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An der Professur für Gebäudetechnik der ETH wurde der Begriff des energetischen Kontextes eingeführt. In Analogie zum architektonischen Kontext wird darunter die individuelle Situation eines Gebäudes formuliert. Die Besonnung bzw. Verschattung, die lokalen Opportunitäten für saisonale Wärmespeicherung, die ästhetischen Kriterien, die Nutzungsdauer von Systemen etc. sind Elemente des energetischen Kontextes. Die Analyse des Gebäudeparks Schweiz zeigt, dass mehr als 80 % aller Gebäude in der Schweiz einen solaren Überschussfaktor von mehr als 3-4 aufweisen: Die Dachfläche und die Fenster erhalten im Laufe des Jahres mind. 3-4-mal mehr Solarstrahlung, als das Gebäude im Winter als Wärmebedarf benötigt. Diese Erkenntnis führte zur Idee der saisonalen Speicherung des Sommer-Überschusses im tiefen Erdreich.
Da die Temperatur des kostengünstigen Erdspeichers tiefer ist als die Raumtemperatur müssten/könnten neue Anforderungen an die Wärmepumpe, an die Warmwasserproduktion, die Systeme für das Abernten der Solarenergie und für die Systeme zur Wärmeabgabe abgeleitet werden unter der Forderung, dass alle neuen Komponenten so wenig kosten sollen, dass der resultierende Strombedarf mit relativ teurem Solarstrom wirtschaftlich gedeckt werden kann. «ZeroEmission at Low cost.» Das Mittel zur Erreichung des Ziels ist die Exergieanalyse des Gesamtsystems. Sie ist eine Erweiterung der Energieanalyse. Nicht nur die Energieströme an sich, sondern auch die Qualitäten der Energie werden berücksichtigt.
Es ist für jedermann einleuchtend und nachvollziehbar, dass ein Tiefkühlschrank (-18°C) pro 100 l Inhalt mehr Strom verbraucht als ein Kühlschrank bei 5 °C. Die Kältemaschine muss Wärme mit einer grösseren Temperaturdifferenz aus dem Innern des Schranks nach aussen pumpen. Die exergetische Betrachtung eines Gebäudes und seiner Umgebung zeigt, dass wenig Strom benötigt wird, wenn die Wärmepumpe einen kleinen Temperaturhub überwinden muss. LowEx-Gebäude werden also so gebaut, dass sie mit Niederhub-Wärmepumpen betrieben werden können. Die Warmwassererzeugung wird auf neue Art vorgenommen. Sowohl für die Heizung als auch für die Wassererwärmung muss darauf geachtet werden, dass die Temperaturen tief bleiben (
Neue Energiequelle
Wenn das Heizsystem auf derart tiefe Temperaturen ausgerüstet bzw. umgebaut ist, ist die erste Bedingung für ein LowEx-Gebäude gegeben. Die zweite Bedingung ist, dass der Wärmepumpe immer Umgebungswärme mit mehr 10°C zugeführt werden soll. Dies ist möglich mit Grundwasser oder aus dem tiefen Saisonspeicher.
Auf dem Areal des Hönggerbergs der ETH ist im Herbst 2009 das erste von vier grossen Erdsondenfeldern gebaut worden. In die riesigen Erdspeicher wird im Sommer die Abwärme der Kältemaschinen gepumpt und das Erdreich auf über 25°C aufgeladen. Das Gebäude HPZ wird das erste LowEx-Gebäude auf dem Campus sein, das von dieser neuen Energiequelle profitieren wird. In den kommenden 20 Jahren werden alle Gebäude am Hönggerberg zu LowEx-Gebäuden umgebaut.