftig ein Bürogebäude heizen. Statt die Wärme über Fenster nach draußen zu leiten, soll diese nun über das Belüftungssystem nutzbar gemacht werden. Die Heizkosten des Bürogebäudes, das bis 2010 in Bahnhofsnähe fertig gestellt werden soll, würden so um bis zu 20 Prozent verringert. Das Konzept sieht also vor, mit der Körperwärme der Bahnhofs-Besucher Wasser aufzuwärmen, das dann durch Rohre zu dem geplanten Bürogebäude geleitet wird. Das ist eine alte Technologie, die in einer neuen Weise genutzt wird. Es handelt sich nur um Wasser, Pumpen und Rohre.

Fazit

Ich denke die geringen Investitionskosten (im Vergleich zu den Gesamtkosten des Bahnhofsumbaus in Stockholm) sollten auf jeden Fall eingesetzt werden. Wenn diese neuartige Heizung wirklich 20% der Heizkosten sparen kann, hat es sich auf jeden Fall gelohnt. Um einen Haushalt rein durch den Menschen zu heizen braucht es mehr als nur die ausgestrahlte Wärme. In Kombination verschiedener Energiegewinne durch menschliches Handeln, könnte der Energieverbrauch bei einer kompakten und dichten Gebäudehülle mit Hilfe einer mechanischen Lüftungsanlage durchaus verringert werden. Von dieser Energiequelle machte man in der Jungsteinzeit schon Gebrauch, indem man zusammen mit den Tieren in einem Raum schlief. Wenn man bedenkt, dass die ersten Häuserbauer bewusst von der Energie des natürlichen Stoffwechsels bei Lebewesen Gebrauch gemacht haben, finde ich es doch schade dass man nach 10000 Jahren diese Quelle immernoch stark unterschätzt. Ich finde jede Art von alternativer Energie sollte zumindest in Erwägung gezogen oder getestet werden. Und solange Menschen nicht in Glaskisten gehalten werden um an die Körperwärme zu kommen, ist „Matrix“ nur einer von vielen Science-fiction.

Quellenangabe:

http://nachhaltigbeobachtet.ch/
http://www.glocalist.com/wirtschaft/

www.geo.de

http://www.wikipedia.de/

Student: Useinoski Faton

Licht mit Schattenseiten

2009-04-16T08:34:00.000-07:00

Einleitung Das Licht ist der Allgemeinen, für den Menschen, sichtbaren Bereich der elektromagnetischen Strahlung . Wir unterscheiden zwischen Licht und künstliches Licht (eine Beleuchtung). Licht ist, wie Feuer, eines der bedeutendsten Phänomene für alle Kulturen. Künstlich erzeugtes Licht aus Lampen ermöglicht dem Menschen heutzutage ein angenehmes und sicheres Leben auch im dunkeln (Nacht) und in gedeckten Räumen (Höhlen, Gebäuden). Technisch wird die Funktionsgruppe, die Licht erzeugt, als Lampe oder Leuchtmittel bezeichnet.

Der Nutzen des Lichts lässt sich in folgende drei Aspekte aufteilen

Sehen mit Licht: Licht wird benötigt, um Sehen zu können. Zugleich darf es aber den Sehvorgang nicht durch Blendung oder Kontrastminderung stören.
Aktivieren mit Licht: Licht wirkt auf den Menschen aktivierend und somit leistungsfördernd

Wohlfühlen mit Licht: Eine geeignete Lichtgebung durch Tages-und Kunstlicht fördert das Wohlbefinden

Wie kann nun maximales Wohlbefinden aus einer Lichtgebung gewonnen werden? Wie kann das „visuelle Raumklima“ angenehm gestaltet werden? Dazu wird oft auf die Natürlichkeit des Tageslichts hingewiesen. In einem gewissen Sinn ist diese Sichtweise gerechtfertigt. Es wäre jedoch falsch, Beleuchtungskonzepte, welche für Tätigkeiten im Freien geeignet sind, unbesehen auf den Dienstleistungsarbeitsplatz oder im Verkauf zu übertragen.
Die Lampen/Leuchten strahlen Licht und Helligkeit aus. Doch aber auch sehr viel Wärme. In meiner Zusammenfassung möchte ich hauptsächlich auf die Innenraumbeleuchtung eines Verkaufsladen eingehen, anhand eines Beispiels aus meiner Praxis erläutern welche Vorteile bzw. Nachteile und welche Auswirkung ein Beleuchtungskonzept auf die Heizung/Lüftung/Klima/Kälte hat.

Ausgangslage/ Problematik/ Lösung In der Zürcher Altstadt wurde ein Verkaufsladen von ca. 80 m2 geräumt und neu vermietet. Die Räumlichkeiten werden durch einen bestehenden Monoblock im einen Be-/Entlüftet und im anderen gekühlt. Die Räumlichkeiten haben bis auf einem verglastem Eingang, kein Tageslicht. Die ganze Beleuchtung muss künstlich erbracht werden. Die Raumtemperatur ist auf 21°C temperiert.

Für den neuen Mieter wurde den Raum ganz saniert. Die Beleuchtung wurde neu konzipiert, basierend auf die Verkaufartikel und die Verkaufsphylosofie. Durch die massive Steigerung an Lichtquellen, wurde die Wärmeabstrahlung der Lampen massiv erhöht, ca. 53 KW. Dies hatte zur Folge, dass die Raumtemperatur gestiegen ist.
Unsere Aufgabe bestand darin, die Raumtemperatur auf diese 21°C zu behalten, ohne auf diese Art von Beleuchtung zu verzichten. In Zusammenarbeit mit unseren Haustechniker, haben wir eine Kühlungskonzept (siehe unten) mit einer Kühlmaschine über die Luft geplant und eingebaut. Die Kältemaschine, (funktioniert ähnlich wie einen Kühlschrank) mit einer Leistung von 73 KW, kühlt das Wasser welches in den Speicher aufbewahrt ist. Die Rückkühlung geschieht über Dach. Durch den Kreislauf wird im Klimagerät die von unten angesaugte Luft gekühlt und oben wieder erhausgeblasen. Das Klimagerät ist mit Thermostaten versehen. Die Raumtemperatur und Behaglichkeit wurde somit erreicht.

Fazit Dieses Thema wir meiner Meinung nach zu wenig Beachtung geschenkt. Die Ästhetik ist gleichwertig wie die Funktion. Somit möchte ich sagen, dass es nichts nützt ein schöner und spannender beleuchteten Raum zu planen, wenn sich der Nutzer darin darin nicht länger als zwei Minuten aufenthalten kann.
Ich musste wirklich staunen als ich bei unserem Projekt gesehen habe, wie gross die Abstrahlungswärme der Beleuchtung ist, und mit welchem Aufwand man diese beheben musste. Schade finde ich wiederum, dass nur eine Investition in Bezug auf die Kälte vorgebracht wurde. Man hätte die Überschüssige Wärme welche entstanden ist, in einem Wärmerückgewinnungskonzept verwerten können. Natürlich wäre die Investition massiv höher gewesen, doch langfristig gesehen, hätte dies sicher rendiert.
Wenn man sich mit solchen Themen auseinandersetzt, wird man automatisch viel aufmerksamer darauf. Das Spektrum im Thema Beleuchtung ist sehr gross, und beschränkt sich natürlich nicht nur auf hell machen und Abwärme. Z.b ist in der SIA geregelt, dass auf einer Arbeitsfläche, Tisch, 200 Lx (Lux) hell sein sollte. Eine Über,- oder eine Unterbelichtung kann schädlich sein. In diesem Bereich gehört auch die Spiegelung von Licht, hellen Flächen usw.

Literatur: Ch.Schierz, H. Krueger: Belechtung
Quellen: wikipedia.ch, Büro: Rudolph Architekten

Hochschule für Technik Zürich_Student: Stefano Mastroberti 16.04.2009

Wann braucht es wirklich eine Lüftungsanlage?

2009-04-16T03:35:00.000-07:00

Ausgangslage:
Eine Lüftungsanlage ist ein Gerät, um Wohn- und Betriebsräumen saubere Aussenluft zuzuführen bzw. „verbrauchte“ oder belastete Abluft (ABL) abzuführen. Da Lüftungsanlagen einen grossen Anteil des Stromverbrauches verursachen, ist aus öko-logischen und ökonomischen Gründen der Einbau nur an nötigen Orten empfehlenswert. Deshalb sollte man eine Lüftungsanlage nur dort einsetzen, wo eine mechanische Lüftung zwingend ist. Dazu kommt noch, dass viel Platz für die Geräte selber und für die Lüftungskanäle gebraucht wird. Dies muss bei der Planung genug früh in Betracht genommen werden, da das zum Beispiel auch die Stärke der Decken ändern kann.

Mögliche Gründe für eine Lüftungsanlage:

Beim Restaurant zum Beispiel ist der Einbau einer Lüftungsanlage aus diversen Gründen unabdingbar.
- Reinigung von unangenehmen Gerüchen und Schadstoffen (Tabakgeruch,
und Essen)
- Zur Kühlung bei anfallender Abwärme (Personen, Geräte)
- Be- und Entfeuchtung der Luft (Personen produzieren Feuchte)
- Weil die Personen sitzend speisen, ist auf Luftströmung zu achten!

Auslegungskriterien für Lüftungs- und Klimaanlagen:
Gebäudekategorie VI / Raumlufttemp. Winter 21°C / Raumlufttemp. Sommer 26°C / Raumluftfeuchte Winter 30% / Raumluftfeuchte Sommer 70% / Raumluftqualität ohne Raucher in m3/h pro Person 36 / Luftströmung und Zugempfinden heikel (im Sommer höchstens 0,5 m/s)

Warum hier die Fensterlüftung nicht geht?

Beispiel:
Ein Restaurantbesitzer möchte wissen, ob eine Fensterlüftung ausreicht?
- 1. Platz für 50 Personen / 2. A= 8m x 10m= 80m2 / 3. Höhe 3m / 4. V=240 m3/
5. Fensterfläche einseitig= 8 m2 / 6. Nichtraucher

Welche Bedingungen werden erfüllt?
Die Fensterfläche beträgt mehr als 3% der Bodenfläche und erfüllt somit die erste Bedingung. Die Raumtiefe ist 2,66- fache die Raumhöhe. Da die Fenster nur einseitig vorhanden sind, sollte eine mechanische Lüftung empfohlen werden.
Eine Person verdunstet ca. 40g/h. Bei vollem Betrieb über Mittag, besuchen 50 Gäste das Restaurant. Das ergibt für 50 Gäste: 50x 40g/h = 2000 g/h
Das ergibt pro m3 eine Feuchtezufuhr von 8,33 g/ m3= 8,33 g/ kg

Im Sommer kann die anfallende Feuchtigkeit aufgenommen werden, ohne die Normen zu überschrei-ten. Im Winter kann die Feuchtigkeit nicht aufgenommen werden, da kalte Luft weniger Feuchtigkeit aufnehmen kann als warme. Eine herkömmliche Lüftung ist auch nicht vorstellbar, da man während dem Betrieb schlecht regelmässige Stosslüftungen durchführen kann auch wenn das Wetter es erlauben würde, denn es bewirkt Luftzug. Bei sitzender Tätigkeit ist eine Luftgeschwindigkeit kleiner 0,25 m/s zu empfehlen, sonst werden sich die Gäste bestimmt beklagen. Dazu kommt, dass die Zuluft (ZUL) bei kaltem und heissem Wetter keine komfortable Temperatur aufweist.

Braucht es auch eine Kühlung?
Jeder Mensch gibt Wärme ab, die in Form von Watt gemessen wird. Im Durchschnitt gibt eine ruhig sitzende Person eine Leistung von 104 Watt ab. Zusätzlich kommen in einem Restaurant Beleuchtung und sonstige Maschinen dazu. Sobald der Grenzwert von 250 Wh/ m2 12 h erreicht wird, ist eine mechanische Kühlung erlaubt, falls eine Fensterlüftung nicht möglich ist. Sonst gilt der Richtwert von 350 Wh/ m2 12h
Gemäss Tabelle1, erreicht ein Restaurant mittlerer Standards eine Lastsumme von 263 Wh/ m2 12h

Lernprozess- Schlussreflexion
Bei einem grossen Restaurant kann man nicht auf eine Lüftungsanlage verzichten. Man müsste mit der Fensterlüftung zu viele Dinge in den Griff bekommen, die beim Verhalten eines Mieters schon schwer durchzusetzen sind.
Man muss achten auf:
- anfallende Feuchte, Wärmeabgabe, CO2- Gehalt bezw. Luftverunreinigung, dass die Temperatur nicht unterschritten oder überstiegen wird, dass der Komfort der Besucher gewährleistet ist
Darum muss schlussendlich für eine ökologisch vertretbare Lüftung geschaut werden.

Literaturnachweis:
Unterlagen Schulunterricht, Unterlagen ZHWIN
Bau und Energie Band 5

Quellennachweis:
http://de.wikipedia.org

Haustechnik Modul 2 | Studentin Laura Essifi | Dozent Peter Amacher | HSZ-T Zürich | 16.04.09

Photovoltaik

2009-04-15T23:50:00.000-07:00

Photovoltaik

Die gegenwärtige globale Energieversorgung besteht aus beinahe 90% nicht – erneuerbarerer Energiequellen. Um nachhaltige Entwicklungen im Energiesektor zu gewährleisten wird die Nutzung erneuerbarer Energien zunehmend gefördert werden müssen. Die Möglichkeit aus Sonnenlicht Strom zu erzeugen, bietet sich als Alternative für die zukünftige Stromversorgung an.

Die Photovoltaik (PV) ist eine Form der aktiven Nutzung der Sonnenenergie. Die Solarzellen wandeln Sonnenlicht in elektrische Energie um. Im Unterschied dazu wandeln die Sonnenkollektoren in solarthermischen Anlagen das Sonnenlicht in Wärme um

Strom aus der Sonne

Solarstromanlagen beruhen auf einem faszinierenden physikalischen Effekt. Die Lichtquanten (Photonen) der Sonneneinstrahlung erzeugen im Halbleitermaterial der Solarzelle direkt einen elektrischen Gleichstrom (Grafik). Dieser Strom wird über Kontakte an den Oberflächen der Solarzellen gesammelt. Mehrere Solarzellen werden zu einem Solarmodul zusammengeschlossen.

Unterschiedliche Technologien

Es entwickelte sich eine grosse Vielfalt an Solarzellen-Technologien, welche nach kristallinen Solarzellen und Dünnschichtzellen unterschieden werden.

-Monokristalline Zellen (Bild links), aus einem (runden) Siliziumkristall geschnitten, dunkelblau. Teuer, aber mit den höchsten Wirkungsgraden um 16%. Es werden Leistungsgarantien für 10-20 Jahren gegeben. (ca. 30 Jahre Gebrauchsgarantie)

-Polykristalline Zellen (Bild mitte) mit sichtbaren Kristall-Abschnitten, meist heller blau, rechteckig. Kostengünstiger, aber gegenüber monokristallinen Zellen etwa 10% tieferer Wirkungsrad.

-Amorphe Zellen (Bild rechts) ohne Kristallstruktur, auch als Dünnschicht-Zellen bezeichnet, viele Farben möglich, auch annähernd transparent. Das Material ist auf Träger wie Glas oder flexiblen Folien aufgedampft, deshalb viel kleinerer Materialaufwand, kostengünstig. Wirkungsgrad 5% – 10%, neue Entwicklungen auch höher, in den ersten Monaten deutlich abnehmend. Durch Mehrschichtzellen werden Verbesserungen erwartet. Amorphe Zellen mit anderen Materialien als Silizium, z.B. Kupfer-Indium-Diselenid (CIS), aber auch Farbstoffzellen mit Titanoxid sind in Entwicklung und lassen tiefere Kosten und Wirkungsgrad-Verbesserungen erwarten.

Die Solarstromanlage

Grunddätzlich unterscheidet man zwischen zwei Typen von Solarstromanlagen.

Inselanlage (Bild links):

Die Energie wird in einer Pufferbatterie zwischengelagert. Kleine Inselanlagen werden für die elektrische Versorgung von nicht ans Netz gekoppelten Einrichtungen wie z.B. von Parkuhren, Navigationshilfen, Telekommunikationseinrichtungen oder zur Beleuchtung von abgelegenen Gebäuden eingesetzt. Bei grösseren autonomen Stromerzeugungsanlagen, z.B. für eine umfangreichere elektrische Versorgung von netzfernen Gebäuden (SAC-Hütten), wird oft über einen Wechseltrichter ein kleines Wechselstromnetz mit 230V betrieben. Dabei werden die PV-Anlagen häufig mit zusätzlichen Stromerzeugern wie Diesel- oder Windgeneratoren zu hybriden Energieerzeugungssystemen kombiniert.

Netzverbundanlage (Bild rechts):

Der Gleichstrom wird unmittelbar in Wechselstrom umgewandelt und ins Netz eingespeist. Dazu ist ein netzsynchronisierter Wechseltrichter (Inverter) mit den nötigen Steuer- und Sicherheitsvorrichtungen erforderlich. Selbst kleine Wechseltrichter (3 kW) erreichen Jahres-Nutzungsgrade bis über 90%.

Elektrizitätsertrag:

Es zeigt sich, dass im Mittelland zwischen 800 und 1000 Volllastunden zu erwarten sind. Dies bedeutet für eine 3-kW-Anlage 2400 – 3000 kWh/Jahr. Der maximale Jahresertrag wird bei einer Südorientierung und 30° Neigung erreicht. Eine Südlich orientierte Fassadenlage (90°) erreicht noch 70% des Maximums. Zu beachten ist, dass bei einer Neigung bis 45° der Ertrag im Sommerhalbjahr hoch wird. Bei einer grösseren Neigung vermindert sich der Gesamtbetrag pro Jahr, liefert jedoch höhere Werte im Winter. (Flache Einstrahlung) Für eine Netzverbundanlage kann dies aus Hinsicht der Wirtschaftlichkeit und Funktionalität von Bedeutung sein.

Wirtschaftlichkeit:

Die Wirtschaftlichkeit der Photovoltaik-Anlage wird von den Strahlungsverhältnissen mitbestimmt. Für eine Grossanlage kostet 1 kWh Solarstrom ca. 70 Rp. Bei einer Kleinanlage beträgt dieser 2 Franken. Zusätzliche Batteriekosten entstehen bei einer Inselanlage.

Planung:

Ideal sind südlich orientierte, geneigte Flächen, welche grösser als 50m2 sind. Die Solarmodule sollten möglichst wenig beschattet werden. Die Module können Dach oder Fassadenbündig montiert werden. Wichtig ist, dass die Module gut zugänglich sind. Ästhetische Ansprüche wie z.B. Denkmalpflege oder Ortsbildschutz müssen berücksichtigt werden. Der Wechseltrichter muss aufgrund der Geräusche zweckmässig positioniert werden.

„Form, Farbe, Glanz und nicht sichtbar“

Ästhetische Kriterien zur Photovoltaikanlage

Die heutige Art und Weise der Bauwerke lässt sich optimal mit der Solartechnologie verbinden. Wo vorher die monokristalline oder polykristalline Anlagen auf einem Dach der Ästhetik ein Dorn im Auge war, wird Dank der Dünnschicht-Zellen kaum ein Unterschied zwischen einer „normalen eingefärbten Fassadenglasplatte“ oder der Photovoltaikplatte erkennbar sein. (Bild Fassade)

Technischer Aspekt (Bild: Mögliche Lösung für PV-Platten)

Als noch zu klärende Details sind folgende Punkte:

-Eine wartungsfreundliche Befestigung der PV-Platten, die auch eine schnelle Demontage beschädigter Module erlaubt

-Die Kabelführung innerhalb der Fassade

-Die Steckverbindung der Elemente

-Die Lage der Anschlussdose

Quellenangabe:

Heizung, Lüftung, Elektrizität, Leitfaden für Planung und Praxis

Broschüre: Swissolar "Strom aus der Sonne", BBL-Bestellnummer 805.352d 05.2007 10 000

Broschüre: Forschungsinitiative Zukunft Bau, F2711, Frauenhofer IRB Verlag

Name: Andri Pfister

Der Wind und die Windenergie

2009-04-15T14:54:00.000-07:00

Der Wind ist eine immense natürliche Energiequelle für die Produktion einer grossen Quantität elektrischer Energie. Er ist ausserdem als Energiequelle unausschöpfbar und stellt keine Gefahr für die Umwelt dar.
Die Topografie, oder physischen Oberflächencharacteristiken, können den Wind sehr stark beeinflussen. Berge verhindern den uniformen Fluss, kanalisierte Strömung kann lokale starke Winde verstärken – ideal für Windgeneratoren.
Die nutzbare Energiemenge variiert auf Grund der Jahres- und Tageszeiten. Die Topografie und Rauhigkeit der Oberfläche beeinflussen stark die lokale Geschwindigkeit und Frequenz des Auftretens des Windes. Die nutzbare Menge an Energie hängt ausserdem von Leistungkapazität, Höhe und horizontaler Distanz der Windtürme ab.

Erzeugung von Windenergie

Ein Windgenerator besteht aus einem elektrischen Generator, angetrieben von einem Windrad welches durch Wind bewegt wird. Ein Windrad kann als Windmotor gesehen werden dessen einziger Kraftstoff der Wind ist.
Die Menge an elektrischer Energie erzeugt durch Wind hängt von 4 Faktoren ab:
- Menge an Wind die das Windrad durchströmt
- Windraddurchmesser
- Generatorgrösse
- Systemkapazität_
Die Turbinen sind im Prinzip relativ simpel. Der Generator ist durch ein Getriebe mit einem Rotor mit zwei oder drei Flügeln verbunden. Der Wind treibt den Rotor an und produziert durch den Generator Elektrizität.

Windmühlen

Die Windmühle wurde im 5. Jahrhundert in Persien erfunden und zur Bodenbewässerung benutzt.
Der ursprüngliche Mechanismus hat sich seitdem nicht geändert: der Wind treibt ein Windrad an welches über eine Welle eine Pumpe, eine Mühle oder, in unserer Zeit, einen Dynamo antreibt.
Die Windräder einer Windturbine unterscheiden sich von den antiken durch ihre aerodynamischeren und effizienteren Flügel. Windräder haben die Form von Flugzeugflügeln und die gleichen aerodynamischen Eigenschaften. Die Windräder treiben eine Welle an die mit einem Getriebe verbunden ist. Durch eine Reihe von Umsetzungen wird die Rotationszahl erhöht. Die Rotationswelle ist mit dem Generator verbunden der in hoher Umdrehungszahl Elektrizität erzeugt.

Windturbinentypen

Windturbinen mit horizontaler Welle: mit einem, zwei, drei, vier oder mehreren Flügeln. Die einflügligen brauchen ein Gegengewicht zur Eliminierung von Vibrationen. Zwei Flügel sind häufiger in Gebrauch da sie stärker, simpler und billiger sind als drei Flügel. Dreiflügler, jedoch, verteilen die Spannungen besser wenn sich die Turbine in Folge von Windrichtungswechseln dreht. Multiflügel sind aufgrund ihrer geringeren Effizienz wenig in Gebrauch.
Turbinen mit vertikaler Welle: sind ebenfalls aus Effizienzgründen wenig in Gebrauch. Die drei bekanntesten sind: SAVONIUS, DARRIEUS und MOLINETE.
Die maximale Potenz einer Windturbine errechnet man wie folgt:
Pmax. = 16/27. 1/2 . P.a.v. < 0,593 (P = Luftdichte, nach Tabelle, a= Durchmesser der Fläche der bewegten Flügel V= Windgeschwindigkeit Die Pmax überschreitet nicht 59,3% Effizienz. Dieser Betrag wird auch das BETZ-Limit genannt und ist wissenschaflich bewiesen.

Vorteile der Windenergie

• sichere und erneuerbare Energiequelle:
• sauber;
• mobile Installationen, die gesamte Fläche kann, im Falle eines Abbaus, wiederbenutzt werden;
• kurze Errichtungszeit ( weniger als 6 Monate);
• autonom und ökonomisch;

Nachteile der Windenergie

• Sichtbarer Impakt: starke Landschaftsveränderungen;
• Einfluss auf lokale Vogelgebiete durch : In-Flug Kontakt mit Windrad, unbekannte Effekte durch Veränderungen der habituellen Migrationsgewohnheiten ;
• Lärm: konstanter Pegel von 43dB(A)). Mindestabstand von Häusern muss 200m betragen

Kapazitäten an Windenergie – wichtigste Länder

Rang Land MW
1 - Deutschland 8.965
2 - USA 4.258
3 - Spanien 3.335
4 - Dänemark 2.417
5 - Índien 1.507
6 - Italien 700
7 - Holland 497
8 - Grossbritannien 493

Total Europa: 17.000 Mw Total Global: 25.000 Mw

Zur Zeit sind global mehr als 20.000 Windturbinen in Betrieb mit einer Leistung von mehr als 2 Billionen kw/h jährlich.

(Gisele Antunes Gloor)

Bauteiltemperierung / Kühledecke

2009-04-15T14:33:00.000-07:00

Ausgangslage

Seit einigen Jahren bauen wir für unseren Hauptkunden die bestehenden Zellenbüros in Grossraumbüros um. Neu müssen sich 31Personen einen 350m2 Raum teilen.

Um in den Sommermonaten das Arbeiten angenehmer zu gestalten wurde entschieden, jedes Geschoss mittels eigenem Monobloc zu kühlen. Kaum eingebaut kamen schon die ersten Reklamationen. „Mir ist zu kalt... bei mir ziehts... die Lüftung ist zu laut“.

Parallel dazu waren wir an der Planung eines Neubaus der ausschliesslich mit Sprechzimmern ausgestattet war. Wir waren auf der Suche nach Alternativen zum Kühlen mit Luft. Wir haben das System Bauteiltemperierung oder Kühldecke in Betrachtung gezogen. In diesem Lernjournal möchte ich die Funktionsweisen der Kühldecken und Bauteiltemperierung analysieren.

Bauteiltemperierung

Betonkernaktivierung oder auch Bauteiltemperierung wird als Technik der Stunde vermarktet.

Die Kühlung wird mittels Speicherfähigkeit der Betondecke erreicht. Die Masse der Betondecke wird nachts gekühlt. Die Decke dient so tagsüber als Speicher und führt bei Spitzenlasten die Raumwärme sanft ab. Natürlich kann man dasselbe System im Winter als Raumheizung verwenden. Die Decke dient als riesiger Wärmestrahler. Um diesen Wärmestrahler zu erwärmen genügen bereits geringe Vorlauftemperaturen. Dies wirkt sich positiv auf die Heizkosten aus und ausserdem kann dieses System auch mit Wärmepumpe oder Sonnenkollektoren betrieben werden.

Als Hauptkomponente des Systems dienen Kunststoffrohre, welche mittels Distanzhalter in die Schalung gelegt werden. Durch diese Röhrchen fliesst dann das heisse bzw. kalte Wasser.

Ein grosser Nachteil dieses System ist ironischer Weise die Trägheit des Betons. Denn genau weil der Beton so träge ist, kann man nicht flexibel auf Temperaturwechsel reagieren. Dies führt in den Übergangsperioden vielfach zu unzufriedenen Benutzern.

Ein uns allen bekanntes Gebäude, welches mittels Bauteiltemperierung ausgeführt wurde, sind die Sunrise Tower in Oerlikon.

Kühldecken

Wie schon oben erwähnt ist der grosse Nachteil der Bauteiltemperierung die Trägheit des Speichermediums. Diese Flexibilität wird vom System Kühldecke geboten.

Die Produzenten der Kühldecke werben mit den ähnlichen Vorteilen wie die obigen.

Die Kühldecke kühlt geräuschlos. Weil sie mittels Strahlungskühlung funktioniert, wird das System vom Menschen angenehmer empfunden. Es entstehen keine Zugserscheinungen.

Ein mögliches Trägermedium für Kühldecken sind Kupferröhrchen. Weil in Gewerberäumen meistens eine abgehängte Decke eingebaut wird, kann dieses System komfortabel zwischen Betondecke und abgehängter Decke montiert werden. Natürlich ist auch dieses System reversibel und kann im Winter als Flächenheizung umfunktioniert werden. Dies ist vor allem interessant, in Kombination mit reversiblen Wärmepumpen, die im Sommer auf Kühlbetrieb umgestellt werden können.

Die Systeme bestehen aus einem Kühlregister aus Kupferrohren, aus Wärmeleitlamellen, einem Deckenelement, flexiblen Anschlussschläuchen und Anschlussleitungen sowie Formteilen aus diffusionsdichtem Kunststoffrohr.

Die Kühlregister werde in die Metall- oder Gipsdeckenelemente eingelegt und mittels Schraubverbindung fixiert.

Fazit

Im oben erwähnten Neubau haben wir uns für die Kühldeckenlösungen in Kombination mit einer gewöhnlichen Kühlanlage entschieden. Ein Hauptargument zugunsten der Kühldecke lag darin, dass man zur Kühldecke im Falle eines Schadens jederzeit gelangen kann.

Bei der Bauteiltemperierung hingegen müsste man den Beton aufspitzen. Weiter war die kurze Reaktionszeit der Kühldecke ein grosser Vorteil.

Nun sind die angesprochenen Sprechzimmer seit bald einem Jahr in Betrieb. Im gewöhnlichen Alltag funktionieren die Systeme Kühldecke und Kühlanlage sehr gut. Bei sehr hohen Aussentemperaturen mussten wir ständig Reklamationen der Kunden entgegennehmen, es sei viel zu warm.

Bei der Untersuchung fand der Santiär heraus, dass die Leute im Sprechzimmer jeweils warm hatten und infolgedessen die Fenster öffneten. Nun strömte warme Luft hinein, dies führte wiederum dazu, dass die Vorlauftemperatur der Kühldecke unterhalb des Taupunkts geriet und den Betrieb einstellte. Dies geschieht, damit kein Tauwasser auf die Gipsdecke gelangt. Seit wir nun die Fenstergriffe demontiert haben, sind alle Beteiligten wunschlos Glücklich.

Eine meiner Erkenntnisse daraus ist, dass man es nicht allen recht machen kann, wenn 90% zufrieden sind, muss das genügen.

Quellen:

Verbundnetzplus.de / Raumkühlung.pdf

Tobler Haustechniksysteme domotecnica.ch

Walter Meier waltermeier.com

Axima Kühldecken axima.ch

TABS Vescal heizen.ch

Elvis Pidic, 15.04.2009

Seewasser als Wärme- und Kälteressource

2009-04-15T12:33:00.000-07:00

In dicht besiedelten Gebieten lassen sich mit einem Energieverbund Energiequellen und Verbraucher intelligent vernetzen. Angebot und Nachfrage werden optimal aufeinander abgestimmt, was eine hohe Energieeffizienz ermöglicht. Dadurch können wertvolle Energiequellen wie Abwasser, Seewasser oder Abwärme aus Industriebetrieben wirtschaftlich genutzt werden.

Zürichsee

Der Zürichsee ist ein beliebtes und bekanntes Erholungsgebiet und zugleich das wichtigste Trinkwasserreservoir für die Stadt und Agglomeration Zürich. Sein Wasser dient auch als ideale Energiequelle für drei Seewasserverbunde, die rund um das Zürcher Seebecken verschiedene Gebäude heizen und kühlen. Im Winter entziehen die Wärmepumpen dem Wasser Wärme und heizen damit Gebäude. Im Sommer ist es umgekehrt: Das Wasser wird direkt oder mit Hilfe von Kältemaschinen effizient für die Kühlung von Dienstleistungs- und Gewerberäumen eingesetzt. Die Anlagen entziehen dem See kein Wasser, sondern lediglich die für die Produktion der Wärme oder Kälte benötigte Energie. Die drei Seewasserverbunde Escherwiese, Fraumünster und Falkenstrasse sind konkrete Beispiele für diese innovative Lösung. Sie setzen die umwelt- und energiepolitischen Ziele der Stadt Zürich und des Bundes konsequent in die Tat um.

Seeverbund Fraumünster

Im November 2006 wurde eine 750 Meter lange Seewasserleitung, welche zur Erschliessung der Energiequelle zum Heizen und Kühlen mittels Wärmepumpe/Kältemaschine dient, in der Limmat ab der Höhe Kappelergasse bis in den See verlegt. Als Vorbereitung wurde die Leitung zuerst schwimmend auf der Limmat und dem See vorbereitet, bevor sie kontinuierlich auf dem Grund verankert wurde. Die Seewasserfassung und die Verbundleitungen zwischen den einzelnen Objekten wurden ab Januar 2007 erstellt. Die erste Energielieferung ab der Zentrale Fraumünsterpost erfolgte Oktober 2007. Auch das Stadthaus Zürich sowie weitere Objekte an der Fraumünsterstrasse erhalten durch ein lokales Verteilnetz Wärme und Kälte. Sowohl das Bellevue-Haus als auch das Haus Metropol beziehen Energie aus dem Seewasser.

Energiedaten belegen die Effizienz

ewz verfolgt konsequent das Ziel, Anlagen so zu erstellen, dass die benötigte Energie effizient, wirtschaftlich und gleichzeitig ressourcen- und umweltschonend bereitsteht. Es gilt, den Verbrauch fossiler Energieträger und den CO2-Ausstoss zu vermindern. Mit dieser innovativen Energieversorgungslösung wird die Luft jährlich um rund 300 Tonnen CO2 entlastet.

Daten der Seewasserverbunde

Seewasser

Die direkte Nutzung von Seewasser ist in der Regel mit Verschmutzungsproblemen verbunden. Eine Möglichkeit, Wärme aus einem See zu nutzen, besteht darin, einen Kollektor im Gewässer zu verlegen und mit einer Sole/Wasser- Wärmepumpe Energie zu entziehen. Dies bedarf jedoch einer sorgfältigen Vorplanung und ist nur möglich, wenn das Gewässer gross genug ist bzw. eine Durchströmung des Gewässers vorhanden ist. Besondere Beachtung sollte hierbei die Befestigung der Kollektorrohre finden, da dies sehr hohe Kosten verursachen kann. Mögliche folgen auf die Seen sind noch nicht nachgewiesen. Die Forscher sehen aber diesbezüglich keine Probleme.

Kurzbeschrieb Wärmepumpe

Die Wärmepume nützt zum Heizen und Warmwasserbereiten kostenlose Umweltenergie, die Sie sich aus der gespeicherten Sonnenenergie in Erdreich, Wasser und Luft holt. So wird es möglich, aus nur einem Teil Antriebsenergie vier Teile Heizwärme zu produzieren. Es gibt unterschiedliche Wärmepumpensysteme, die sich hinsichtlich ihrer Funktionsweise unterscheiden. Zum einen gibt es die Erdwärmepumpe, Wasserpumpe und die Luftwärmepumpe. Dank der Nutzung von Umweltwärme ist die Wärmepume sehr Wirtschaftlich. Sie benötigt weniger Primärenergie als herkömmliche Heizanlagen. Auch die Betriebskosten sind gegenüber anderen Heizungssystemen günstiger, da z.B. Kosten für einen Rauchfangkehrer eingespart werden. Gegenüber einem Öl-Heizkessel lässt sich der Energieverbrauch um rund 40 Prozent, der Ausstoß des klimagefährdenden Kohlendioxids um etwa 50 Prozent senken.

Die Wärmepumpen-Funktion ist durch einen geschlossenen Kreisprozess gegeben. Die Wärmepumpe verwandelt auch bei winterlichen Minusgraden Wärme niedriger Temperatur in Wärme hoher Temperatur. Verantwortlich dafür ist das physikalische Prinzip, das sich - analog zum Kühlschrank - bei Wärmepumpen durch einen geschlossenen Kreisprozess vollzieht: Das Arbeitsmedium ändert kontinuierlich seinen Aggregatzustand, verdampft, wird komprimiert, verflüssigt sich und expandiert. Arbeitsmedien (Kältemittel) sind Stoffe, die bei niedrigen Temperaturen verdampfen und zugleich hohe innere Wärme besitzen. Heute sind FCKW- und H-FCKW-freie, ungiftige, biologisch abbaubare und nicht brennbare Arbeitsmedien im Einsatz. Wärmepumpen entziehen der Hausumgebung - also dem Erdreich, dem Wasser oder der Luft - die enthaltene Wärme und gibt diese inklusive der elektrischen Antriebsenergie als Wärme an den Heiz- und Warmwasserkreislauf ab.

Carmen Schwegler

Zürich, 15.04.09

http://www.carrier.de/dasat/images/3/100243-absorpt.exe

http://www.thermoglobe.de/de/waermepumpe/erdwaermepumpe.html

http://de.wikipedia.org/wiki/Kompressionskältemaschine

http://www.energysystems.ch/Dateien/Portrait%20Wärmepumpen.PDF

http://www.fernwaerme-schweiz.ch/fernwaerme-deutsch/Fachtagungen/Dokumente/Fachtagung-7/Dubacher_kRef_D.pdf

http://www.siemens-waermepumpen.com/uploads/Techn_Informationen_WIC_28_-_44_X.pdf

http://www.td.mw.tum.de/tum-td/en/studium/lehre/energopt_f_geb/download/skr_eopt/EOpt_7-3

http://www.jochenolbrich.homepage.t-online.de/KlimawandelMeeresspiegel.htm

http://de.wikipedia.org/wiki/Wärmepumpe

http://de.wikipedia.org/wiki/Abwasserwärmerückgewinnung

Gespräch mit ewz

Gespräch mit Projektleiter Mertopol und Bellvue

Dichtigkeit - Lüftung

2009-04-15T06:07:00.000-07:00

In unseren Breitengraden muss acht bis neun Monate geheizt werden.

Ein Grossteil der Gebäude- CO2- Ausstosse können durch verbesserte Wärmedämmung reduziert werden.
Durch eine erhöhte Dichtigkeit von Fenster und Gebäudehülle verspricht man sich eine weitere Reduktion der Ausstosse, da dichtere Gebäude weniger schnell auskühlen und somit auch weniger beheizt werden müssen.

Die Gebäude weisen indessen eine solch hohe Dichtigkeit auf, dass auf eine Komfortlüftung kaum mehr verzichtet werden kann. Der Natürliche Luftwechsel fehlt.
Im Gebäude entsteht Feuchtigkeit. Produziert wird Diese durch den Menschen selber, durch die Nutzung z.B. Kochen oder aber auch aus abtrocknenden Gebäudeteilen wie Beton, Mauerwerk, Unterlagsböden usw.
Diese Zwangsläufig anfallende Feuchtigkeit muss abgeführt werden, da Sie nicht mehr durch Schwachstellen in der Gebäudehülle entweichen kann. Ich möchte hier vermerken, dass ich nicht der Meinung bin, dass eine Undichte Gebäudehülle nützlich wäre. Die ausdringende, feuchte Luft würde in der Konstruktion zwangsläufig auf kalte Bereiche treffen, an welchen Kondensat entsteht. Auf die daraus folgenden Schadenbilder möchte ich an dieser Stelle nicht eingehen. Wände, Böden und Decken sollten Feuchtigkeit kurzzeitig aufnehmen und rasch wieder abgeben können. Kunststoffhaltige Sperrschichen wie Dispersionsfarben sind nicht offenporig und können demnach nicht Feuchtigkeitsregulierend wirken.
Die Gebäudehülle sollte früher, und auch heute, nach wie vor dicht sein.
Um Raumluftfeuchtigkeit zu vermeiden, ist also eine Luftzufuhr von Aussen zu gewährleisten. Dies ist durch manuelle Lüftung, durch automatische Öffnungen die über einen Timer oder eine Feuchtigkeitsmessung geregelt sind, oder durch eine Lüftungsanlage mit Zuluft und Abluft möglich.

Bei der für den Betrieb der Lüftung nötigen Produktion von Elektrischen Energie, wird ebenfalls CO2 ausgestossen. Diese Tatsache wird oftmals grosszügig übersehen.

Früher wurde, im Gegensatz zu Heute, oftmals eine zu niedrige Raumluftfeuchtigkeit beanstandet. Verantwortlich dafür war der hohe Luftwechsel durch Undichtigkeiten bei den Fenstern. Umlaufende Dichtungen bei den Fenstern waren damals noch kein Thema. Der Luftaustausch fand demnach zwischen Flügel und Rahmen statt. Die Gebäudehülle war damals wie heute dicht.

Auf der Suche nach geeigneten Alternativen zur Lüftungsanlage, also der Möglichkeiten der Frischluftzufuhr ohne zusätzliche oder reduzierte Umweltbelastung bin ich auf Folgende Möglichkeiten gestossen:
Wie oben bereits erwähnt, gibt es die Möglichkeit der natürlichen Lüftung. Die erfolgreiche Lüftung ist hier abhängig von der Verlässlichkeit auf den Bewohner – und somit unbrauchbar.
Mit der automatischen Lüftung wird dieser Faktor aufgehoben. Diese braucht jedoch einen Elektrischen Antrieb, eine Steuerung oder Messfunktion.

Beide Systeme haben den Nachteil, dass nicht vortemperierte Aussenluft in den Raum strömt und somit den Heizleistungsbedarf erhöht.

Mit dem „air V1“ System von Swisswindows haben die Hersteller versucht nicht motorisierte und automatische Lüftung zu vereinen. Es entstand ein selbstregelndes System.

Systembeschrieb des Herstellers: Der unsichtbare Klapplüfter air V1 ist ideal für einen kontrollierten Luftaustausch. Die von aussen zugeführte Frischluft steigt infolge Druckdifferenz zwischen dem Flügel und dem Rahmen nach oben durch den Lüfter ins Rauminnere. Die Lüfterklappen sind mit unterschiedlichen Kontergewichten ausgestattet, wodurch die einzelnen Lüfter entsprechend den Windgeschwindigkeiten reagieren. Zuglufterscheinungen treten nicht auf, da bei entsprechendem Winddruck der Regelmechanismus einsetzt.
Die einströmende kalte Zuluft erwärmt sich und steigt nach oben. Die frische erwärmte Luft gelangt bei geöffneten Lüfterklappen in den Raum. Der Klapplüfter verfügt über eine Luftstrombegrenzung mit zweistufiger Regelung. Die Regelung erfolgt durch zwei Ein- zelmodule mit unterschiedlich gewichteten Regelklappen für unterschiedliche Windlastbereiche. Bei stärkeren Windgeschwindigkeiten regulieren die Lüfterklappen (rot) automatisch die einströmende Luft, sodass keine Zuserscheinungen auftreten können. Sinkt die Windgeschwindigkeit wieder, öffnen sich die Lüfterklappen automatisch für neue Frischluftzufuhr.

Bei diesem System ist der Lufwechsel (ca. 6 m3/h), im Vergleich zu anderen Systemen, gering. Die erforderliche Erwärmung der Aussenluft stelle ich etwas in Frage.

Ähnliche Systeme mit direktem Lufteinlass über den Rahmenanteil können mit einer Abluftanlage gekoppelt werden. Dies findet vor allem bei Umbauten Anwendung, da die Zuluft aus technischen bzw. baulichen Gründen nicht in die Wohn und Schlafräume gebracht werden kann. Eben dort werden dann die Lüftungseinlässe über den Fenstern angebracht.

Werden bei einem Umbau die Fenster erneuert (ohne Lufteinlässe) und das Gebäude somit dichter, so entsteht durch die Küchen- oder Badabluft ein Unterdruck in den Räumen. Dieser Unterdruck muss irgendwie ausgeglichen werden. Dies geschieht an den Stellen wo es eben noch möglich ist z.B. unter der Wohnungseingangstüre die eventuell im Rahmen der Fenstersanierung nicht erneuert wurde und deshalb eine geringere Dichtigkeit aufweist. Pfeiffgeräusche und Gerüche des angrenzenden Raumes sind die Folge dieses Druckausgleichs.
Um diesem Problem entgegen zu wirken, haben die Fensterbauer eine neue Flügelkippstellung bei diesen Fenstern eingebaut. Das Fenster bleibt einen ganz kleinen Spalt offen, um das Nachströmen der Aussenluft zu ermöglichen. Im Endeffekt eigentlich das gleiche wie ein Lufteinlass über dem Fenster.

Bei Wohn- Neubauten ist ein Kontrollierter Luftwechsel in Form einer Lüftungsanlage, zur Erreichung des Minenergiestandards, Voraussetzung.
Bei Sanierungen kann, an Standorten der Empfindlichkeitsstufe I oder II der Lärmschutzverordnung, auch mit Automatischen Lüftungsöffnungen gearbeitet werden.

Nicht automatisierte Nachströmungsöffnungen sind für den Minenergiestandart, sowohl im Neubau, als auch bei Umbauten, nicht zulässig.
Denn Überspitzt formuliert sind diese Nachströmungsöffnungen nichts anderes als undichte Bauteile. Nach dem Reglement und Nachweisverfahren ist aber zur Vergabe des MINERGIE-Labels für Fenster im Wohnungsbau eine hohe Dichtigkeit des Fensters unabdingbar.

Fazit:
Aussenwände haben immer Luftdicht zu sein. Durch die technische Verbesserung der Fenster wurden die Gebäude zwar Energieeffizienter, aber auch dichter und der Luftwechsel findet nicht mehr statt. Eine Lüftung ist jetzt notwendig. Alternativen zur Kontrollierten Lüftungsanlagen sind heute nur bedingt einsetzbar, denn für den heutigen Standard (MINERGIE) sind natürliche Nachströmungsöffnungen, worauf viele Systeme basieren, nicht Zulässig. Bei Umbauten sind allenfalls automatische Fenstermechanismen mit Steuerung zulässig.

Jan Sandmayr

Quellen:

- SIA 180, Wärme und Feuchteschutz
- H.R. Preisig, M. Zumoberhaus: Luftdurchlässigkeit der Gebäudehülle
- Schweizerischer Fachverband Fenster- und Fassadenbranche FFF
- www.swisswindows.ch
- Reglement und Nachweisverfahren zur Vergabe des MINERGIE-Labels für Fenster im Wohnungsbau.

KOMFORT UND BEHAGLICHKEIT IN SCHWIMM- UND DAMPFBÄDERN

2009-04-15T00:30:00.000-07:00

Ausgangslage:

Ausgangslage war unter anderem die verschiedenen Bäderbesuche und die Frage der Behaglichkeit im Bäderbereich in Bezug auf das angenehme Raumklima und dessen in Verbindung stehender Raumfeuchtigkeit. Auf die Wasserqualität und –aufbereitung wurde nicht eingegangen, die auch eine wichtige Rolle für den Komfort bilden.

1. Thermische Behaglichkeit:

Grundsätzlich muss gesagt werden, dass Menschen sehr individuell auf thermische Behaglichkeit reagieren. Somit ist dieses Thema auch eine eher statistische und persönliche Angelegenheit. Denn als optimal wären Räume, welche von den „meisten“ Benützern als „neutral“, also weder zu kalt noch zu heiss empfunden werden.

PMV Index (Predicted Mean Votze = mittlere Beurteilung des Raumklimas)
PPD Index (Predicted Percentage of Dissatisfied = Anteil unzufriedener Personen)

Ausserdem hängt die Behaglichkeit bei Menschen von seiner Tätigkeit, Bekleidung und ihren Umgebungsbedingungen wie in unserem Fall: Lufttemperatur, Umschliessungsflächen, Luftgeschwindigkeit und Luftfeuchte ab.

In Schwimmbädern ist die Angelegenheit der Behaglichkeit äusserst heikel, da der Mensch unbekleidet ist und es sich sehr unangenehm bemerkbar machen würde, sollten diesen Punkten nicht genügend Achtung geschenkt werden.

2. Lufttemperatur

Üblicherweise geht man von einer Raumlufttemperatur von ca. 30° C aus. Die Lufttemperatur sollte aus Gründen der Behaglichkeit und zur Begrenzung der Wasser-Verdunstung aus dem Becken 2-3°C über der Beckenwasser-Temperatur von ca. 28°C liegen. Die relative Luftfeuchtigkeit in liegt einem Bereich von 60 – 65 %. Es ist darauf zu achten, dass es sich hier um einen Dauerfeuchteraum handelt, was auch bedeutet, dass besonders hohe Anforderungen an die Bauphysik und – konstruktion gestellt werden müssen.

3. Luftgeschwindigkeit

Es ist darauf zu achten, dass der Raum kontinuierlich mit entfeuchteter, gefilterter und beheizter Luft durchströmt wird. Dies kann mit einer zentralen Lüftungsanlage, mit einer Wärmerückgewinnung erfolgen. Erfahrungsgemäss wäre dies ein stündlicher Luftwechsel von etwa 3…..4 fachem. Dabei ist auch auf die Auslegung der Lüftungsanlage zu achten. Eine zu hohe Lüftungsleistung ist teuer, da ein
erhöhter Energieverbrauch durch zu hohe Wasserverdunstung und eine Verminderung von Behaglichkeit durch zu hohe Luftgeschwindigkeit entstehen würde. Die Zuluft sollte unterhalb der Fenster eingeblasen werden. Abgesaugt sollte die Luft auf der gegenüberliegenden Seite und zwar
an der Decke. Dabei ist auch auf eine sehr gute Wärmedämmung mit Dampfsperre zu achten, die innen angebracht werden muss. Denn die Oberflächentemperatur ist ein nicht zu unterschätzender Faktor bei Schwimmbädern. Kalte Luftströme bei hohen Fenstern / Wänden sollten deshalb möglichst vermieden werden. Temperaturdifferenzen von mehr als 3°C mindern die Behaglichkeit durch die erhöhte Wärmeabstrahlung der menschlichen Körperabstrahlung enorm. Somit friert man. Ist die Wärmeabfuhr zu klein, schwitzt man. Zudem kühlt die Oberflächentemperatur die Raumluft ab und wirkt so als unangenehme Zugluft. Durch eine hochwertige Wärmedämmung kann sich am Fussboden und der Decke eine Oberflächentemperatur von über 29°C ergeben, was fast einer Fussbodenheizung gleich kommt und für hohe Behaglichkeit sorgt.

Was die Dampfbäder angeht beträgt gemäss Auskunft eines Beraters die Zu- und Abluft das 10 x des Volumens von 18 % bis 20 %. Es existieren dabei auch Dampfbäder mit oder ohne Zuluft. Im Gegensatz zu den Schwimmbädern, gibt es im SPA – Bereich keine speziellen Richtlinien.

4. Raumluftfeuchte

Wie bereits anfangs erwähnt, schwankt die Raumfeuchtigkeit zwischen 60 und 65 % und einer Raumtemperatur von ca. 30°C, damit sie behaglich ist. Anders bei den Dampfbädern, wo die Feuchtigkeit je nach Bad von 40 % bis 100 % variiert. Das typische Dampfbad hat eine Temperatur von ca. 45 °C bei einer Luftfeuchte von 80 % bis 100 %. Das Dampfbad wird durch Erzeugung von übersättigtem Wasserdampf und einem Dampfkessel erreicht. Zum Vergleich: Die Temperatur in einer finnischen Sauna beläuft sich auf 85 – 95 °C, die Luftfeuchtigkeit beträgt allerdings nur 10 % bis 30 %.

Fazit Behaglichkeit / Komfort:

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass thermische Behaglichkeit immer mit den folgenden Einflüssen zusammenhängt:

- Wärmeabgabe
- Raumluftfeuchte
- Raumlufttemperatur
- Oberflächentemperatur und
- individuelles Temperaturempfinden

Thomas von Zallinger / thomas.zallinger@sunrise.ch

Quellennachweiss:

- EOS-WERKE Günther GmbH
- Firma Klafs
- Heizung, Lüftung, Elektrizität, Bau und Energie, VDF-Verlag
- Taschenbuch f. Heizung + Klimatechnik, Oldenburg Verlag 1994, Tab. 351-1
- Enzyklopädie Wikipedia

2009-04-12T07:12:00.001-07:00

NATÜRLICH BELÜFTETE KLASSENZIMMER

"Der Minergie-Standard erfordert eine kontrollierte Lüftung der Gebäude. Dies führt dazu, dass neue Schulhäuser heute fast ausschliesslich mit einer mechanischen Lüftung ausgestattet werden.“

Minergie bedeutet mechanischen, kontrollierte Lüftung, vor allem nach der Revision die seit dem Frühjahr 2009 in Kraft getreten ist. Da der Trend zu weniger Stromverbrauch, möglichst kompakten Gebäuden und Energie effizientem Bauen durch die mechanische Lüftung überhaupt nicht unterstützt wird ist es spannend eine Möglichkeit aufzuzeigen die ohne grossen Verbrauch und Aufwand funktioniert.

Bis heute wurden in der Schweiz noch keine solche Bauten die über Lüftungsflügel gelüftet werden als Minergie-Label zertifiziertes Gebäude realisiert worden. Mit der neuen Norm, die 2009 in Kraft tritt, wird es theoretisch auch nicht möglich sein ein solches Gebäude zertifizieren zu lassen, weil Minergie eine mechanische, kontrollierte Lüftung vorschreibt. Es stellt sich die Frage ob Minergie überhaupt mit Energie effizientem Bauen in Verbindung gebracht werden kann oder ob Minergie einfach einen gewissen Standard des Bauens bedeutet.

Bei den bereits realisieten Projekten (vor allem in Luxenburg) handelt sich um fast nur Massivbauten. Die Schwierigkeit bei der Leichtbauweise besteht darin nicht genügend Baumasse um den Mehrbedarf an Temperatur während den Lüftungsphasen zu kompenzieren. Simulationen zeigen jedoch das dies auch bei Leichtbauweise durchaus möglich sein kann.

„Durch die hohe Personendichte in Klassenzimmer sind grosse spezifische Luftmengen erforderlich. Damit eröffnet sich unweigerlich ein Spannungsfeld zwischen der angestrebten Luftqualität und dem dafür erforderlichen Stromverbrauch für die Luftförderung. Um einen unverhältnismässig hohen technischen Aufwand zu vermeiden, müssen häufig unbefriedigende Kompromisse gemacht werden. Ein natürliches Lüftungskonzept mittels motorisierter Lüftungsflügel (was grundsätzlich ebenfalls Minergie-konform ist) bietet einen wesentlich bessere Alternative und sorgt dafür, dass die Niedrigenergie-Schulhäuser auch halten, was sie versprechen: optimalen Raumkonfort bei minimalem Energieverbrauch. Geeignete dynamische Simulationen helfen zu erklären, wieso das Konzept funktioniert.

Abb. 1, Lüftungsflügel

Fensterlüftung für den Schulbetrieb gut geeignet Schulhäuser weisen klar definierte Nutzungs- und Pausenzeiten auf, die sich ausserordentlich gut für periodische Stosslüftungen eignen. Schüler und Lehrer erhalten die Gelegenheit, regelmässig durch das Öffnen der Fenster Kontakt mit der Umwelt herzustellen, was auch pädagogisch wertvoll sein kann. Durch die Möglichkeiten zur direkten und unmittelbaren Einflussnahme der Nutzer auf ihr Raumklima erfreuen sich natürliche Lüftungskonzepte erfahrungsgemäss breiter Akzeptanz. die entsprechend hohe Nutzerzufriedenheit konnte beispielsweise in einer breit angelegten Studie vom Fraunhofer-Institut eindrücklich nachgewiesen werden.“

Simulationen Bei einer Simulationen können folgende Antworten gefunden werden:

_ Wie verhält sich das Klassenzimmer im Normalbetrieb?

_ Wie gross ist der Wärmeverlust bei einer Stosslüftung?

_ Wie wird der Wärmeverlust kompensiert?

_ Welche Heizleistung wird benötigt bzw. ist sinnvoll?

_ Welcher Luftwechsel wird mit den Stosslüftungen in den Pausen erreicht?

_ Wie verhalten sich die CO₂-Konzentrationen der Raumluft?

_ Was könnte bei Bedarf mit zusätzlichen Lüftungen während der Lektionen erreicht werden?

Abb. 2, Simulationsmodell eines Klassenzimmers

Abb. 3, Wärmeleistung

Abb. 4, Temperaturverlauf

Heizleistungsbedarf „Während der Lüftungszeiten in den Pausen wird über die Luft viel Wärmeleistung an die Umgebung abgeben. Dies führt aber nicht zwangsläufig zu einem hohen Leistungsbedarf der Heizkörper. Das Wiederaufheizen der kalten Frischluft während und unmittelbar nach den Pausen erfolgt im Wesentlichen passiv durch die Umschliessungsflächen mit Hilfe der in der Gebäudemasse eingespeicherten Wärme.

Raumkomfort Bereits durch das Öffnen weniger Lüftungsflügel kann der gemäss sia erforderliche minimale Aussenluft-Volumenstrom von 15m³ pro Stunde und Person erreicht werden.

Energieverbrauch Trotz scheinbarem Vorteil der mechanischen Lüftung, die Wärme aus der Abluft rückgewinnen zu können, schneidet bei Schulhäusern das natürliche Lüftungskonzept auch energetisch wesentlich besser ab. Der Verbrauch der Antriebe der Lüftungsflügel kann gegenüber demjenigen der Ventilatoren einer mechanischen Lüftungsanlage vernachlässigt werden. Wie die Simulationen zeigen, erfolgt bei der Fensterlüftung die Erwärmung der Frischluft im Raum mehrheitlich mit Wärme aus der Gebäudemasse. Darin gespeichert ist die überschüssige interne Abwärme (von Personen und Sonne), die damit passiv genutzt wird. Da die natürliche Lüftung nur bei Bedarf erfolgt, werden ungenutzte Räume nicht unnötig gelüftet. Damit wird nicht nur zusätzlich Energie eingespart, sondern auch verhindert dass die Räume im Winter austrocknen.

Fazit Das natürliche Pausen-Lüftungskonzept durch motorisierte Lüftungsflügel kann für den Schulbetrieb grundsätzlich als sehr geeignet erachtet werden. Der grosse Vorteil von Stosslüftungen in den Pausen ist, dass durch die ausserordentlich hohen Luftwechsel mit hoher Lüftungseffizienz die Luftqualität insbesondere auch nach den Pausen beim eintritt der Schüler in das Schulzimmer sehr gut ist und sich die Luft durch die leichte Unterkühlung frisch anfühlt. Die CO₂-Konzentrationsspitzen sind relativ moderat und treten jeweils nur sehr kurzfristig auf.“

Meine Erfahrung hat gezeigt, dass sich der Bauauftraggeber bei einer kontrollierten Lüftung über Lüftungsflügel leider gegen das Minergie-Label entscheiden muss. Obwohl diese Lüftungsart ja sehr zukunftsorientiert ist und für einen umweltbewusste Bauauftraggeber sehr spannend sein kann.

dominique.tschudin@mac.com

Quellen:

_ Magazin Haustech, März 2009, Nr. 3

_ Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V., München

_ Minergie, Schweiz

Fenster, welche sich auf Befehl verändern?!

2009-04-10T08:35:00.000-07:00

1.1
Kennen Sie das Problem? Scheint die Sonne im Winter, freut sich die Bauherrschaft, weil so die Kosten für die Heizung minimiert werden können. Doch leider scheint die Sonne im Sommer stärker und dann möchte man, dass die Sonnenstrahlen draussen bleiben. Die Klimaanlage als Alternative kommt nicht in Frage. So stellt sich auch das Herunterlassen der Fensterläden als ein Problem dar, da man dann das Licht anstellen muss. Dadurch wird die Stimmung im Innern nicht besser und es ist gleichzeitig noch eine Energieverschwendung. Um dieses Problem lösen zu können, muss man das Licht bzw. die Sonne besser in den Griff kriegen. Daher investieren Firmen viel Geld in neuartige Fenster, welche sich auf Befehl verdunkeln oder Sonnenschein über winzige Spiegel in die Tiefen von Grossraumbüros ableiten. Die ersten solchen Fenster sind bereits im Handel. Weitere Modelle werden in Zukunft folgen. Doch es gibt verschiedene Systeme, das Licht, welches durch das Fenster hindurch scheint, zu kontrollieren. Drei Möglichkeiten, dieses „Problem“ in den Griff zu bekommen, sind im folgenden Text etwas genauer erläutert.

2.1 Spieglein, Spieglein in den Fenstern ...
Diverse Forscher entwickelten Fenster mit winzigen Spiegeln aus Aluminium. Zwischen den beiden Scheiben einer Doppelverglasung befinden sich pro Quadratzentimeter etwa ca. 2’000 Spiegel, die so klein sind, dass das menschliche Auge sie nur als leichten Grauschleier wahrnimmt. Bei Anlegen einer elektrischen Spannung kippen sich die Spiegel über winzige Scharniere wie die Lamellen einer Jalousie. Will man mit dem Sonnenschein heizen, werden die meisten Spiegel auf Durchlass gekippt, und nur dort, wo das Licht blendet, sperren einige Spiegel es aus. Im Sommer hingegen werden die Spiegelchen auf Reflexion geschaltet, leiten einen Teil des Sonnenlichts aber an die Zimmerdecke oder dorthin, wo die Nutzer des Raumes gerade Helligkeit brauchen.

Produktion
Die Herstellung einer mikroverspiegelten Scheibe geschieht normalerweise in einem Schichtaufbau. Auf das Glas wird zuerst der transparente elektrische Halbleiter Indiumzinnoxid aufgebracht. Direkt auf dieser Schicht werden dann die hochempfindlichen Mikrospiegel gefertigt. Wie Speicherchips müssen auch sie in staubfreien Reinräumen produziert werden. Im Fenster sind sie dann bestens vor Beschädigung und Dreck geschützt, da sie zwischen den Scheiben der Doppelverglasung sitzen. Wegen der Wärmedämmung ist der Scheibenzwischenraum heute üblicherweise mit Edelgas gefüllt. Das verhindert verschiedene chemische Reaktionen, die die Spiegel schädigen könnten. Der grosse Vorteil zu den herkömmlichen Scharnieren ist, sie verschleissen die winzigen Strukturen beim ständigen Hin- und Herklappen nicht. Die Spiegel sind so klein, dass sie gar nicht kaputt gehen können.

Steuerung
Die Mikrospiegel lassen sich per Knopfdruck oder automatisch steuern. Über ein Personenerkennungssystem mit einer angehängten Sensorsteuerung könnte das Fenster Personen mit einem individuellen Lichtkegel bescheinen, der mit einem mitwandert, wenn sie von einem Schreibtisch zum anderen Schreibtisch laufen. Doch ob sich das lohnt, ist die andere Frage. Vorallem dann, wenn sich mehrere Personen im selben Raum anwesend sind. Diese Technologie ermöglicht noch einen kleinen luxuriösen Gag. Per Steuerung könnte man die Spiegelchen so steuern, dass sie zum Beispiel das Wappen des Kanton Zürichs darstellen können. Ornamente zwischen zwei Scheiben Glas. Ein schöner aber sicherlich teurer Nebeneffekt!

Stromverbrauch
Anscheinend hat man auch keine Bedenken, was die Stromkosten anbelangt. Um die Spiegel von „lichtdurchlässig“ auf „reflektierend“ zu kippen, ist etwa 1 Watt pro Quadratmeter Fensterfläche nötig. Damit die Spiegel ihre Stellung halten, braucht das Fenster nur 0,1 Watt pro Quadratmeter. Wobei zu bedenken ist, dass man schnell an einer Südfassade einige Dutzend Quadratmeter Fensterfläche hat. Leider kommt die Produktion von normal grossen Fensterflächen noch nicht nach. Bis jetzt konnte man nur zentimetergrosse Module herstellen. Daher wird es sicherlich noch einige Jahre dauern bis dieses Produkt marktreif ist und man auch normal grosse Fenster bedienen kann mit dieser Technologie.

2.2 schaltbares Milchglas als Alternative?
Die mikroverspiegelten Fenster sind aber nicht die ersten, die ihre Eigenschaften per Steuerung ändern können. Schaltbares Milchglas gibt es schon seit geraumer Zeit. Es enthält eingebettete Flüssigkristalle in Folien, die das einfallende Licht in alle Richtungen verstreuen, wodurch die Scheibe milchig wirkt. Durch einen elektrischen Impuls (durch die Spannung) richten sich die Kristalle sekundenschnell aus und das Fenster wird wieder transparent bzw. das Sonnenlicht strahlt wieder hinein. Zwei verschiedene Firmen bieten Fenster mit schaltbarer Tönung an. Sie schützen vor Sonne, ohne den Blick nach draussen zu verwehren. Die Fenster tönen sich nur bei einer elektrischen Spannung. Man nennt sie daher wegen ihren elektrischen Spannung „elektrochrom“. Diese Scheiben sind die flexiblen Alternativen zu permanent getönten Sonnenschutzscheiben, die Architekten gerne für grossflächige Glasfassaden einsetzen.

Funktionsweise

Die Lösung der elektrochromen Scheiben ist eine Beschichtung mit Wolframoxid, das sich bei der Einlagerung von Lithiumionen blau färbt. Das elektrochrome Fenster besteht aus drei Glasscheiben, wobei die Technik zwischen der mittleren und der äusseren Scheibe sitzt. Beide tragen eine leitfähige Beschichtung auf sich. Auf der einen Scheibe wird zu dem eine dünne Schicht Wolframoxid aufgestrichen, auf der anderen ein Mischoxid. Dazwischen befindet sich eine Ionen leitende Kunststofffolie, die Lithiumionen enthält. Wenn an den beiden Scheiben eine elektrische Spannung anliegt, wandern die Lithiumionen zu einem der beiden Oxide – je nach Polung der Scheiben. Lagern sich die Lithiumionen ins Wolframoxid ein, tönt sich die Scheibe – das dauert einige Minuten; bei Umpolung wandern die Ionen wieder zurück und die Verfärbung verschwindet wieder, da das Mischoxid, mit oder ohne Lithiumionen, farblos ist. Doch wie bei einer Sonnenbrille, funktionert es auch bei diesen Fenster nicht. Blickt man mit einer Sonnenbrille in die Sonne, so wird man nach wie vor geblendet. Dasselbe gilt für dieses Prinzip. Im Klartext bedeutet das, dass wenn der TFT Monitor vom Sonnenschein erfasst wird, braucht man noch eine zusätzliche Schicht (Sonnenschutz) für den Monitor, um weiterhin angenehm arbeiten zu können.

Kostenvergleich

Die elektrochromen Fenster kosten laut Angaben des Herstellers etwa CHF 1’400 pro Quadratmeter. Die mikroverspiegelten Fenster dürften, wenn sie dann auf dem Markt sind, noch etwas teurer ausfallen. Da stellt sich die Frage: Lohnt sich die Investition, oder sind die wandelbaren Fenster eher ein Hightech-Gag?

Dauerhaftigkeit

Von konventionellen Fenstern erwartet man, dass sie mindestens 20 bis 30 Jahre halten. Solch eine Prognose über diese Fenster zu stellen, ist schwierig. Man hat noch keine Langzeiterfahrungen gemacht und eine weitere Frage ist, wie lang diese Fenster überhaupt die Sonne wirklich zu 100% „kontrollieren“ können. Ab einem gewissen Alter wird der Wirkungsgrad sicherlich abnehmen. Dadurch stellt sich eine weitere Frage der Sanierung. Nun, es ist noch ein weiter Weg bis zur vollständigen Marktreife dieser beiden verschiedenen Fenstern, doch die dritte Variante ist die sehr wahrscheinlichste kostengünstigste Variante. Und das erst noch ohne Strom.

2.3 wandelbare Fenster ohne Strom, aber noch mit einem Gelbstich ...

Die beste Lösung wäre bei Bedarf nicht gleich das komplette Licht auszusperren, sondern nur die Wärmestrahlung, sprich den infraroten Anteil des Sonnenlichts. Zu diesem Zweck wird Vanadiumdioxid getestet, das eine geringe Menge an Wolfram enthält. Diese Substanz besitzt einen in ihre chemische Struktur eingebauten Schalter für den Schutz vor Wärme. Sie ändert ihre Kristallstruktur bei Temperaturen um die 30° Celsius. Dieser Wandel beeinflusst die Durchlässigkeit für die Wärmestrahlung. Oberhalb von 30° Celsius reflektiert die Substanz infrarotes Licht, bei niedrigeren Temperaturen lässt sie es passieren. Sichtbares Licht hingegen gelangt durch beide Kristallstrukturen hindurch. Die genaue Schalt-Temperatur lässt sich daher über die Menge an Wolfram steuern. Das Vanadiumdioxid, das gar kein Wolfram enthält, wechselt bei knapp 70 Grad Celsius seine Kristallstruktur. Diese wandelbaren Fenster brauchen also keinen Strom. Fensterglas so zu beschichten, ist bereits gelungen, doch die Scheiben bekommen dadurch einen unattraktiven Gelbstich. Daher arbeiten nun verschiedenste Forscher daran, diesen Gelbstich zu beheben. Sollte ihnen dies gelingen, wäre diese Möglichkeit ein sehr ernst zu nehmender Konkurrent zu den oben genannten Varianten. Das Material ist um ein vielfaches günstiger und die Dimensionen der Fenster stellen kein Problem dar. Dazu kommt, dass man keine elektronischen Impulse für die Spannung gebraucht, was sicherlich einer Kosteneinsparung gleich kommt.

3.1 Reflexion des Lernprozesses

Ich habe mich an ein Thema gewagt, dass heutzutage ein sehr zentrales Thema ist, doch es wird kaum darüber offen gesprochen. Man spricht immer jeweils vom U-Wert und vom Material, doch man spricht nie darüber, was der Einfluss des Fensters über die Glasfläche auf die Haustechnik verursacht. Hauptsache die Fenster sind gegen Süden gerichtet. Fenster können aber mehr als nur Fenster sein. Sie könnten unser Leben im Haus angenehmer und einfacher machen.
Genau das ist der Punkt von meiner Arbeit. Ich wollte herausfinden, was „spezielle Fenster“ besser machen können und wie hoch der technische Aufwand ist. Wie immer wollte ich die Kosten etwas vergleichen. Vor allem wollte ich auch zeigen, in welche Richtung es gehen könnte mit den Technologien der Fenster. Es muss nicht immer alles mit einer Folie gelöst werden....
Die drei Fenster stellen einen erhöhten Standard dar mit unterschiedlichen Technologien. Es zeigt eine kleine Übersicht, in welche Richtung es gehen kann mit den Fenstern. Durch diesen Text wollte ich gerne noch etwas mehr Licht ins Dunkle bringen. Und ich denke, die Zukunft wird sicherlich noch einiges bringen in Bezug auf dieses Thema.

4.1 Quellenangaben

http://www.solarserver.de
http://www3.interscience.wiley.com/
http://www.nzz.ch/
http://www.fmf.uni-freiburg.de

Grauwasseranlagen

2009-04-10T05:30:00.000-07:00

Wasserrecycling mit einer Grauwasseranlage

Nebst der Regenwassernutzung kann auch ein Teil des häuslichen Abwassers, das Grauwasser, recycelt werden. Grauwasser ist gering verschmutztes Abwasser wie es etwa beim Duschen, Baden, Hände- und Wäschewaschen anfällt. Dieses Wasser kann nach einer Aufbereitung für die Toilettenspülung, zum Wäsche waschen, putzen oder für die Gartenbewässerung verwendet werden.

Wie gross ist unser Wasserverbrauch?

Der Wasserverbrauch in der Schweiz beträgt pro Person und Tag 162 Liter. Davon werden lediglich 5.4 Liter zum Trinken oder kochen verwendet. Im Verhältnis zu anderen Ländern ist der Wasserverbrauch in der Schweiz relativ hoch. Dies hängt wohl auch mit den grossen Mengen zur Verfügung stehenden Trinkwassers und den günstigen Wasserpreisen zusammen. Während in der Schweiz ein konstantes Angebot an sauberem Trinkwasser als Selbstverständlich angesehen wird, haben rund 20% der Weltbevölkerung keinen Zugang zu sauberem Trinkwasser.

Mit einer Wasseraufbereitung lassen sich der Grafik zufolge ca. 50% Trinkwasser sparen. Daraus ergibt sich immer noch ein täglicher Verbrauch pro Person von 81 Litern.

Wie funktioniert eine Grauwasseranlage?

Damit eine Grauwasserrecyclinganlage überhaupt in Beitrieb genommen werden kann, muss das gesamte Grauwasser vom normalen Abwasser getrennt gesammelt werden. Das Grauwasser wird vorerst gesammelt und danach in der Anlage aufbereitet. Nach der Aufbereitung ist es klar, farb- und geruchlos und kann erneut verwendet werden.

Es gibt verschiedene Hersteller von Grauwasser- Recycling Anlagen. Im Folgenden befasse ich mich aber mit der Anlage der Firma Mall Umweltsysteme AG.

Aus welchen Komponenten besteht eine Grauwasseranlage?

Die Anlage selbst befindet sich in einem Zweikammernschacht. In der ersten Kammer wird das Grauwasser gesammelt und gereinigt. Dann wird das Wasser in die Zweite Kammer gepumpt. Diese Kammer ist die Klarwasserkammer und dient als Stapelbehälter. Von hier aus werden WC- Spülung, Waschmaschine oder der Gartenhahn mit Wasser versorgt. Sollte einmal zu wenig Wasser in der Klarwasserkammer sein, wird automatisch Trinkwasser in den Tank eingespiesen.
Damit das stehende Wasser nicht zu faulen und stinken anfängt, wird von Zeit zu Zeit Druckluft in das Wasser gepumpt.
Fast die gesamte Technik befindet sich im Tank. Lediglich die Steuerung muss im Haustechnikraum installiert werden.
Es wäre auch möglich die Anlage anstelle eines Tankes im Garten, im Keller zu installieren. Das wäre jedoch aufwändiger, weil dann spezielle Kunststofftanks verwendet werden müssten. Zudem ist der Vorteil von Erdverlegten Anlage, dass im Gebäude kein Zusätzlicher Raumbedarf notwendig ist.

Wie wird das Grauwasser gereinigt?

Die Reinigung des Grauwassers erfolgt über 3 Stufen:

Mechanische Vorreinigung:
Das Wasser fliesst als erstes durch einen Spaltsiebfilter. Dabei bleiben Partikel welche grösser als 0.8mm sind hängen. Hier werden Haare und Nagelabschnitte abgefiltert. Später fliessen Sie dann über einen Überlauf direkt in die Kanalisation.

Biologische Reinigung
Die zweite Stufe ist die Biologische Reinigung, welche aus einer Kleinstlebewesenfamilie stammt. Hier wird das Wasser von den Kleinstlebewesen gesäubert, indem sie sich von den gelösten organischen Stoffen im Wasser ernähren. Zu den organischen Stoffen gehören Öle, Seifen, Hautschuppen und Pflegeprodukte wie Shampoo.

Physikalische Reinigung
Keime und Krankheitserreger werden im Membranfilter entfernt, da die Bakterien grösser sind, als die Poren des Membranfilters.

Wo lohnt sich der Einsatz?

Ein Kubikmeter aufbereitetes Wasser kostet ca. 6.00Fr. Da das Wasser in der Schweiz sehr günstig ist, lohnt sich eine Anlage nur dort, wo sehr viel Wasser anfällt. Ein Kubikmeter Wasser, also 1000l kosten in der Stadt Zürich im Durchschnitt 2.50Fr.

Beispiele für den Einsatz sind:

- Hotels: Pro Gast rechnet man ca. 150l pro Tag. Das Wasser kann für die WC Spülung, die interne Wäscherei oder für die Bewässerung der Gartenanlage verwendet werden.

- Campingplätze: Viel Wasser an einem konzentrierten Ort. Es wird für die WC Spülung und für die Bewässerung der Rasenflächen verwendet
- Sportanlagen: Es wird vor allem nach dem Sport geduscht. Verwendung für WC Anlagen, Rasenbewässerung etc.
- Mehrfamilienhäuser oder Grossüberbauungen: Mehrere Parteien produzieren viel Grauwasser. Die Kosten für die Anlage können geteilt werden. Wasserverwendung: WC Spülung, Waschmaschinen Gartenhahn etc.

Vor und Nachteile der Grauwassernutzung

+ Schont die Trinkwasserbestände
+ Grauwasser ist jederzeit verfügbar.
+ Kläranlage wird weniger belastet
- rechnet sich in der CH nur bei viel Wasser
- aufwändigere Sanitärinstallation, da getrennte Systeme

Reflexion der Arbeit - Nachtrag

Immer wird von Wassersparen gesprochen. Man soll nur kurz duschen und das Wasser beim einseifen abstellen. Diese und viele andere Tipps werden einem schon von klein auf eingetrichtert.

Ich habe mich gefragt, warum wir dann nicht vermehrt Grauwasseranlagen einsetzten um Wasser zu sparen. Wie funktioniert überhaupt eine solche Anlage?

Nachträglich finde ich es erscheckend, wie viel Wasser wir jeden Tag unbenutzt abfliessen lassen. Klar ist jedoch, dass wir hier in der Schweiz mit genügend frischem und sauberem Wasser Glück haben. Trozdem würde sollten wir die Resourcen schonen und Wasser sparen.

Bei grossen Überbauungen könnte das sicher auch mit einer Grauwasseranlage geschehen, da hier Kosten geteilt werden könnten. Jeder würde nur wenig mehr zahlen. Dafür aber 50 % Wasser sparen. Beim Einfamilienhaus finde ich eine Anlage zwar gut, im Verhältniss aber zu teuer. Vieleicht könnte man hier Anfangen anstelle von Mineralwasser Hanenwasser zu trinken, weil Hahnenwasser 90-1000 fach umweltschonender ist als Mineralwasser.

Quellen:
- www.wickipedia.org
- www.stadt-zuerich.ch
- Mall Umweltsysteme AG, Herr Scheibling
- Mall Grauwasseranlage

Natascha Wüthrich - 10.04.09

2009-04-06T03:24:00.000-07:00

Thermoaktive Bauteilsysteme

Thermoaktive Bauteilsysteme werden schon seit längerer Zeit zum Heizen und Kühlen von Bürobauten eingesetzt. Vermehrt werden sie aber auch im privaten Wohnungsbau verwendet. Insbesondere das Kühlen in den Sommermonaten steht hier im Vordergrund. Durch eine herkömmliche Klimaanlage wird oft nicht die gewünschte Behaglichkeit erreicht.

Behaglichkeit

Die thermische Behaglichkeit hängt von den folgenden Faktoren ab: Der Bekleidung, der Tätigkeit im Raum, der Luftgeschwindigkeit, der Luftfeuchtigkeit, der Strahlungstemperatur und der Lufttemperatur. Die letzten beiden Faktoren werden von den Thermoaktiven Bauteilen beeinflusst.

Wie funktionieren solche Bauteile?

Die Bauteile sind wasserführende Rohre welche in der Decke verlegt werden, ähnlich einer Bodenheizung. Die Betondecke wird zur thermisch aktiven Fläche. Ein effizientes Heizen und Kühlen wird ermöglicht.

Die Bauherrschaft von diesem System zu überzeugen ist manchmal nicht ganz einfach. Oftmals sind noch die alten Deckenheizungen aus den sechziger Jahren präsent. Damals wurden die Decken enorm stark aufgeheizt mit Vorlauftemperaturen von 50 °C. Dies führte zu Kopfschmerzen und weiteren Problemen. Die Benutzer der Räume fühlten sich unwohl. Die trifft heute aber nicht mehr zu.

Kühlen

Die warme Luft steigt auf und sammelt sich an der Decke des Obergeschosses. Die Betondecke erwärmt sich (Konvektion). Durch das Leitungssystem strömt kühles Wasser von 18 bis 20°C. Die Betonwärme wird abgegeben an das Wasser. Es erwärmt sich auf 23 bis 25°C. Somit wird dem Bauteil überschüssige Wärme entzogen und es kann tagsüber wieder Wärme aufnehmen. Die entzogene Wärme wird über die Wärmepumpe in die Erdsonde eingelagert.

Natürlich könnte auch über den Boden (Bodenheizung) gekühlt werden. Dies führt jedoch zu unangenehm kalten Füssen. Erkältungen und Unbehagen sind die Folgen.

Heizen

Mit einer Vorlauftemperatur von max. 30°C strömt das Wasser durch das Leitungssystem und erzeugt eine Oberflächentemperatur von 21-23 °C. Die Regelung erfolgt raumweise mit elektrischen Thermostatventilen.

Sinnvollerweise wird nur die Decke im Obergeschoss mit thermoaktiven Bauteilen versehen. In einem EFH würde nie ein so grosser Wärmeanfall entstehen wie in Grossraumbüros mit x-fach mehr Personen und Computern. Durch die Treppe und Lufträume entsteht ein stetiger Luftwechsel. Die warme Luft staut sich nicht in den einzelnen Gechossen.

Planung

Die Rohre werden bereits im Werk zu Modulen zusammengestellt und in der Länge dem Grundriss angepasst. Es ist wichtig, dass alle Einlagen und Aussparungen bekannt sind.

Konstruktion

Die Rohre werden an ein Stahlnetz montiert. Dieses Netz dient den Rohren als Schutz vor Beschädigungen. So sind sie problemlos begehbar. Das Stahlnetz hat grundsätzlich keine statische Funktion, kann aber bei geringeren

Deckenquerschnitten als Bestandteil der Oberarmierung eingesetzt werden. Es gibt auch die Möglichkeit einer Sandwich-Konstruktion, hier wird das Rohr unten und oben mit einem Stahlnetz versehen, was optimalen Schutz bietet. Dies ist jedoch eine Preisfrage.

Einbau

Nach dem Verlegen der Unterarmierung werden die Module auf Distanzkörbe verlegt. Danach folgt die Oberarmierung. Anpassungen an den Tabs sind jetzt nur noch mit grösserem Aufwand möglich.

Bild 1: Unterarmierung mit Rohrsystem (weisse Leitungen), Elektro- und Luftungsleitungen

Bild 2: Decke mit Oberarmierung

Vorteile

+ einfacher Einbau

+ Heizen und Kühlen in einem System

+ freie Wahl des Bodenbelages

+ Minergie tauglich

+ wirtschaftlich und energieeffizient

+ in allen Gebäudetypen anwendbar

Nachteile

- freie Bauteiloberfläche ( z.B keine Akustikelemente)

- Massivdecke

- Vorsicht beim Montieren von Leuchten oder sonstigen Gegenständen

- fest eingebautes System, kann bei Schäden nur mit grossem Aufwand repariert werden

Nachträglicher Einbau von thermoaktiven Bauteilsystemen

Die optimale Lösung ist, die Bauteile in die Betondecke zu verlegen. Da dies aber bei Umbauten und Renovationen nicht möglich ist, können sie auch mittels eines Deckenelementes „über Kopf“ an die Betondecke montiert werden. Diese Elemente können kühlen oder heizen, sie sind Schall absorbierend und können nach Wunsch auch mit einer Sprinkleranlage versehen werden. Es ist auch möglich eine bestehende Deckenheizung aus den Sechzigern umzunutzen. Voraussetzung ist natürlich auch immer, dass noch weitere Massnahmen, wie die Verbesserung der Gebäudehülle vorgenommen werden. Haustechnik alleine genügt nicht.

Es wäre grundsätzlich auch möglich, dieses System an den Wänden anzubringen, jedoch eignet sich das im Wohnungsbau nicht, da die Möblierung dieser Räume kaum mehr möglich wäre.

Antonia Robbiani

06.April 2009

Quellen:

- ’’Thermoaktive Bauteilsysteme tabs ’’ von Markus Koschenz + Beat Lehmann

- Energie- und Umweltforschung im Bauwesen

- tec 21

Latentwärmespeicherung

2008-05-22T09:05:00.000-07:00

Phase Change Material PCM

Ideenanstoss
„GlassX – Eine Innovation aus dem Rheintal.“ Dies waren die Worte von Architekt Beat Kämpfen an der Besichtigung des Marché international Support Office der Seminarreise im Januar 2008 mit der HSZ-T.
Bei diesem Bürogebäude auf der Autobahnraststätte Kemptthal wurde auf Ökologie und Energieeffizienz höchsten Wert gelegt. Das Haus ist das erste bilanzierte Nullenergie-Bürogebäude der Schweiz. Auf der Südfassade kommen die GlassX-Elemente, entworfen von Architekt Dietrich Schwarz aus Domat / Ems, zur Anwendung. Diese Innovation war für mich völlig neu und hat mich inspiriert weiter in dieser Richtung zu recherchieren.
In diesem Blog möchte ich mich im Allgemeinen mit latenter Wärmespeicherung auseinandersetzen und das Produkt GlassX näher betrachten.

Was ist Latentwärmespeicherung?
Ein Latentwärmespeicher ist eine Einrichtung, die thermische Energie verborgen (latent vom Lateinischen latere = verborgen sein), verlustarm, mit vielen Wiederholzyklen und über lange Zeit zu speichern in der Lage ist.
Die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig ist dabei das am häufigsten genutzte Prinzip. Beim Aufladen kommerzieller Latentwärmespeicher werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dabei sehr viel Wärmeenergie, die Schmelzwärme, aufnehmen. Da dieser Vorgang reversibel ist, gibt das Speichermedium genau diese Wärmemenge beim Erstarren wieder ab.

Funktionsweise
Der Vorteil dieser Wärmespeichertechnik beruht darauf, in einem durch die Schmelztemperatur des eingesetzten Speichermaterials genau festgelegten Temperaturbereichs, möglichst viel Wärmeenergie in möglichst wenig Masse zu speichern. Diese zeigen in der Regel jedoch weit geringere Speicherdichten. Bei der Einspeicherung von Wärme in das Speichermaterial beginnt dieses bei Erreichen der Temperatur des Phasenübergangs zu Schmelzen und erhöht dann, trotz weiterer Einspeicherung von Wärme, seine Temperatur nicht bis das Material komplett geschmolzen ist. Erst dann tritt wieder eine Erhöhung der Temperatur auf (rote Kurve ).

Recherche – Zielsetzung und Marktchancen von PCM
Latentwärmespeicherung mittels Phasenwechselmaterialien ist ein seit einigen Jahrzehnten untersuchtes Forschungsgebiet. Trotz der unübersehbaren Vorteile dieses Speicherverfahrens steckt die industrielle Umsetzung grösstenteils noch in den Kinderschuhen. Sieht man von Kältespeichern ab, so gibt es weltweit nur etwa ein bis zwei Dutzend Unternehmen, die sich mit der Produktion von PCM-Produkten beschäftigen. Die Zielsetzung eines PCM-Zwischenprodukts soll folgenden Anforderungen genügen:

• chemische und physikalische Stabilität
• Zyklenstabilität
• bessere Handhabung
• keine äussere Volumenänderung
• erhöhter Wärmetransport

GlassX – das Produkt
Eine Schicht von Salzkristallen speichert die Wärme der einstrahlenden Sonne, gibt diese bei Bedarf an den Innenraum ab. Ein zusätzlich implementiertes Prismenglas lässt die Sonnenstrahlung nur bei flachem Einstrahlungswinkel passieren (also im Winter) und schützt sonst den Raum vor Überhitzung. Auf diese Weise entsteht ein Bauelement, das die Kraft der Sonne nutzt, speichert und zugleich vor ihr schützt.

GlassX integriert vier Systemkomponenten in einer funktionellen Einheit: Transparente Wärmedämmung, Überhitzungsschutz, Energieumwandlung, thermischer Speicher. Ein 3-fach Isolierglasaufbau sorgt für eine exzellente Wärmedämmung mit einem U-Wert von unter U=0,5 W/m2K. Ein in den Scheibenzwischenraum implementiertes Prismenglas reflektiert die hoch stehende Sommersonne mit Einfallswinkeln über 40° nach Aussen. Die Wintersonne hingegen passiert in voller Intensität den Sonnenschutz. Zentrales Element von GlassX ist ein Wärmespeichermodul, das die solare Energie aufnimmt, speichert und zeitverzögert als angenehme Strahlungswärme wieder abgibt. Als Speichermaterial wird ein Salzhydrat verwendet. Die Wärmespeicherung erfolgt durch Aufschmelzen der Flüssigkeit, beim Abkühlen wird die gespeicherte Wärme wieder abgegeben. Das Salzhydrat ist in Polycarbonatbehältern hermetisch eingeschweisst. Raumseitig wird das Element durch ein 6 mm Einscheiben-Sicherheitsglas abgeschlossen, das gestalterisch behandelt werden kann.

Reflexion des Lernprozesses
Neben der zuvor beschriebenen bauphysikalischen Eigenschaften sehe ich vor allem ein grosses Potential der gestalterischen Möglichkeiten für uns Architekten. Wie oft werden in Bauten transparente oder halbtransparente Materialien gewünscht oder vorgeschlagen. Kann ein solches Material gleichzeitig auch energetisch genutzt werden erhöht dies die Einsetzbarkeiten. Auf der anderen Seite ist es spannend, eine Gebäudehülle zu haben, welche sich über den Tag in dessen Ausdruck ändert. Die Faszination des Wechsels des Aggregatszustandes am eigenen Fenster mitverfolgen zu können verblüfft mich.

Gleichzeitig muss aber auch erwähnt werden, dass zurzeit die Mehrkosten gegenüber einem konventionellen Glas erheblich sind. Gemäss Angaben Kämpfens liegen diese beim Faktor vier. Aber braucht es doch immer innovative Firmen und Persönlichkeiten, welche in die Zukunft investieren und ein solches Produkt massentauglich machen.

Reto Eberhard
22. Mai 2008

Quellenangabe
Vortrag Beat Kämpfen
Wikipedia
www.glassx.ch

Die Komfortlüftung

2008-05-22T03:40:00.000-07:00

1. Einleitung

Die Bauweise hat sich in den letzten 15 Jahren stark verändert und weiterentwickelt. Materialeigenschaften, Energieverbrauch und der Wohnkomfort werden vermehrt stärker im Planungsprozess beachtet. Die Gebäudehülle ist unter vielen Aspekten von zentraler Bedeutung, auch im Bezug auf das Lüften. Der natürliche Luftwechsel im Innern eines Gebäudes wird durch die im Laufe der Zeit stark verbesserte Dichtungen bei Türen und Fenstern deutlich vermindert. Vom Aspekt des Energieverbrauchs her gesehen ist das sicher positiv. Jedoch können beim dichten Bauen je nach Verhalten des Bewohners auch neue Probleme auftauchen, die zu einer Verminderung des Komforts führen können. Entweder durch verbrauchte Luft oder durch die zu hohe Raumluftfeuchtigkeit, welche Bauschäden zur Folge hat.
Die erwähnten Probleme können dabei von einer kontrollierten Wohnungslüftung gelöst werden. Der Wohnkomfort kann mit entsprechenden Technikgeräten verbessert und der Energieverbrauch kann stark vermindert werden.

2. Aus welchem Grund lüften?

Zur Erreichung und Erhaltung eines angenehmen Raumklimas ist ein Luftaustausch notwendig. Frischluft muss die verbrauchte Raumluft ersetzen, welche durch verschiedene Faktoren belastet wird:
Gerüche: entstehen durch den Menschen selbst, durch Haustiere und diverse Einrichtungen in der Wohnung.
Feuchte: entsteht vor allem durch duschen, kochen, waschen, atmen und durch Pflanzen.
Schadstoffe: entstehen von oder durch Formaldehyd von Inneneinrichtungen, Reinigungs- und Lösungsmittel, Tabakrauch, Radongas aus dem Beton und dem Untergrund, Stickoxid und Kohlenmonoxid durch das Kochen mit Gas.

Mit dem Lüften stehen verschiedene unangenehme Luftbewegungen in Zusammenhang. Dies sind z.B. Luftzug, Wärmeverluste und Lärmemissionen. Heute wird allgemein weniger gelüftet als früher, meist um Heizenergie zu sparen. Der geringe Luftwechsel im Gebäude kann im Winter wegen zu hoher Luftfeuchtigkeit zu Bauschäden führen, es bilden sich graue Stellen und Schimmel kann sich bilden. Normalerweise hat man sich jeweils zwischen einem Dauerlüften (Dauerhaft gekippte Fensterflügel) und dem Stosslüften (Fenster werden regelmäßig für eine kurze Zeit geöffnet) entscheiden. Dabei sind, vor allem beim Dauerlüften, hohe Energieverluste in Kauf zu nehmen.

Luftwechselraten und empfohlene Zufuhr an Frischluft

Nutzung Frischluftmenge Luftwechsel
Nichtraucher 12-30 m3/h Person ca. 0.4/h
Raucher 30-70 m3/h Person ca. 0.8/h

3. Berechnung der Zuluft

Anhand der Zahl von Wohn-, Schlaf- und Arbeitszimmer wird der Zuluftvolumenstrom festgelegt. Es werden allen Zimmern, ausser denjenigen, die sich im Durchströmbereich befinden, Zuluft zugeführt.
Faustregel: Jedes Wohn-, Schlaf- und Arbeitszimmer erhält 30 m3/h Zuluft
Das Merkblatt 2023 der SIA zeigt ein ähnliches Verfahren auf. Diese Werte weichen aber nicht merklich von der genannten Faustregel ab:

Nutzung Abluftvolumenstrom
Küche 40 m3/h
Bad, Dusche 40 m3/h
WC (ohne Dusche) 20 m3/h

Die Werte aus der Tabelle „minimaler Abluftvolumenstrom“ können bei Wohnungen mit weniger als drei Zimmern um bis zu 30% reduziert werden. Bei der Berechnung dieser Tabelle wird von einem ganzjährigen Dauerbetrieb ausgegangen.

4. Aus welchem Grund kontrolliert lüften?

Die Thematik rund ums Lüften/Luftwechsel blieb trotz diverser technischer Entwicklungen an der Haustechnik und an der Bauhülle weitgehend unbeachtet.
Neben dem normalen Fensterlüften waren bisher nur Lüftungsanlagen in innen liegenden Sanitärräumen und in Küchen bekannt. Heute sind hierzulande bloss 13 von 100 Wohnbauten mit einer Abluftanlage ausgestattet. Bei den Lüftungsanlagen sind es 2 von 100. Bei den anderen 85% kommt die normale Fensterlüftung zum Einsatz. Der Luftwechsel durch Fenster- und Türfugen reicht heute bei neuen, gut gedämmten und dichten Wohnbauten nicht mehr aus, um für ein gesundes Raumklima zu sorgen.
Durch die gesteigerten Komfortansprüche, im Zusammenhang mit der modernen Bauweise, drängt sich die Methode der kontrollierten Wohnungslüftung ja richtiggehende auf. Die erste Anforderung an die Baute ist nämlich eine dichte Gebäudehülle, gefolgt von derjenigen der Dichten Fenster und Türen. Meist ist dies jedoch heutzutage bei Neubauten auch der Fall. Bei Umbauten oder Verbesserungen an bestehenden Bauten ist der Dichtheit der beispielsweise neu eingesetzten Fenster und Türen besondere Aufmerksamkeit zu schenken.

5. Vor- und Nachteile der Komfortlüftung im Vergleich zur Fensterlüftung:

Vorteile:
- weniger Energieverbrauch
- Abführen von Feuchtigkeit und Schadstoffen
- gute Raumluftqualität
- gefilterte Aussenluft (frei von Pollen und Staub)
- weniger Lärmemissionen von aussen
- angepasster Luftwechsel möglich
- kein Luftzug
- besserer Komfort durch aufgewärmte Zuluft
- geschlossene Fenster erhöhen die Sicherheit
- Sonnenwärme durch Sonnenkollektoren

Nachteile:
- Kosten für Installation und Betrieb der Anlage
- Anlage und Kanäle brauchen Platz und seriöse Planung
- Aufwand für Wartung und Reinigung (gering)
- Zusätzlicher Stromverbrauch durch Ventilatoren im Lüftungsgerät

6. Lüftungssysteme

6.1 Kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung
Dabei wird die Luft von aussen je nach Bedarf den einzelnen Innenräumen zugeführt. Die Abluftwärme kann per Wärmerückgewinnung mit bis zu zwei Drittel der Zuluft wieder zugeführt werden. Die kontrollierte Lüftung wird vor allem in Neubauten mit kleinem Energiebedarf eingesetzt.

Prinzip eines Zu- und Abluftsystems mit Wärmerückgewinnung:

Funktionsweise:

Zuluft: Aussenluft wird durch Ventilatoren angesaugt und mit dem Wärmetauscher aufgewärmt, geht durch einen Luftfilter, eventuell wird sie nachgewärmt du schlussendlich den Wohn- und Schlafräumen zugeführt.
Abluft: Luft wird in Bad/WC und der Küche abgesaugt, geht erneut durch einen Luftfilter und wird dann über das Dach ausgeblasen.

Erfahrungen und Messungen verdeutlichen, dass die Platzierung der Zuluft-Durchlässe in üblichen Wohn-, Schlaf-, und Arbeitszimmern eine untergeordnete Rolle spielt. Wand, Decke und Boden kommen dabei in Frage. Es ist höchstens zu beachten, dass der einblasende Luftstrahl nicht direkt auf einen Aufenthaltsbereich gerichtet ist, weil so Zugerscheinungen auftreten könnten.

Die Lösung mit einem Überström-Durchlass in Form des Türspalts ist wartungsfrei und kostenlos. Es reicht bereits eine Spalthöhe von 7mm, um einen Luftvolumenstom von 30 m3/h zu erreichen. Es können somit Standardtüren ohne Schwelle und ohne Planetdichtung eingesetzt werden. Die Bewohner müssen aber darüber informiert werden, dass kein Teppich in der Türöffnung liegen darf, um eine Durchlüftung zu gewährleisten.
Bedingungen/Konsequenzen für die Überströmung durch Türspalte:
- Ausblasrichtung darf nicht gegen Zonen mit dauerndem Aufenthalt gerichtet sein
- Das Schalldämmmass wird durch eine Tür ohne Planetdichtung geschwächt
Luftvolumenstrom ± 30 m3/h → Luftspalt = 7 mm
Luftvolumenstrom > 40 m3/h → Luftspalt = 10 mm
Bei Luftvolumenströmen von 40 m3/h (z.B. in Bädern) hat der Luftspalt eine Höhe von 10 mm und mehr aufzuweisen. Dabei ist zu erwähnen, dass hierbei Licht durch den Spalt dringen kann, was störend wirken kann. Je grösser der Spalt, umso schwächer das Schalldämmmass zum anderen Raum. Mit dem leicht geschwächten Schallschutz lässt sich jeweils noch gut leben, da wenn die Türen dauerhaft geschlossen sind (in der Nacht), das Bedürfnis nach Ruhe sowieso am grössten ist.

Bei hohen akustischen Anforderungen können aber auch schallgedämmte Überström-Durchlässe eingesetzt werden. Diese lassen sich in der Tür selbst, über der Tür oder in der Türzarge einbauen. Es muss geprüft werden, ob ein spezieller Überström-Durchlass spürbar weniger Schall durchlässt als ein Türspalt.

6.2 Luftheizsysteme
Diese Systeme funktionieren wie Komfortlüftungen, einzig mit dem Unterschied, dass sämtliche Radiatoren- und Fussbodenheizungen entfallen und die gesamte Raumwärme durch die Zuluft in die Räume gelangt. Ein solches System ist jedoch nur bei Niedrig- oder Nullenergiehäusern wirtschaftlich sinnvoll, damit der Stromverbrauch der Ventilatoren und die erforderlichen Luftmengen klein bleiben.
In den USA sind im Gegensatz zur Schweiz solche Luftheizsysteme weit verbreitet.

6.3 Normale Abluftgeräte
Durch Kleinventilatoren wird die Raumluft angesaugt und ins Freie befördert. Luft strömt durch Undichtigkeiten bei Fenstern und Türen, über das Cheminée oder den Zimmerofen nach. Als normale Abluftgeräte versteht man zum Beispiel WC-Ventilatoren oder einen herkömmlichen Küchenabzug.

7. Inbetriebnahme

Die Anlage darf nicht vor der Bauendreinigung in Betrieb genommen werden. Dabei muss die Sauberkeit beachtet und vor der Inbetriebnahme kontrolliert werden, sonst steht eine Reinigung an. Die Luftvolumenströme müssen in jedem Raum eingestellt, gemessen und protokolliert werden. Vor der während der Abnahme müssen die Luftfilter erneuert werden. Die Anlagebetreiber und die Bauherrschaft erhalten vor der Inbetriebnahme eine Einführung. Bei einem nötigen Luftfilterwechsel ist eine Vorführung mit einer Fachperson zu empfehlen.

8. Reflexion

In unseren Zeiten der Forschung, der Entwicklung und der Optimierung von verschiedenen Aspekten ist meiner Meinung nach dem Energiehaushalt am Meisten Beachtung zu schenken. Mit dem Entscheid, auch im Zusammenhang mit den erhöhten Ansprüchen an (Wohn-) Komfort, eine solche Komfortlüftung einzubauen, kann man einen kleinen, aber entscheidenden Beitrag dazu leisten. Das Bedürfnis nach einem angenehmen Raumklima geht sozusagen Hand in Hand mit dem Vorsatz eines besseren Energihaushalts. Es lohnt sich als Bauherr, in eine solche Anlage zu investieren, wenn man bedenkt, dass diese Mehrkosten in ein paar Jahren amortisiert sind. Man sollte es, auch in Anbetracht nachkommender Generationen, als Beitrag zur Erhaltung unserer Umwelt sehen. Eine Thematik, wo meiner Meinung nach der Hebel am richtigen Ort angesetzt wird.

9. Quellen/Links

http://www.bfe.admin.ch/
http://www.energie.zh.ch/
www.dka.ch/
http://www.wikipedia.de/

Patrick Wichser

Gas Wärmepumpen

2008-05-21T14:08:00.000-07:00

Bisher kannte ich nur elektrisch angetriebene Wärmepumpen. Jetzt habe ich über eine Gaswärmepumpe gelesen.

Generell zur Wärmepumpen

Die Umgebungswärme wird in ein Verdichter gepumpt mit Hilfe von Kältemittel (das Arbeitsmedium) vom tieferen auf einem höheren Temperatur. Das untere Temperaturniveau liegt bei 10 °C und die Nutzwärme bei 50°C. Im Kondensator ändert das Kältemittel seinen Zustand von gasförmig nach flüssig und gibt die die aufgenomene Umgebungs- und Kompressionswärme ab. Das flüssige Arbeitsmedium nimmt im Verdampfer die Umgebungswärme auf und wird dabei wieder gasförmig und der Kreislauf beginnt wieder von vorne. Dies ist der Carnot-Kreislaufprozess, dabei ist der Wirkungsgrad zu beachten. Die abgegebene Temperaturen liegen weiter auseinander als Quellen (Umgebungswärme und Raumtemperatur).

Die Umgebungswärme kann dabei aus verschiedenen Quellen stammen. Am verbreitetsten sind Luft/Wasser-Wärmepumpen, welche die Umgebungswärme aus der Aussenluft gewinnen. Daneben gibt es auch Wasser/Wasser-Wärmepumpen, die die Wärme aus dem Grundwasser aufnehmen. Weiter gibt es Sole/Wasser-Wärmepumpen, bei denen die Wärme mittels Erdregistern oder Erdspiessen aus dem Boden geholt wird.

Soweit sind drei Systeme erhältlich, diese sind:

Gasmotor-Wärmepumpen

Gas-Absorbtions-Wärmepumpe

Diffusions - Absorbtions - Wärmepumpe (DAWP)

Ich werde auf zwei Systeme näher eingehen:

Gasmotor-Wärmepumpen

In einer Gasmotorwärmepumpe wird der Kompressor von einem Gasmotor angetrieben. Die Abwärme die durch den Gasmotor entsteht wird auch zum heizen gebraucht. Dieser Wärmepumpen-Prozess kann auch umgekehrt werden, wodurch aus der gleichen Maschine eine Kältemaschine wird, die im Sommer zum Kühlen von Gebäuden eingesetzt werden kann. In einem Gas-Wärmepumpen erreicht die COP (Coefficient of Performance oder auf Deutsch den Leistungs Koeffizienten) ca. 1,2 bis 1,8 wobei hier die zusätzliche Wärme vom Gasmotor erst in der Heizzahl dazugerechnet wird. Gasmotor Wärmepumpen haben 18 - 70kW Heiz- und 14 - 55kW Kühlleistung und werden hauptsächlich im Gewerbe und Dienstleistungsbereich eingesetzt.

Gas-Absorbtions-Wärmepumpe

Im Gas-Absorbtions-Wärmepumpe, wie beim elektrischen, wird Ammoniak in Wasser gelöst die Umgebungswärme transportieren im Krieslauf. Der Kreislauf wird durch einen Gasbrenner erhitzt und das Ammoniak teilt sich vom Wasser indem es sich verdampft. Das heisse Ammoniak Gas gibt den Kondensator die gewonnene Wärme ab und wird wieder flüssig. Danach geht das flüssige Ammoniak Gas in den Verdampfer, wo es Umgebungswärme wieder aufnimmt. Das flüssige Gas geht in den Absorber um Wasser aufzunehmen und weiter in den Austreiber der vom Gasbrenner erhitzt wird. Auch dieses System kann umgekehrt werden für das Kühlen. Hier ist die Leistung deutlich höher: Heizen: 32 -175kW und Kühlen 16 - 85 kW (für Luft - Wasser und Wasser - Wasser Systeme)

GWP im Vergleich zu EWP

Grundsätzlich sind beide Systeme gleichwertig und weisen den grossen Vorteil auf, die kostenlos zur Verfügung stehende Energie der Umgebung (Luft, Boden, Wasser) zu nutzen, was Jahresarbeitszahlen deutlich über 1 ermöglicht.

Direktvergleich der Leistungsziffern (schwierig)

Die zahl sind sehr unterschiedlich weil bei der EWP wird das Verhältnis Strom-Input/Wärme-Output mit einer Leistungsziffer ausgedrückt der gut bei 4.5 COP liegt, bei der Gaswärmepumpe, der bei 1,2 bis 1,8 liegt muss die Abwärme vom Motor dazu gezählt werden, aber hier spricht man von einer Heizzahl. Allerdings ist ein direkter Vergleich der Leistungsziffern von EWP und Heizzahlen von GWP nicht möglich, da diese bei einer EWP entscheidend von der Produktionsweise des Stroms abhängt: Dieser ist im Gegensatz zu Erdgas nicht eine Primärenergie, sondern ein sekundärer Energieträger.

Ökobilanz abhängig von Stromproduktion

Was die Öko- und insbesondere die CO2-Bilanz anbelangt,

so kommt es ebenfalls entscheidend auf die Herkunft (Produktionsweise) des Stroms und auf die allfällige Beimischung von CO2-neutralem Biogas zum Erdgas an. Trotzdem funktioniert der GWP mit einem endlichen Energie, bei der EWP wäre es möglich Solarenergie einzusetzen.

Individuelle Situation massgeblich

Aufgrund verschiedener Unterarten und Kombinationsvarianten sowie der unterschiedlichen klimatischen oder baulichen Voraussetzungen kann kein generelles Urteil gefällt werden. Es ist jeweils im Einzelfall zu prüfen, welche Lösung zu optimalen Resultaten führt. Zusätzlich spielen Investitionshorizont, Komfortanforderungen, Verfügbarkeit von Erdgas etc. eine wichtige Rolle.

Heizleistung bei tiefen Aussentemperaturen

Bei tiefen Aussentemperaturen wird es für Wärmepumpen zunehmend schwierig, Umgebungswärme aufzunehmen (z.B. aufgrund von Vereisung des Luftregisters). Selbst bei extrem tiefen Aussentemperaturen unterschreitet die Leistung der Gaswärmepumpe aber nicht die nominale Leistung des Gasbrenners beziehungsweise die mechanische und thermische Leistung des Gasmotors. Der Wirkungsgrad beträgt so auch im schlechtesten Fall noch mehr als 100%.

CO2

Der CO2 Abgabe beim verbrennen von Erdgas liegt ca. 25% tiefer als beim Heizöl. Die ist abhängig von der chemischen Struktur, der eine höhere Energieinhalt pro Kohlenstoff-Atom nachweist. Der Wirkungsgrad eines kondensierenden Gaskessels beträgt gegen 110% und mit Hilfe der zusätzlich genutzte Abwärme beim Verbrennen bekommt der GWP einen Wirkungsgrad von 130 - 180%.

Charlotte Hille

Zentralstaubsauger - Anlage

2008-05-21T05:12:00.000-07:00

Schon in mehreren Fällen, tauchte unter anderen Fragen, in Gesprächen mit der Bauherrschaft, immer wieder die Frage der Zentralstaubsauger - Anlage auf.
Obwohl von der Gewichtung her nicht so wichtig wie zum Beispiel eine Heizungsanlage, mussten auch hier die Vor- und Nachteile, Kosten, Möglichkeiten, Anbieter usw. besprochen werden. Dies auch in einer frühen Planungsphase, da die Installation schon im Rohbau vorgesehen und eingebaut werden muss. Die Planung findet ca. im gleichen Zeitraum statt, wie die Planung der elektrischen Installationen. Da die Frage, ob solch eine Installation sinnvoll und nötig ist, nicht einfach mit ja oder nein beantwortet werden kann, musste ich mich auf die Suche von Daten, Funktionen, Preise und Anbieter machen, um die Bauherrschaft dementsprechend beraten zu können.

Meine Ergebnisse diesbezüglich erläutere ich nun wie folgt:

Funktion einer Zentralstaubsauger - Anlage

Planung
Bereits bei der Planung eines Hauses wird oft die Installation einer zentralen Zentralstaubsauger - Anlage berücksichtigt. Hierdurch kann man in Ruhe die Grundrisspläne (manchmal sogar die Einrichtungsplanung) studieren. Aber auch sonst (nachträgliche Installation) ist es nie zu spät für die Installation einer Zentralstaubsauger - Anlage .

Platzierung
Je nach Grundriss- und Einrichtungsplan werden geeignete Anschlussstellen (Staubsaugersteckdosen) für den Staubsaugreschlauch gewählt. Erfahrungsgemäß reichen in den meisten Fällen 1-2 Anschlussdosen je Etage aus. Als Anschlussstellen eignen sich zentrale Punkte des Hauses wie Dielen, Treppenaufgänge etc. . Der Staubsaugerschlauch ist als Standardausführung 8 m lang, ist jedoch auch in Längen von 10 und 12 m erhältlich. Zusammen mit dem Teleskopsaugrohr und Düse erreicht man somit einen Aktionsradius von über 9 m (bzw. 11 und 13 m) von der Saugdose aus. Der tatsächliche Aktionsradius hängt natürlich von Grundriss und Einrichtung ab. Meist genügt eine Saugdose für das Obergeschoss eines modernen Einfamilienhauses.

Saugdosen
Es gibt 2 verschiedene Arten von Saugdosen. Ab einfachsten zu installieren und zu benutzen ist die Wanddose. Sollte eine Wanddose aus irgendeinem Grund nicht möglich sein, kann eine Bodendose aus Metall installiert werden. Beide Typen besitzen die gleiche Funktion und Leistung. Vermieden werden sollte die Platzierung einer Dose hinter einer Tür, die meist offen steht oder an Stellen, die von Schränken o.a. blockiert werden können. Die Saugdosen lassen sich auf gleiche Weise anbringen, wie elektrische Steckdosen (30 cm), oder in Höhe der Schalter. Die Saugdosen sind mit federbelasteter Klappe versehen, so dass sie nicht offen oder halboffen nach der Benutzung zurückgelassen werden. Weiter kann eine so genannte Küchenleiste eingebaut werden. Diese befindet sich meistens im Sockelbereich und saugt Krümel und sonstige Verschmutzung in der Küche auf. Diese müssen aber zuerst in die Nähe gewischt werden.

Saugleitung
Die fest installierte Saugleitung besteht aus einem starken, biegsamen PVC-Schlauch mit spiralförmiger Verstärkung und glatter Innenwand. Dies ermöglicht eine einfache Installation mit minimaler Anzahl Stöße. Der Schlauch besitzt einen Innendurchmesser von 40 mm und einen Außendurchmesser von 48 mm. Aufgrund seiner Konstruktion lässt sich der Schlauch in engen Kurven verlegen. Zu scharfe Biegungen sollten jedoch vermieden werden, da hierdurch der Luftstrom gebremst wird. Je geradliniger die Leitung, desto höher die Saugleistung der Anlage. Die Saugleitung ist alterungs-, feuchtigkeits- und kältebeständig und kann somit in Außenwände und durch ungedämmte Dachbodenräume etc. verlegt werden. Aufgrund ihrer kräftigen Konstruktion, kann die Leitung auch in Geschossdecken einbetoniert werden (betonfest). Zum Fixieren der Leitung können verzinkte Blechstreifen verwendet werden. Beim Verlegen der Leitung unter der Erde (z.B. freistehende Garagen) sollte sie in einem 110 mm PVC Rohr geführt werden, um Belastungen durch Erddruck zu vermeiden und sie gegen evtl. zukünftige Grabarbeiten zu schützen. Biegungen von mehr als 45°sollten vermieden werden. parallel zur Saugleitung wird die Steuerleitung verlegt.

Verzweigung
Die Verzweigung der Saugleitung zu den verschiedenen Saugdosen erfolgt mit Hilfe der beiliegenden Y-Abzweige. Beachten Sie, dass der Stamm des Abzweiges in Richtung Zentraleinheit zeigt. Anderenfalls wird die Saugleistung stark herabgesetzt.

Zentraleinheit
Die Zentraleinheit wird am günstigsten in trockenen Nebenräumen wie Garage, Abstellraum, Waschküche, Dachboden, Keller o.a. installiert und zwar so nahe wie möglich an einer Außenwand, um die Abluft auf einfache Weise abführen zu können. In der Nähe des Aggregates sollte sich eine Steckdose (220V / 10A) befinden.

Schalldämpfer
An der Abluftleitung wird der Schalldämpfer eingebaut. Die Abluftleitung sollte so kurz wie möglich sein und keine scharfen Bögen aufweisen.

Installation im fertigen Haus
Fast 80 % aller Installationen erfolgen in bereits fertigen Häusern. Nur ein wenig Erfindungsgeist ist notwendig, um die günstigste Leitungsverlegung zu ermitteln. Im Normalfall lassen sich Dachboden und Keller, sowie Freiraum unter dem Haus bei Streifenfundamenten in Kombination mit Garderobenschränken, Waschküche, Treppenhaus, Hobbyraum etc. nutzen. Mit etwas Phantasie finden Sie für jedes Haus die ideale Lösung. Nur im Ausnahmefall wird eine sichtbare Verlegung der Saugleitung erforderlich sein und eine Verkleidung notwendig machen (z.B. Trockenbau). Eine weitere Möglichkeit wäre die Verlegung in einem PVC Kanal (wie Elektroinstallation).

Vorteile einer Zentralstaubsauger - Anlage (ZSA):

Saubere Luft - Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Staubsauger werden trotz Filterung keine Staubpartikel, Milben, Viren und Bakterien (Ursache von Allergien) im Raum verteilt. Die Zentralstaubsauger - Anlage bläst die Abluft ins Freie.
Bequem und schneller mit einer Zentralstaubsauger - Anlage geht das Staubsaugen schneller, es muss keine plumpe Maschine hinter sich hergezogen oder auf dem Rücken getragen werden - es gibt kein verheddern im Anschlusskabel. Treppen saugen ist auch kein Problem mehr.
Leistungsfähiger und leiser - Die Saugfähigkeit der Zentralstaubsauger - Anlage wird Sie verblüffen. Der robuste Motor (1400W für's normale Eigenheim) sorgt dafür, dass das Haus in Kürze noch sauberer wird. Trotz der Super-Saugleistung ist die Zentralstaubsauger - Anlage sehr leise und man hört nur ein leises Rauschen von der Düse. Da der Zentralstaubsauger den Feinstaub nicht nur verteilt, muss man nicht mehr so oft staubsaugen oder wischen.
Schonender- Mit einer Zentralstaubsauger - Anlage gehören verschrammte, zerkratzte Möbel und Fußböden der Vergangenheit an.

Nachteile einer Zentralstaubsauger - Anlage können sein:

Beim Rückbau eines Gebäudes, sind die Leitungen evtl. mit der Primärstruktur verbunden.
Die Anlage kann bei einem Umzug nicht mitgenommen werden.

Ich persönlich, bin nun auch nachdem wir schon einige Anlagen einbauen durften, von solch einer Zentralstaubsauger - Anlage überzeugt und auch das Feedback der Bauherren, die so eine Anlage eingebaut haben, ist durchwegs positiv. Die Kosten einer Zentralstaubsauger - Anlage bewegen sich je nach Grösse und Leistung der Anlage zwischen Fr. 4'000.-- und 6'000.--. So finde ich auch das Preis-, Leistungsverhältnis einer Zentralstaubsauger - Anlage sehr gut.
Möchte man die Anlage nicht von Anfang an kaufen, besteht die Möglichkeit, die Vorbereitungen für die Anlage einzubauen (Verrohrung). Hier spricht man von Kosten von ca. Fr. 1'000.--. Die Zentralstaubsauger - Anlage kann dann später noch dazu gekauft werden.

21.05.08 / Cristiano Pedron

Energiepfähle - Dock Midfield Flughafen Zürich

2008-05-21T01:40:00.000-07:00

Alle mit der Erde in Berührung stehenden Teile der Gebäudestruktur, z.B Fundationspfähle und -wände können als Wärmetauscher eingesetzt werden. Der Untergrund dient als Energiespeicher für das Beheizen und Kühlen grösserer Gebäude.

Als Geostrukturen werden diejenigen Fundationselemente eines Bauwerkes bezeichnet, die zur Verbesserung der Tragfähigkeit eines schlechten Baugrundes benötigt werden.

Energetische Geostrukturen

Die Bodentemperatur in einigen Metern Tiefe (15-20m) wird rasch konstant (9-11 °C im hiesigen Klima). Diese Temperaturniveau kann im Sommer zur Kühlung und im Winter zur Beheizung verwendet werden.
Die zur Abstützung und Gebäudegründung benötigten Geostrukturen jeder Grössenordnung lassen sich mit Wärmetauschern ausrüsten. Die mit dem Untergrund in Kontakt stehenden Betonpfähle und Betonwände werden dabei mit Kunststoffleitungen versehen, um die Wärme oder Kälte des Untergrundes auszutauschen. Diese Leitungen werden dann gebündelt einer oder mehreren Wärmepumpen zugeführt.
Die Wirkungsweise der Anlage basiert auf einem Jahreszyklus, bei dem während der Heizperiode dem Untergrund Wärme (Kälteeintrag in den Untergrund) und während der Kühlperiode Kälte entzogen wird (Wärmeeintrag). Die Vorteile einer solchen Anlage äussern sich in den reduzierten Betriebskosten aufgrund des Wegfalls von fossilen Brennstoffen (ca. 80%) und in einer Verminderung der CO 2 – Emission (45% bis 100%)

Energiepfähle

Armierte Betonpfähle haben meist einen Durchmesser zwischen 0.4 und 1.5 m und eine Länge von einigen Metern bis über 30 m. Entsprechend dem Pfahldurchmesser wird im Innern meist ein doppel- oder vierfach U-Rohr oder ein Rohrnetz aus Polyethylen eingebracht. Diese Rohre werden komplett mit Beton umgeben, um einen guten thermischen Kontakt herzustellen. In diesem geschlossenen Kreislauf zwischen den Rohrleitungen in den Pfählen und der Wärmepumpe zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit um die Wärme oder Kälte mit dem Untergrund auszutauschen.

Diese einfache und zweckmässige Technologie erzeugt keine übermässigen Mehrkosten, muss aber von Anfang an in die Projektplanung bezüglich Konstruktion und Energiekonzept miteinbezogen werden. Zur Zeit gibt es in der schweiz etwa 30 Installationen von energetischen Geostrukturen.

Dock Midfield Flughafen Zürich

Anhand des Beispiel Dock Midfield bei dem unser Büro an der Planung sowie der Ausführung beteiligt war, möchte ich aufzeigen wie das Energiepfahlsystem funktioniert und was zu beachten ist.

Anlagebeschrieb

Das Dock Midfield ist ein neues Empfangs- und Abfertigungsgebäude für 26 Flugzeuge auf dem Flughafen Zürich. Das 500 m lange und 30 m breite Gebäude steht auf Fundationspfähle welche zur Energiegewinnung genutzt werden.

Technische Aspekte

Das Dock Midfield musste wegen des schlechten Baugrundes auf Pfählen fundiert werden. Es sind 441 stehende Bohrpfähle mit 0,9 bis 1,5 m Durchmesser erforderlich. Diese reichen bis in die Grundmoräne, welche in einer Tiefe von 30 m liegt. Auf dieser tragenden Moräne steht das ganze Gebäude. Die Bohrpfähle mussten mit Stützrohren erstellt werden, welche während dem Verfüllen mit Ortsbeton wiederherausgezogen wurden.
Der Boden ist bis fast auf Terrainhöhe mit Grundwasser gesättigt, welches infolge der sehr kleinen Durchlässigkeit des Bodens (tonigsiltige Ablagerungen) praktisch stehend ist.
310 der Pfähle wurden mit Kunststoffrohrschlaufen ausgerüstet, d. h. als Energiepfähle ausgerüstet. An den Armierungskörben wurden PE-Rohre montiert, in welchen ein Wärmeträgermedium zirkuliert.
Durch diese Rohre wird eine abgekühlte respektiv erwärmte Flüssigkeit (Wasser-Glykol) gepumpt, wodurch dem Boden Wärme entzogen beziehungsweise zugeführt werden kann. Mit diesem "Wärmetauscher" kann das Erdreich unter dem Dock Midfield als saisonaler Speicher genutzt werden.
Die Energiepfähle stellen eine langfristig sichere Energiequelle dar.

Bau der Energiepfähle

Mit einer detaillierten Planung, der Nutzung von Erfahrungen anderer Vorhaben mit
Energiepfählen und einer engen Zusammenarbeit mit den Unternehmern konnte der Bauablauf stark vereinfacht werden.
Die Vorfabrikation der Pfahleinlagen ermöglichte eine hohe Qualität und vermied
Terminprobleme beim Bau der Energiepfähle in einem sehr engen Zeitraster.

Forschungsprojekt

Für diese innovative Anlage konnte kaum auf Betriebserfahrungen zurückgegriffen werden. Um sicher planen und optimieren zu können, wurde ein Projekt mit finanzieller Unterstützung des Bundesamtes für Energie (BFE) durchgeführt. In Zusammenarbeit mit der ETH Lausanne wurden detaillierte Simulationsrechnungen und ein Response- Test mit zwei Sonden vor Ort durchgeführt. Damit konnte die thermische Bodenleitfähigkeit in situ gemessen werden.

Energetische Aspekte

Der Ertrag der Energiepfähle wurde von der ETH Lausanne (EPFL) simuliert. Die Grundlagen für diese Simulation waren der Pfahlplan, die stundenweise Berechnung des Energiebedarfes aufgrund einer thermischen Simulation des Gebäudes in Zusammenarbeit mit der EMPA sowie das geologische Gutachten der Firma Jäckli AG. Im Winter kann gemäss Berechnungen aus dem Erdreich 1100 MWh Wärme gewonnen werden. Diese Wärme wird teilweise im Sommer als Abwärme eingespeichert, welche sonst mit Kältemaschinen abgeführt werden müsste (ca. 470 MWh). Der restliche Fernwärmebezug des Docks Midfield wird sehr klein (ca. 420 MWh pro Jahr). Der jährliche Strombedarf verändert sich kaum, der Stromverbrauch der Wärmepumpe im Winter wird durch die Einsparung im Sommer (Kühlung über die Energiepfähle) etwa kompensiert. Mit der Energiepfahlanlage im Dock Midfield wird die geforderte Stabilisierung des Energieverbrauchs des ganzen Flughafens unterstützt.
Die Energiepfähle sind eine freiwillige Massnahme für einen möglichst umweltverträglichen Flughafen. Die Energiepfähle ermöglichen ein Gebäude, welches fast als Null-Heizenergiehaus bezeichnet werden kann und für Heizung und Kühlung überwiegend regenerierbare Energie nutzt.

Sommer (Kältebedarf)

Die interne Abwärme des Gebäudes wird mit Umluftgeräten den Räumen entzogen und über das Umluftkühlnetz gesammelt. Diese Abwärme entsteht im Sommer in der Gepäcksortierung sowie ganzjährig in Traforäumen, in den Antriebsräumen des Personen-Transport-Systems und in weiteren technischen Räumen. Im Sommer wird diese überschüssige Wärme direkt mit den Energiepfählen ans Erdreich abgeführt.
Der Kältebedarf für Kühlung der internen Abwärme kann fast vollständig direkt mit den Energiepfählen und in der Heizperiode mit Wärmerückgewinnung (WRG) gedeckt werden. Nur für wenige Spitzen ist es notwendig, die für den Winter vorhandene Wärmepumpe als Kältemaschine zu nutzen. Diese Betriebsweise dient auch der Sicherheit (Redunanz der Kälteerzeugung). Es können voraussichtlich ca. 470 MWh Kälte pro Jahr direkt mit den Pfählen erzeugt werden, nur ca. 10 MWh sind noch mit der Kältemaschine zu decken. Im weiteren werden mit den Energiepfählen die Räume im UG, insbesondere die Gepäck-Vorsortierung, direkt über den unisoliertem Boden natürlich gekühlt. Ohne Energiepfähle müsste mit einem langsamen Anstieg der Erdtemperatur unter diesen Räumen gerechnet werden. In diesem Bereich werden so die Umluftkühlgeräte sowie der entsprechende Energiebedarf eingespart, der mit ca. 300 MWh Kälte beziffert werden kann. Die Kälte für die Zuluftkühlung auf ca. 18 – 20 °C (Kühlregister in den Monoblocks) im Sommer wird mit separaten Kältemaschinen erzeugt.

Übergangszeit

Mit Free-Cooling könnte die interne Abwärme auch über die vorhandenen Rückkühlwerke auf dem Dach an die Aussenluft abgegeben werden. Gemäss Simulationen wird dieser Betriebszustand aber nicht erforderlich sein.

Winter (Wärmebedarf)

Im Winter wird primär die interne Abwärme mit WRG genutzt (ca. 690 MWh). Dazu dient die Wärmepumpe, die so das Umluftkühlnetz kühlt. Bei zusätzlichem Wärmebedarf wird dem Boden die gespeicherte Wärme wieder entzogen (ca. 1100 MWh), dazu wird ebenfalls die selbe Wärmepumpe eingesetzt. Diese kann bis 630 kW Nutzwärme liefern. Reicht dies nicht (sehr kalte Wintertage), so deckt der Anschluss an das Flughafen-Fernwärmenetz den noch fehlenden Wärmeleistungsbedarf. Damit kann im Winter der Wärmebedarf des Gebäudes überwiegend mit interner Abwärme und Erdwärme gedeckt werden. Die Wärmepumpe mit einer Leistungsziffer von 4 liefert total 2360 MWh Nutzwärme auf ca. 40°C. Ab Fernwärme werden noch 420 MWh Wärme zur Spitzendeckung bezogen.

Kosten

Die Jahreskosten werden dank Energiepfählen um ca. Fr. 16’000.- tiefer. Mit dem Energiepfahlsystem kann erneuerbare Energie auf wirtschaftliche Art genutzt werden.
Die totale Investition für die Energiepfähle beträgt ca. Fr. 1.1 Mio. Demgegenüber konnten Fr. 130'000.- eingespart werden (um 600kW kleinere Wärmeversorgung, im UG Vorsortierung weniger Umluftgeräte).
Die zusätzlichen Investition beträgt somit Fr. 970'000.-.Jährlich verringern sich die Energiekosten um ca. Fr. 94'000.-; dem stehen um Fr. 11'000.- höhere Unterhaltskosten gegenüber.
Rechnet man mit 30 Jahren Amortisationszeit und 5,5% Zins, so bringen die Energiepfähle einen jährlichen Gewinn von etwa Fr. 16'000.-. Anders gerechnet kann diese Mehrinvestition dank den Energiekosteneinsparungen innerhalb von 12 Jahren zurückbezahlt werden (ohne Verzinsung).
Diese Berechnungen wurden mit den Energiepreisen der unique (Wärme Fr. 80.-/MWh, Strom Fr. 166.-/MWh) durchgeführt. Die Resultate können sich mit ändernden Energiepreisen stark ändern. Die heutige Situation mit tieferen Stromtarifen und eher höheren Gas und Ölpreisen verbessert die Wirtschaftlichkeit der Energiepfähle deutlich.

Fazit

Die ersten Auswertungen der Messdaten zeigen, dass die Wärmegewinnung aus dem Untergrund gut funktioniert. Die Wärmepumpe, eine der grössten in der Schweiz, läuft bei kalter Witterung fast ununterbrochen. Sie funktioniert dabei sehr effizient und erreicht eine hohe Arbeitsziffer von etwa vier, das heisst, aus einer Energieeinheit Strom werden vier Einheiten Heizenergie erzeugt. Der Energieertrag der Wärmepumpe übertrifft die Erwartungen, was auch die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. Auch die Kühlung im Sommer funktioniert einwandfrei, wie die letzten Sommer gezeigt haben, darunter der Jahrhundertsommer 2003.
Die detaillierte Auswertung der Messdaten wird es Unique ermöglichen, den Betrieb der Anlage weiter zu optimieren. Für die Entwicklung weiterer solcher Energieprojekte werden wertvolle Daten zur Verfügung stehen, um bei der Planung und Berechnung auf Erfahrungswerte zurückgreifen zu können.

Links:

www.hakagerodur.ch
www.geothermal-energy.ch

Urs Balmer

Geothermie und ihre Nutzung

2008-05-19T14:39:00.000-07:00

Die Ausgangslage:

Wir leben immer noch in einer fossilen Welt. Über 80 % unseres Gesamtenergieverbrauchs basieren auf Erdöl und Erdgas. Kohlendioxid (CO2) und andere Treibhausgase führen zu einer Veränderung des Klimas, die Belastung durch Feinstaub und Kleinstpartikel haben gesundheitliche Konsequenzen.

Die erneuerbaren Energien sind im Anlauf. Unter diesen weist die geothermische Energie einen besonderen Stellenwert auf, denn sie steht jederzeit, unabhängig von Wind, Wetter und Sonneneinstrahlung zur Verfügung.
Die Erdwärme ermöglicht die Beheizung von kleinen Einfamilienhäusern bis zu grossen Bürokomplexen.
Der Untergrund eines Gebäudes kann ebenso zur Kühlung genutzt werden.
Diese Energiequelle ist nachhaltig, emissionsfrei und weist gewaltige Potenziale auf.

Ursprung der geothermischen Energie
Die Geothermie ist die im oberen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie und zählt zu den regenerativen Energien.

Geothermie stammt zum Teil (geschätzt: 30-50 Prozent) aus der Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung, zum anderen (geschätzt: 50-70 Prozent) aus radioaktiven Zerfallsprozessen, die in der Erdkruste seit Jahrmillionen kontinuierlich Wärme erzeugen. Oberflächennah kommen Anteile aus der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche und aus dem Wärmekontakt mit der Luft dazu.

Die Temperatur im inneren Erdkern beträgt nach verschiedenen Schätzungen zwischen 4500 °C und 6500 °C.
Fast überall hat das Erdreich in 1 Kilometer Tiefe eine Temperatur von 35 °C bis 40 °C.

Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung
Die Erde ist vor zirka 4,6 - 4,7 Milliarden Jahren durch Akkretion von Materie entstanden. Hierbei erhitzt sich das Material, wobei kinetische Energie in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärmeenergie ist dank der geringen Wärmeleitfähigkeit der Gesteine und damit der geringen Wärmeabgabe an den Weltraum bis heute zum Teil erhalten geblieben. Sie sind als Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung bezeichnet worden.

Radioaktive Zerfallsprozesse
Dieser Anteil der Geothermie entsteht durch den natürlichen Zerfall der im Erdkörper vorhandenen langlebigen radioaktiven Isotope wie z.B. Uran-235 und U-238, Thorium-232 und Kalium-40. Diese Elemente sind in die Kristallgitter bestimmter Minerale eingebaut. Es handelt sich um eine natürliche Form der Kernenergie.

Einteilung der Geothermiequellen
Geothermie kann als Energiequelle zur Erzeugung von Wärme und Strom genutzt werden. Hierbei wird unterscheiden zwischen:

1. der Nutzung der oberflächennahen Geothermie für den direkten Gebrauch, d.h. zum Heizen und Kühlen, meist in Form einer Wärmepumpenheizung
2. oder der Nutzung der tiefen Geothermie für den direkten Gebrauch im Wärmemarkt oder auch indirekt zur Stromerzeugung

Tiefe Geothermie
Generell werden im Bereich der tiefen Geothermie drei Arten der Wärmeentnahme aus dem Untergrund unterschieden:
1. Hydrothermale Systeme - im Untergrund vorhandene Thermalwässer zirkulieren zwischen zwei Brunnen über vorhandene natürliche Grundwasserleiter
2. Petrothermale Systeme, oft auch HDR-Systeme (Hot-Dry-Rock) genannt: mit hydraulischen Stimulations-massnahmen werden im trockenen Untergrund Risse und Klüfte erzeugt, in welchen künstlich eingebrachtes Wasser oder superkritisches CO2 zwischen zwei tiefen Brunnen zirkuliert
3. Tiefe Erdwärmesonden: das Wärmeträgermedium zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb einer Bohrung in einem U-Rohr oder einer Koaxialsonde

Oberflächennahe Geothermie
Die Temperaturen der Luft schwanken mit der Jahreszeit sehr stark.
In 5 bis 10 m Tiefe entspricht die im Boden gemessene Temperatur praktisch der Jahresmitteltemperatur des Standortes (ca. 8 bis 10 °C)
Mittels Erdwärmesonden oder über erdgebundenen Beton-Bauteilen wird die Wärme an die Oberfläche gefördert.
Im Sommer kann die Erdwärme zur Kühlung gebraucht werden.
Verstärkt wird diese Funktion, wenn Geothermie mit anderen Anlagen, wie z. B. Solarthermie, kombiniert wird.
Solarthermie stellt vorwiegend Wärme im Sommer zur Verfügung, wobei sie weniger gebraucht wird. Durch Kombination mit Geothermie lässt sich diese Energie im Sommer in den unterirdischen Wärmespeicher einspeisen und im Winter wieder abrufen.

Die geothermische Stromerzeugung
Das Potenzial zur geothermischen Stromerzeugung ist in der Schweiz sehr gross. Allerdings bestehen noch grosse Unsicherheiten in Bezug auf die Kosten und die Machbarkeit der Stromerzeugung. Dennoch besteht Aussicht auf einen häufigeren Einsatz dieser unerschöpflichen, sauberen und kontinuierlichen Energiequelle. Sie ist CO2-frei, liefert Bandenergie und braucht wenig Platz.
Experten rechnen bis 2030 mit rund einem Dutzend Anlagen, welche insgesamt 800 GWh Strom produzieren werden.
Langfristig ist es denkbar, dass ein bedeutender Anteil des schweizerischen Stromkonsums durch geothermische Kraftwerke gedeckt werden kann.
Ein Beispiel ist das Projekt - Deep Heat Mining Basel. Es handelt sich um die Errichtung einer Anlage mit 3 MW elektrischer und 20 MW thermischer Leistung, welche dereinst rund 10'000 Haushalte mit Strom und 2'700 Haushalte mit Wärme versorgen soll.

Nutzung von Erdwärme
Geothermische Energie wird seit über 10.000 Jahren genutzt. Unsere Vorfahren haben vermutlich geothermisch erwärmtes Wasser zum Kochen, Baden und Heizen verwendet. Die Geothermie ist eine langfristig nutzbare Energiequelle.
Mit den Vorräten, die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeichert sind, könnte rechnerisch und theoretisch der derzeitige weltweite Energiebedarf für über 100.000 Jahre gedeckt werden.

Geothermie weltweit
Weltweit steigt die Erdwärmenutzung bei der Wärmeerzeugung und der Stromproduktion kontinuierlich an.
Dabei ist die Art der Produktion von der geologischen Situation abhängig.Total sind in 24 Ländern 9'000 MWe elektrische Leistung für die Stromproduktion und in 71 Ländern 28'000 MWth thermische Leistung für Wärmeproduktion installiert.

Geothermie in der Schweiz
Die Schweiz ist Weltmeister in der Nutzung der Erdwärme mit Hilfe von Erdwärmesonden. Nirgendwo auf der Welt sind mehr Erdwärmesonden-Anlagen pro Landesfläche installiert.
Im Jahr 2004 wurden in der Schweiz rund 4.000 neue Anlagen mit Erdwärmenutzung installiert. Am häufigsten sind die Erdwärmesonden, also vertikal verlegte Wärmetauscher, eingesetzt worden, um Wärmepumpen mit der nötigen Erdwärme zu versorgen. Für kombiniertes Heizen und Kühlen werden maximal 150 Meter tiefe Sonden verwendet, für ausschliesslich Heizzwecke bis zu 400 Meter.
Im Jahr 2005 wurden in der Schweiz über 1100 GWh geothermische Energie genutzt. Rund 60 % davon stammen aus der Erdwärmesonden-Anlagen.
Im Jahr 2006 kamen beispielsweise knapp 1'000'000 Laufmeter an Erdwärmesonden- Bohrungen hinzu.

Die Tendenz der Nutzung der geothermischen Energie ist steigend.

Ökologische Aspekte
Die Geothermie erfüllt die Kriterien der Nachhaltigkeit. Sie gehört somit zu den regenerativen Energiequellen, da ihr Potenzial sehr gross und nach menschlichem Ermessen unerschöpflich ist. Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien steht die Erdwärme unabhängig von Tages- und Jahreszeit, Klimabedingungen zur Verfügung und ist immer an jedem Ort erreichbar. Sie erzeugt weder Luftschadstoffe noch CO2.
Nach den Vorstellungen der Branche spart die Geothermie bis zum Jahr 2020 mehr als 20 Millionen Tonnen Kohlendioxid ein.
Sie ist ein idealer Ersatz für fossile Energieträger.

Die Förderung der Geothermie kann aber auch mit gewissen standortbedingten Risiken verbunden sein.
Bei der verschiedenen Projekten der Tiefen Geothermie im Erdbebengebiet, können die vorhandene Spannungen im Untergrund stärkere Erdstösse auslösen.
Dies war zum Beispiel beim Geothermieprojekt Deep Heat Mining Basel in Kleinhüningen im Grossraum Basel/Schweiz der Fall.
Seit dem 8. Dezember 2006 hat es im Zeitraum von einigen Wochen bis zu fünf leichte Erschütterungen von der Stärke 2.9 bis 3.4 auf der Richterskala gegeben.
Die Erde beruhigt sich in solchen Fällen meist nur langsam und es kommt vielfach zu einer ganzen Serie kleinerer Erdstösse.

Forschung und Entwicklung
Das Forschungsprogramm Geothermie des BFE setzt zwei Schwerpunkte:
· Erstens die kombinierte Strom- und Wärmeproduktion mit dem so genannten "Enhanced Geothermal Systems"
· zweitens das Heizen und Kühlen von Grossanlagen mit geothermischer Energie

Das BFE unterstützt die Entwicklung von Werkzeugen für den Einbau dieser komplexen Anlagen und deren Erfolgskontrolle und Optimierung.

Geothermie als Faktor der Raumentwicklung
Die Zusammenhänge von Raumentwicklung und Geothermie-Forschung spielen zunehmend im Bereich der Stadtentwicklung eine Rolle. Das urbane Wachstum stösst weltweit an Grenzen, die negativen Folgen durch Umweltverschmutzungen, Mobilitätsbelastungen usw. sind offensichtlich. Eine nachhaltige Stadtentwicklung muss die Potenziale des Untergrunds berücksichtigen und gezielt nutzen, so wie die am Ort zur Verfügung stehende alternative Energie. Interdisziplinäre Forschungsarbeiten, die sowohl natur- als auch sozialwissenschaftliche Ansätze berücksichtigen, sind im Gange und setzen die Faktoren Raum, Wasser, Energie und Geomaterial bei der Stadtentwicklung sinnvoll ein.

Ein kombiniertes System zum Heizen und Kühlen mit Erdwärme
Die Technologien zur Nutzung der Erdwärme wurden bisher vorwiegend zur Entwicklung und Einsatz der Heizenergie generiert: Wärme für Wohn- und Bürogebäude, Treibhäuser, Fahrbahntemperierung und für diverse Produktions-prozesse.
Inzwischen hat man jedoch erkannt, dass der Untergrund auch als sommerlicher Kältespeicher dienen kann und somit für die optimale Raumkühlung ideal genutzt werden kann. Mit Erdwärmesonden, Geostrukturen sowie mit Luft-Erdregistern können Gebäude gekühlt werden, ohne energieintensive Kältemaschinen einsetzen zu müssen.

Erdwärmesonden-Anlagen (EWS)
Die in der Schweiz sehr zahlreich installierten Erdwärmesonden (EWS)-Anlagen basieren mehrheitlich auf folgendem Typ: eine 150 m tiefe Bohrung mit einer Wärmepumpe versorgt ein Einfamilienhaus mit der benötigten Wärmeenergie.
Wird nun eine Serie von Erdwärmesonden zusammengeschlossen oder tiefer gebohrt, so kann der Wärmetauscher auf ein wesentlich grösseres Potenzial zugreifen, was die Wärmeversorgung von ganzen Häusergruppen oder von grossen Gebäuden wie z.B. Mehrfamilienhäuser, Industrie- und Verwaltungsgebäude, Hotels, Mehrzweckgebäude, usw. ermöglicht.
Seit einigen Jahren werden Erdwärmesondenfelder bei Heiz- oder Kühlsystemen in Industrie- und Verwaltungsgebäuden eingesetzt.Eine Serie von 4 bis 80 Erdwärmesonden unterschiedlicher Tiefe (30 bis 350 m) werden unter dem zu versorgenden Gebäude oder unmittelbar daneben eingebaut. Dabei werden die Leitungen der einzelnen Sonden mit einer oder mehreren Wärmepumpen zusammengeführt.
Wird die Anlage im Sommer zur Kühlung verwendet, so dürfen die Bohrungen höchstens 250 m tief sein, um eine zu hohe Untergrundtemperatur zu vermeiden.
Die Wirkungsweise der Anlage basiert auf einem Jahreszyklus, bei dem während der Heizperiode dem Untergrund Wärme (Kälteeintrag in den Untergrund) und während der Kühlperiode Kälte (Wärmeeintrag) entzogen wird.
Ein zusätzlich installierter Heizkessel wird dabei nur während der Zwischenperioden und bei Reparaturarbeiten gebraucht.
Grosse Gewerbe- und Dienstleistungsbauten benötigen oft ebenso viel Energie zum Kühlen wie zum Heizen. Die Geothermie kann beides liefern: Über Erdwärmesonden oder Geostrukturen wird im Winter Erdwärme mittels Wärmepumpen in das Gebäude gebracht. Im Sommer wird im "free cooling" Betrieb die überschüssige Wärme aus dem Gebäude in den Untergrund geleitet, wo sie für den Heizbetrieb gespeichert bleibt.

Bei einigen Anlagen wurden zusätzliche Sonnenkollektoren installiert, mit denen während des Sommers Warmwasser produziert und sich der Erdspeicher durch die Sonnenenergie wieder aufladen kann.

Erdwärmesondenfelder
Seit etwa einem Jahrzehnt werden Erdwärmesondenfelder für die Wärmeversorgung eingesetzt, die teilweise für die Kühlung während des Sommers genutzt werden. Diese Erdwärmesondenfelder bestehen aus einer Serie von Bohrungen, die im Allgemeinen mit zwei U-Rohren aus Polyethylen für den Wärmeaustausch mit dem Boden ausgerüstet sind. Die Bohrungen sind mit einem Gemisch aus Zement und Bentonit gefüllt, um einen guten thermischen Kontakt zwischen den U-Rohren und der Bohrlochwand aufzubauen. Die benötigte Anzahl an Bohrungen (4 bis 80) sowie deren Tiefe (60 bis 300 m) hängt vom Wärmebedarf und den lokalen geologischen Verhältnissen ab.
Die EWS werden in der Nähe der beheizenden Gebäude installiert. Die Leitungen der einzelnen EWS werden zusammengeschlossen und versorgen so eine oder mehrere Wärmepumpen. Beim Heizen mit niedriger Temperatur sowie beim Kühlen zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit in den Böden oder Decken eines Gebäudes.
Die Arbeitsweise beruht auf einem Jahrezyklus: während des Winters wird dem Boden die Wärme entzogen (Abkühlung des Bodens). Im Sommer, falls gekühlt wird, wird dem Boden die gespeicherte Kälte wieder entzogen (Erwärmung des Bodens). Die Gebäudekühlung mit "free-cooling" ist energetisch gesehen besonders vorteilhaft, da diese ausschliesslich über die EWS und ohne Kältemaschine läuft.

Ein Pilotprojekt: Erdwärmesondenfeld beim Hotel The Dolder Grand in Zürich

Das Grand Hotel Dolder setzt bezüglich Umweltverträglichkeit Zeichen.
Mit der extrem gut isolierten Gebäudehülle und der innovativen Energieerzeugung ist ihm ein Spitzenplatz in der effizienten Energienutzung im Hotelbereich sicher.
Das Hotel bietet seinen Gästen bezüglich technischer Ausrüstung und Raumklima den höchstmöglichen Komfort. Das Hotel setzt ein innovatives Energiekonzept um, in dessen Mittelpunkt 70 Erdwärmesonden von je über 150 m Länge stehen, mit denen Wärme und Kälte aus dem Untergrund gewonnen wird.
Damit werden trotz der intensiven Nutzung dieses Hotels spezifische Energiebedarfswerte möglich, welche mit klassischen Energiekonzepten nie erreicht werden könnten.

Schon bei der Planung war das Energieziel klar: halber Verbrauch bei doppelter Grösse des Hotels.
Tatsächlich wird mit dem Neubau die Energiebezugsfläche von rund 20 000 m2 auf 47 000 m2 erweitert.
Gegenüber dem bisherigen Energieverbrauch will man den Heizbedarf um 75 % und den Stromverbrauch um 25 % verringern.
Dies entspricht Einsparungen von rund 100‘000 Litern Heizöl und 250‘000 Kilowattstunden Strom jährlich.
Mit dem Realisieren dieses Konzeptes leistet die Hotel Dolder AG einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der im Kanton Zürich vereinbarten Zielsetzung im Energieverbrauch.
Spätestens in zehn Jahren wird die Anlage voraussichtlich amortisiert.

Mit einem Erdwärmesonden-Feld mit insgesamt ca. 10,6 km Sondenlänge wird im Winter Wärme entnommen, die man mittels Wärmepumpen zur Gebäudebeheizung nutzt. Zusätzlich unterstützt man mit den Wärmepumpen die Warmwasserbereitung.
Im Sommer dient das Sondenfeld als Kältespeicher für die Kühlung der 178 Zimmer.
Bereits 2003 wurde eine Versuchsbohrung durchgeführt, damit die Eignung des Untergrunds, der vorwiegend aus typischen Molassemergeln besteht, geprüft wird.
Im März 2005 musste der Verteiler mit den Anschlüssen für die 70 Sonden positioniert und angeschlossen werden, da anschliessend darüber eine 70 cm dicke Bodenplatte des Neubaus vergossen wurde.

Nach dem Bauabschluss im 2007 wurde der Heiz- bzw. Kühlbetrieb mit geothermischer Energie aufgenommen. Entlang einer Reihe von 3 Erdwärmesonden, d.h. am Rand des EWS-Feldes und den dazugehörigen Anschluss-leitungen, wurde ein Glasfaserkabel installiert, welches den zukünftigen Messungen der Betriebssoletemperatur dienen wird. Zusätzlich wurden 2 EWS in der Mitte des EWS-Feldes mit Temperaturfühler ausgerüstet.

In der Sommerperiode wird zusätzlich auch die Sonnenenergie effizient eingesetzt. Die Wärme, die in der doppelten Glassfassade entsteht, wird für Warmwasseraufbereitung und für das Aufladen der Erdspeicher genutzt.

Umbau des Grand Hotels Dolder (ZH): Vor-und Rücklauf des Erdwärmesondenfeldes

Quellen:

http://www.energie-schweiz.ch
http://www.energieforschung.ch
http://www.geothermie.ch
http://www.geothermal.ch
http://www.bfe.admin.ch
http://www.empa.ch
http//www.wikipedia.ch

Eva Fuchs

Saunatechnik

2008-05-19T06:53:00.000-07:00

Wenn immer es mir möglich ist, gehe ich in die Sauna, geniesse und entspanne, gewinne Abstand zu meinem Alltag. Diese Leidenschaft teile ich mit vielen Menschen aus den verschiedensten Kulturen. In Russland geht man in die Banja, im arabischen Raum sind Ham(m)ams verbreitet. Es gibt trendige wie auch traditionelle Formen des Schwitzens und Badens. Was aber ermöglicht dieses Entspannen, was braucht es, um eine moderne Sauna zu betreiben? Dieser Frage will ich nachgehen.

Grundlagen

Öffentliche Saunen werden auf Grund ihrer Grösse, aber auch zur Attraktion, oft eigens entworfen und gebaut. Für den privaten Gebrauch gibt es viele Produkte, die komplett geliefert und bei Bedarf auch aufgebaut werden. Handwerklich begabte Saunaliebhaber können sich eine Sauna auch selber bauen. Eine Sauna besteht zumindest aus einem möglichst dichten, für eine gute Effizienz bei frei stehenden Saunen im Aussenbereich auch wärmegedämmten, Raum, einem Saunaofen (für Aufguss mit Saunasteinen) und einem Steuergerät. Pro Person sollte mit 1 - 1,5qm gerechnet werden, jedoch sind Saunen unter 4qm wenig sinnvoll. Die optimale Deckenhöhe liegt bei etwa 2m. Die erhitzte Luft schichtet sich im Raum, so dass mit der Höhe der Liegebank die gewünschte Intensität gewählt werden kann; je höher der Saunaraum gebaut wird, desto feiner kann die Schwitztemperatur gewählt werden. Dies spielt vor allem dann eine Rolle, wenn es sich um eine Familiensauna (Kinder) handelt. Eine Sauna kann im Keller, auf dem Dachboden, in grossen Badezimmern oder auch im Garten Platz finden. Von Vorteil ist, wenn ein (Kalt-)Wasseranschluss in der Nähe ist. Für grössere Saunen (ca. 5m x 5m) im Aussenbereich insbesondere mit Fundamenten sollte vorgängig das ortliche Bauamt zur Klärung der Genehmigungspflicht angefragt werden.

Bauweisen

Es gilt zwischen zwei Bauweisen zu wählen: Element- oder Massivholz-Bauweise/Blockbohlensauna.
Die Vorteile bei der Elementbauweise liegen in den Möglichkeiten der Wärmedämmung. Diese muss je nach Material vor Durchfeuchtung geschützt werden. Dies erreicht man über eine innenliegende Diffusionssperre. Der Wandaufbau einer Elementsaunakabine besteht somit aus (von Innen nach Außen): Fichten-Profilholz (16 mm), Wasserdampfsperre (Alufolie), Wärmedämmung (50 bis 60 mm) und Außenprofilholz. Für die Wärmedämmung kann Mineralwolle, Steinwolle oder Korkplatten verwendet werden.
Die Vorteile der Massivholzbauweise liegen beim angenehmen Saunaklima, welches durch die gleichmässige Wärmeaufnahme und –abgabe des Holzes nach innen sowie aussen entsteht. Diese Bauweise wird grösstenteils bei Saunen im Aussenbereich eingesetzt. Dies führt jedoch zu schlechter Energieeffizienz. Ein Schleusenvorraum, der gleichzeitig dem Entkleiden dienen kann, verhindert allzu grosse Hitzeverluste beim Betreten und Verlassen der Sauna. Die Blockbohlen haben im Innenbereich eine Wandstärke/Dicke von max. 5 cm und bestehen aus nordischer Fichte. Sie sind ineinander verkämmt und bieten über die doppelte Nut- und Feder-Verbindung eine abgedichtete und stabile Konstruktion. Um die Stabilität über Jahre sicherzustellen, werden die Blockbohlen mit verzinkten Gewindestangen zusammengehalten. Natürlich ist hierbei wichtig, daß die Sauna allseitig mit Luft umgeben ist, die Blockbohle nicht direkt an einer Hauswand angebracht wird und auch sonst alle Regeln des witterungsbedingten Holzschutzes beachtet werden. So kann auf dem Dach als Feuchteschutz zum Beispiel Teerpappe aufgebracht werden. Verschönern läßt sich das Dach dann noch mit Schindeln, Dachpfannen oder Schieferplatten.

Materialien

Die Oberflächen von Decke, Wänden und Boden sind meist aus Holz (nordische Fichte oder kanadische Hemlocktanne), es können jedoch auch Kunststoffe oder Kacheln eingesetzt werden. Diesbezüglich ist besonders zu beachten, dass die hohe Wärmeleitfähigkeit von Klinker, Keramik und dergleichen dazu führen kann, dass die Oberfläche unangenehm heiss wird. Für Sitz- und Liegebänke kann afrikanisches Abachi-Holz verwendet werden. Dieses ist eine helle und weiche Holzart, ist ast-, harz- und splitterfrei, und gewährleistet eine angenehme Oberflächentemperatur.

Standardgrundrisse

Minimal: 150cm x 200cm (3.0m2) Standard: 240cm x 200cm (4.8m2)
Liegen 50cm Liegen 60cm, seitlich 55cm, Fussbank 30cm

Elektrosaunaofen

In der Regel sind Saunaöfen elektrisch betrieben, was auch einen Stromanschluss erforderlich macht. Bei der herkömmlichen Spannung (230V) lassen sich in der Regel nur Öfen bis 5kW angeschlossen werden. Eine höhere Leistung bedingt ein Drehstromanschluss mit 380V, was Neubauten heute auch bereitstellen. Der Stromleitungsquerschnitt sollte ebenfalls genügend gross gewählt werden, damit sich nur die Sauna und nicht das Kabel erhitzt. Dieser hängt im Wesentlichen von der Leistung des angeschlossenen Ofens ab. Im Saunainnenbereich sollten hitzebeständige Silikonkabel verwendet werden. Für die gesamte elektrischen Installationen empfiehlt es sich, einen Fachmann zur Wahrung gesetzlicher Anforderungen hinzuzuziehen. Saunaöfen können offen im Raum installiert sein (mit Saunasteinen für Aufguss) oder auch unsichtbar in der Konstruktion integriert werden.

Kennwerte für die Dimensionierung eines elektrischen Saunaofens:

Raum qm.......Leistung kW.......Anschlusstyp V.......Leitung qmm.......Personen

.......2 – 3..................5...................240....................3 x 2,5..............2 – 3
.......2 – 4................. 6...................380....................5 x 1,5..............2 – 3
.......3 – 4................. 7...................380....................5 x 2,5..............3 – 4
.......4 – 5................. 8...................380....................5 x 2,5..............4 – 5
.......5 – 6................. 9...................380....................5 x 2,5..............4 – 6
.......5 – 9................ 10..................380....................5 x 2,5..............5 – 7
.......7 – 11...............12..................380....................5 x 4,0..............6 – 10
.......8 – 15 ..............15..................380....................5 x 4,0..............9 – 14
......12 – 20...............20.................380....................5 x 4,0.............12 – 18

Die Leistung sollte in jedem Fall ausreichen, die Sauna in etwa 30min aufzuwärmen.

Holzbefeuerter Saunaofen

Holzbefeuerte Saunaöfen sind was ganz besonderes, da das Feuer hinter Glas sichtbar bleibt. Sie werden im Regelfall im Aussenbereich verwendet, wo kein Stromanschluss vorhanden ist. Das Problem der Abluft ist so auch leicht zu lösen. Der Wärmebedarf wird manuell durch Nachlegen von Holz gesteuert. Es gibt sie in verschiedenen Grössen und Leistungsklassen.
Holzfeuerungsanlagen erzeugen bekanntermassen Feinstaub. Im Internet konnte ich keine Informationen von den Herstellern für Saunaöfen dazu finden. Somit muss man sich an den Entwickungen der Heizbranche orientieren. Technisch sollten emissionsarme Anlagen für den Saunaeinsatz realisierbar sein.

Gas-, Öl- Saunaöfen

Ein Gasofen zeichnet sich durch seinen hohen Wirkungsgrad von ca.90% aus. Die Temperatur ist kurzzeitig anpassbar, wenn keine Saunasteine verwendet werden. Ölsaunaöfen sind eher selten. Grundsätzlich sollten die Hinweise der Hersteller beachtet werden. Das Produkt sollte zudem geprüft sein.

Saunasteine

Die hohe Wärmespeicherfähigkeit (c = ca. 850 J/kg*°K) von Steinen ermöglicht das „Einlagern“ und die gleichmässige Abgabe der erzeugten Wärme über einen längeren Zeitraum. Jedoch eignen sich nicht alle Gesteinsarten gleich gut für den Saunabetrieb. Man verwendet oft Eisen-, Magnesium- oder Calciumsilikate wie die Mineralgesteine Olivin und Pyroxin, die in der Erdkruste in einer Tiefe zwischen 10km und 400km vorkommen. Sie besitzen eine hohe Temperaturbeständigkeit und die Wärmeausdehnung ist gering und gleichmäßig. Zudem sind diese Steine chemisch sehr beständig, sie reagieren nicht mit Wasser oder Aufgussmittel, sie sind nicht verunreinigt und geben somit keine gefährdenden Gase oder Dämpfe ab. Trotzdem wird jeder Lieferant empfehlen, Saunasteine nach gewisser Zeit zu ersetzen. Je nach Ofengrösse werden 10 – 20kg aufgelegt, bei Holzfeuerung können es bis zu 50kg werden. Saunasteine verlängern die Aufwärmzeit der Sauna, ermöglichen aber den Aufguss von Wasser.

Steuergerät

Bei manueller Steuerung reichen Sauna-Bimetallthermometer und Hygrometer (Feuchtigkeit) aus. Diese solllten auf der Höhe der obersten Liege (ca.180cm) angebracht und vor Hitzestrahlung geschützt sein. Es gibt aber auch automatische Steuergeräte. Der Regelbereich sollte mindestens 70°C - 120°C umfassen und einen Sicherheitstemperaturbegrenzer enthalten. Oft ermöglichen diese Geräte auch das Einschalten der Saunabeleuchtung. Das Steuergerät sollte für die entsprechende Leistung und Ofentyp ausgelegt und geprüft sein.

Luftzufuhr

Besonderes Augenmerk verdient die Belüftung, da bei hohen Temperaturen der Sauerstoffgehalt sinkt. Um unnötigen Kreislaufschwächen vorzubeugen wird deshalb frische Luft über Luftschlitze direkt unter dem Saunaofen angesaugt, erhitzt und in die Sauna geleitet. Die verbrauchte Luft wird über eine Abluftöffnung, welche geschickterweise in der gegenüberliegenden Ecke auf einer Höhe von etwa 60cm liegt, abgeleitet. Dieser kann bei Bedarf mit einem Lüftungsschieber teilweise geschlossen werden, um nicht zu viel Wärme zu verlieren. Ein Ventilator ist nicht nötig, da abgekühlte Luft zu Boden sinkt und die zuströmende Luft zusätzlichen Verdrängungsdruck entwickelt. Das höhere Gewicht von CO2 sorgt weiter dafür, dass in den oberen Luftschichten stets genügend Sauerstoff verbleibt. Mit ca.50qcm (5cm x 10cm oder Rohrdurchmesser 7cm) ist der Abluftkanal ausreichend dimensioniert.

Beleuchtung

Die Beleuchtung hängt von der Grösse der Sauna ab. Es werden Leuchtmittel eingesetzt mit Keramikfassung, hitzebeständig bis ca. 120°C und spritzwassergeschützt. Glastüren oder Fenster / Glasflächen können auch genügend Licht ins Saunainnere bringen. Im Trend liegen heute Lichtinstallationen, die über Farbwechsel zusätzliche psychische Entspannung versprechen.

Gütesiegel

Saunaöfen sollten auf ihre Sicherheit geprüft sein. International und bedeutend ist zum Beispiel das VDE-Zertifikat. Das RAL-Gütesiegel garantiert bei „Komplettsaunen“ zusätzlich die Qualität der Steuerung, des Aufbaus, der Lüftung etc.

Energiespartipps

Die Sauna kann normalerweise bereits vor dem letzten Saunagang ausgeschaltet werden. Zudem genügt es, die Sauna nur soweit zu erhitzen, dass man es auf der obersten Liegebank gerade noch aushält.

Energierückgewinnung / Energieeffizienz

Dazu habe ich bei all meinen Recherchen herzlich wenig gefunden. Zu diesem Thema findet man nur Angaben zu Dämmungen von Saunen und die Hinweise auf Gasöfen mit guten 90% Wirkungsgrad. Nur im Zusammenhang von grossen öffentlichen Anlagen findet man Berichte zu Gesamtlösungen mit integrierter Wärmerückgewinnung. Als private Person muss man wohl eine entsprechende Lösung mit einem Fachmann erarbeiten.

Kostenabschätzung

Der Preis einer „Komplettsauna“ kann variieren, je nach Grösse, Qualität und Hersteller. Viele Hersteller geben keine Preise im Internet an. Bei einer 2m x 2m Sauna sollte man jedoch sicher mit Kosten um 2000CHF rechnen.
Je nach Energieträger und Benutzungshäufigkeit fallen Betriebskosten an, welche jedoch eher gering sind. Je nach Angebot an dem entsprechenden Ort kann der Preis zusätzlich schwanken. Für meine Gemeinde (Winterthur CH - Stadtwerke – Mai 2008) ist der Preis für Kernstrom <30>et demnach etwa 2.8CHF. Mit Gas als Energieträger braucht man für diesen Saunagang 3Kubikmeter. In meiner Gemeinde kostet Gas für Heizzwecke <100>

Fazit/Lernprozess

Der Teufel steckt im Detail! Einiges an Wissen konnte ich zusammentragen, vieles war für mich neu, anderes wurde ergänzt. Trotzdem würde ich mich noch nicht an den Bau einer selbstentworfenen Sauna wagen. Dazu wäre ein tiefergehendes Studium der entsprechenden Produkte notwendig, wahrscheinlich würden auch Untersuchungen direkt an einer „Komplettsauna“ Verarbeitungsfehler verhindern. Ich habe versucht, das Thema aus dem technischen Blickwinkel zu betrachten, dabei gäbe es noch allerlei Accessoires und Sonderausstattungen für spezielle Saunagänge etc. etc. Pimp up your Sauna? Lehrreich war es allemal.
Bemerkenswert finde ich vor allem, dass die Suche nach optimaler Energieeffizienz bei einer nachträglich erworbenen Sauna sowie nach „zukunftsweisenden“ Haustechnikkonzepten im Wohnbau mit integrierter Sauna nicht ganz einfach ist. Standardlösungen scheint es kaum zu geben. Der Einsatz von Gassaunaöfen und die Rückgewinnung der Wärme aus der Abluft sind zwar Schritte in diese Richtung, jedoch würde ein wahrer Finne bei diesen Themen die Nase rümpfen. Sauna steht für Entspannung und scheinbar ist nichts so gut wie holzbefeuerte Saunen nach traditioneller Bauart. Wie man dabei mit dem Feinstaubproblem umgeht, ist auf den Seiten der Hersteller nicht entnehmbar. Ist Komfort und Qualität tatsächlich mit Effizienz oder den Anforderungen der heutigen Zeit unvereinbar? Der nächste Schritt wäre somit das direkte Gespräch mit einem Hersteller oder Haustechnikfachmann.

Quellen & Links

http://de.wikipedia.org/wiki/Badekultur http://de.wikipedia.org/wiki/Sauna http://www.saunaberatung.de/index.html http://de.wikipedia.org/wiki/Verband_der_Elektrotechnik%2C_Elektronik_und_Informationstechnik http://www.vde.com/DE/INSTITUT/LEISTUNGEN/ZERTIFIZIERUNG/Seiten/VDE-Pruefzeichen.aspx http://de.wikipedia.org/wiki/RAL_Deutsches_Institut_f%C3%BCr_G%C3%BCtesicherung_und_Kennzeichnung http://www.stadtwerk.winterthur.ch/default.asp? http://www.klafs.ch/privat-sauna/sauna/QualitaetundTechnik/RAL.html

Autor: Raúl Imhof

Heizen, Kühlen, Klimatisieren mit Gaswärmepumpen

2008-05-19T03:22:00.000-07:00

Der Anstieg des Klimatisierungs- und Kältebedarfs bei gleichzeitigem Rückgang des Wärmebedarfs im industriellen als auch im gewerblichen Bereich erfordert die Anwendung von umweltverträglichen Wärme- und Kälteerzeugungsverfahren. Erdgasbetriebene Kälte- und Wärmepumpenanlagen, die nach dem Kaltdampf- und Absorptionsprozess arbeiten, sind eine umweltverträgliche Alternative und bieten ökologische und ökonomische Vorteile. Hier werden die thermodynamischen Prozesse die grundlegenden Funktionsweisen zur Beheizung und Kühlung vorgestellt. Die Vorteile der Wärme- und Kälteerzeugung mit einer Anlage und der Verwendung von Erdgas werden anhand der Anlageneffektivität, der Umweltbilanz und von Wirtschaftlichkeitsberechnungen aufgezeigt.

Der Bedarf zur Kühlung und Klimatisierung in Gebäuden wird immer größer. Großer Bedarf ist insbesondere im Bereich bis zu einer Kühlleistung von 100 KW gegeben. Bisher werden hierfür überwiegend elektrisch angetriebene Geräte eingesetzt. Eine kostensparende und primärenergetisch vorteilhafte Alternative sind durch "„Gas Heat Pumps“, kurz GHP, gegeben. Diese neue Generation gasmotorisch angetriebener Klimageräte wurde in Japan entwickelt. Die GHP kann zum Heizen und Kühlen eingesetzt werden. Die Kombination von Heizen und Kühlen mit einem System macht die GHP deutlich wirtschaftlicher als getrennte Anlagen für Kühlung und Wärmeversorgung. Das Heizen, Kühlen und Klimatisieren mit den verfügbaren gasmotorischen Anlagen und Absorbern sowie dem Energieträger Erdgas ist realisierbar. Die Techniken sind erprobt und ausgereift. Sie haben über viele Jahre die Praxistauglichkeit bewiesen. Das Angebot an verfügbaren Geräten ist schon heute beachtlich und wird ständig größer. Der gasmotorische Kaltdampfprozess sowie der Absorptionsprozess haben gegenüber den konventionellen Systemen (strombetriebener Kaltdampfprozess) den Vorteil der Einsparung an Energie. In Verbindung mit Erdgas können die Emissionen an Klimagasen und Luftschadstoffen deutlich reduziert werden. Ökonomisch sind in vielen Fällen die gasmotorischen Anlagen und Absorber eine interessante Alternative gegenüber der herkömmlichen Technik. Der Grund für eine bisher etwas zögerliche Verbreitung ist sicherlich in der mangelnden Kenntnis und in Informationsdefiziten zu suchen. Zur Realisierung ist entsprechend fundiertes Wissen über den Aufbau und die Auslegung erforderlich, so dass der spätere Betreiber vor Problemen bewahrt wird. Heizen und Kühlen mit einem Gerät generiert Vorteile. Die finanziellen Aufwendungen für die Beheizung und die Kühlung der Gebäude können hiermit reduziert werden und liefern einen Beitrag zur Steigerung der Wettbewerbsfähigkeit. Darüber hinaus wird die Umwelt nachhaltig und dauerhaft entlastet.

Kompressionswärmepumpe
Die meisten installierten Wärmepumpen arbeiten nach dem Kaltdampfprozess mit einem Elektromotor oder einem Gasmotor als Antrieb für den Kältemittel-Verdichter (Kompression). Das Grundprinzip ähnelt dem eines Kühlschrankes: Dem Kühlgut wird mit Hilfe eines Kreisprozesses Wärme entzogen, die zusammen mit der Antriebsenergie für den Kältemittel-Verdichter an der Rückseite des Kühlschrankes an den Raum abgegeben wird. Bei Wärmepumpen läuft der gleiche Prozess ab: Hier wird nur nicht dem Kühlgut, sondern der Umwelt Wärme entzogen. Die dafür notwendige Antriebsenergie für den Kältemittel-Verdichter wird – zusammen mit der aus der Umwelt aufgenommenen Wärme – über einen Wärmeübertrager an ein Heizsystem abgegeben. Wird der Verdichter der Wärmepumpe von einem Gasmotor (anstatt Elektromotor) angetrieben, kann zusätzlich die Wärme aus dem Kühlwasser sowie aus dem Abgas des Gasmotors in das Heizsystem eingekoppelt werden. Die Nutzung dieser „Motor-Abwärme“ trägt wesentlich zur hohen Primärenergieausnutzung und damit zum geringen CO2-Ausstoß bei.

Absorptionswärmepumpe
Die Absorptionswärmepumpe arbeitet nach ähnlichen Prinzipien wie eine
Kompressionswärmepumpe, also mit Verdampfer (zur Aufnahme von Umweltwärme) und einem Verflüssiger oder Kondensator (zur Wärmeabgabe an das Heizsystem). Statt das Kältemittel zu komprimieren, wird beim Absorptionsprozess ein gasförmiges Kältemittel (z.B. Ammoniak) von einem Lösungsmittel (z.B. Wasser) durch einen mit Erdgas oder einer anderen Wärmequelle beheizten „thermischen Verdichter“ in eine kältemittelreiche Lösung (NH3-Dampf) und eine kältemittelarme Lösung (Wasser) getrennt. Das gasför-mige, unter Druck stehende NH3-Kältemittel strömt dann in den Kondensator/
Verflüssiger, gibt hier die Kondensationswärme an das Heizsystem ab und wird dadurch flüssig. Danach durchströmt das flüssige, unter hohem Druck stehende Kältemittel ein Reduzierventil. Durch diese Druckentspannung expandiert das Gas, kühlt sich dabei ab und ist so in der Lage, im nachfolgenden Verdampfer Wärme aus der Umwelt aufzunehmen. Ein wesentlicher Vorteil von Gasabsorptionswärmepumpen ist der Einsatz von Kältemitteln, die weder die Ozonschicht zerstören noch einen direkten Treibhauseffekt bewirken. Allerdings liegt die energetische Effizienz von Gasabsorptionswärmepumpen unter der von Gasmotorwärmepumpen.

Malgorzata Praczyk