Der Boden wird zum Energiespeicher

Um den CO2-Ausstoss des Gebäudeparks zu senken, werden natürliche Energieressourcen vor Ort genutzt. Sonnenstrahlen liefern kostenlose und emissionsfreie Wärme; das Erdreich sorgt ausserdem für eine saisonale Speicherung der Überschüsse.

Die Wohnüberbauung «Suurstoffi» wird unter anderem dank dem unterirdischen Saisonspeicher CO2-frei.
Die Wohnüberbauung «Suurstoffi» wird unter anderem dank dem unterirdischen Saisonspeicher CO2-frei.

(knü) Sonne und Wärme hat es im Sommer genug; nur im Winter wird das Angebot jeweils knapp. Wurden oft grosse, unterirdische Wassertanks als saisonale Energiespeicher benutzt, kann das Erdreich ebenfalls als Zwischenlager für überschüssige Wärme dienen. Pilotprojekte sind bereits im Bau, um die Energie vor Ort im Untergrund einzulagern und ein oder mehrere Gebäude bedarfsgerecht mit Wärme und Kälte zu versorgen. Ein unterirdisches Speicherfeld ergänzt beispielsweise die Erweiterung des ETH-Hochschulcampus Hönggerberg. Auch in Zürcher Wohnquartieren kommt die Speicherkapazität des Erdreichs neuerdings ins Spiel, um Mehrfamilienhäuser ganzjährig mit lokal verfügbaren Energieressourcen zu versorgen. Und in der Agglomeration von Zug erfolgt das Beheizen der Wohnüberbauung «Suurstoffi» unter anderem dank «dem unterirdischen Saisonspeicher komplett CO2-frei», erklärt Roland Grab, Gebäudetechnikplaner der Hans Abicht AG. Zusätzlich zur Sonnenenergie, werden weitere, etwa interne Abwärmequellen für die Wärmeversorgung des gemischten Wohn- und Geschäftsareals genutzt. Unter anderem sollen die Büros, das Restaurant oder das Fitnesscenter nutzbare Abwärme liefern; demgegenüber bleiben die Dachflächen für Photovoltaikzellen frei, um Solarstrom für den unabhängigen Betrieb der Wärmepumpen bereit zu stellen.

Grundsätzlich ist ein Erdwärmespeicher nur als saisonale Ergänzung gedacht.
Grundsätzlich ist ein Erdwärmespeicher nur als saisonale Ergänzung gedacht.

Speicher ergänzt Wärmepumpe

Grundsätzlich ist ein Erdwärmespeicher nur als saisonale Ergänzung gedacht: Im Winter dient das durchschnittlich 12 ºC warme Erdreich in rund 150 Metern Tiefe als primäre Energiequelle, um das Gebäude mit einer Wärmepumpe zu beheizen. Im Sommer werden Bohrloch und Sonde dagegen für ein passives Kühlen der Wohn- oder Büroräume benutzt. Die Wärmezufuhr wirkt sich auch im Boden positiv auf die thermische Regeneration aus, da sich die Untergrundtemperaturen wahrnehmbar erhöhen. Kühlt sich das Erdreich bis im Frühling – jeweils am Ende einer Heizperiode – auf etwa 8 ºC ab, steigt «die Temperatur mit dem Wärmeeintrag im Sommer wieder bis 14 ºC an», erwartet Gebäudetechnikplaner Grab. Das Projekt in Zug erhofft sich dadurch einen Batterieeffekt: Die Abwärme fliesst in den Sommermonaten in den Boden; der Temperaturanstieg entspricht der eingelagerten Energiemenge, die als zusätzliches Netto im Winter wieder genutzt werden kann. Einziges Ausschlusskriterium für einen Erdwärmespeicher ist fliessendes Wasser im Untergrund: Die Wärme würde sonst abgeführt und nicht gespeichert.

Markant höherer Wirkungsgrad

Die Wärmespeicherung führt zu einem weiteren positiven Effekt: Das höhere Temperaturniveau in einem Erdspeicherfeld treibt den Wirkungsgrad der Wärmepumpen nach oben. Die durchschnittliche Jahresarbeitszahl (JAZ) liegt ungefähr bei 4, weshalb sie – angetrieben von einer Kilowattstunde Strom – vier Kilowattstunden Heizwärme erzeugen. «Die Jahresarbeitszahl steigt sogar auf über 5, wenn wärmeres Erdreich angezapft werden kann», sagt Grab, stellvertretender Geschäftsleiter der Hans Abicht AG. Insofern lassen sich die Wärmepumpen für die Wohnüberbauung Suurstoffi mit einem Drittel weniger Strom betreiben. Doch ganz umsonst sind Effizienzsteigerungen und Speicherfunktionen nicht zu haben: Soll das Erdreich nicht nur Heizen und Kühlen sondern auch die Energie speichern, braucht es dazu eine Vielzahl von Sonden. Bei grossen Überbauungen stellt dies nur einen geringen Zusatzaufwand dar. Um auch Einfamilienhäuser derart klimafreundlich und unabhängig zu versorgen, wäre aber ein Verbundnetz für ein ganzes Quartier in Betracht zu ziehen. Mögliche Projekte werden geprüft.  

Langfristig wirksame Investition

Roland Grab hofft, dass Saisonspeicher bis in wenigen Jahren Standard sind. Technisch braucht es nichts weiter als Wärmepumpen und gut gedämmte Häuser. Auch wirtschaftlich liegt bereits einiges drin: Gemäss Gebäudetechnikplaner Grab kostet die selbst gespeicherte Wärme – berechnet auf eine Amortisationszeit von 30 Jahren – drei Viertel weniger als bei einer Heizvariante mit fossilen Energieträgern. «In der Suurstoffi wird das Speicherfeld realisiert, weil der Bauherr eine lange, nachhaltige Investorensicht vertritt.»

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