Smart Home - die Umsetzung ist das A und O
Viele Bauherren wollen heutzutage konkret etwas für die Umwelt tun – nicht nur darüber reden. Auch wenn sich dieser Aufwand finanziell oft nicht besonders lohnt. Den Einbezug von umweltschonender, energiesparender und effizienter Technik ist deshalb für Viele ein Muss. In der Praxis zeigt sich: Es lohnt sich tatsächlich.
Smart Home Biberstein
Objekt:
- Einfamilienhaus (Baujahr 2007)
- Minergiestandard
- 4-Personen-Haushalt
- Durchschnittlicher Elektrizitätsbedarf: 10'000 kWh/a
- Fussbodenheizung Qh 6 kW bei -7°C
- 20 m2 südorientierte Verglasung und keine Kühlung
- Kontrollierte Lüftung mit Erdregister
Ort:
- CH-5023 Biberstein
Installierte Geräte:
- Sole-Wasser-Wärmepumpe WPE-I 06 HK Premium
- 100 m Erdsonde
- Wärmepumpenboiler WWK 300 electronic CH (300 l)
- Solar Manager
Smart Home – ein Beispiel aus der Praxis
«Seit Jahren beschäftige ich mich beruflich mit Haustechnik. Nun wollte ich an einem realen Objekt lernen, verschiedene Komponenten austesten und optimieren», erklärt Oliver Joss, Technischer Vertriebsingenieur bei STIEBEL ELTRON. Im Speziellen beobachtete er die Komfortsteigerung durch Passivkühlung, betrieb ein Monitoring der Erdsonde-Regeneration und prüfte die Stromeinsparung durch den Einsatz der Inverter-Technologie.
Dazu hatte er zunächst die thermische Solaranlage durch eine 5.2 kWp Photovoltaik-Anlage ersetzt. Im ersten Betriebsjahr konnten sie einen Ertrag von 5‘000 kWh verzeichnen. Darüber hinaus hat sich die Familie ein Elektromobil angeschafft. Der Renault Zoe verbraucht zwischen 13 und 16 kWh/100 km. Des Weiteren wurde die alte Wärmepumpe durch eine WPE-I 06 HK Premium von STIEBEL ELTRON ersetzt sowie ein Wärmepumpenboiler für die Warmwasserproduktion installiert. Für das Energiemanagement wurde eine Schweizer Software integriert, welcher die Resultate auf PC und mobile Endgeräte überträgt.
Die Resultate zeigen eindrücklich auf, dass sich der Einsatz erneuerbarer Energie durchaus lohnt.
Resultate und Erkenntnisse im Detail
Komfortsteigerung und Passivkühlung
Dank des Inverters liegt das Geräuschniveau viel tiefer als bisher. Die neue Wärmepumpe ist somit viel leiser als die alte. Das Regelverhalten des Inverters hat noch einen weiteren Vorteil: Die Raumtemperatur wird im Gegensatz zur alten on/off-Technologie konstant gehalten. Durch das Kühlen über die Erdsonde ist die Temperatur auch im Sommer sehr angenehm. Das Haus wird mit diesem Vorgehen quasi «entwärmt» und die Wärme in den Boden zurückgeführt. Die Kühlung über die Erdsonde geschieht über zwei Hocheffizienzpumpen sowie einen Plattentauscher. Bei der WPE-I HK sind diese Komponenten bereits fertig eingebaut. Der Aufpreis ist dabei mit ca. CHF 1‘500.- sehr gering. Im Kühlbetrieb werden ca. 100 Watt benötigt. Dies für eine Kühlleistung von 1‘500 bis 2‘500 Watt.
Monitoring der Erdsonde-Regeneration
Das Monitoring der Erdsonde hat vorwiegend den Zweck, den Wärmeentzug und die Regeneration des Bodens zu beobachten. Hierfür wurde das Temperaturniveau gemessen. So konnte man im ersten Betriebsjahr beobachten, dass durch die Kühlung ca. 2000 kWh zurück ins Erdreich verfrachtet werden konnten.
Die neue Wärmepumpe ist sehr effizient, deshalb entzieht sie dem Boden auch entsprechend viel Energie. Deshalb interessieren bei der Auswertung folgende Fragen: Was sind mögliche Folgen? Gefriert die Sonde möglicherweise ein?
Das Ergebnis der Messung bei Familie Joss: Der Wärmeentzug ist zwar nicht kritisch, aber auch nicht optimal. Das war mit ein wichtiger Grund, weshalb sie sich dafür entschieden haben, das Warmwasser nicht auch noch mit der Wärmepumpe zu erhitzen – sondern separat mit einer Warmwasserwärmepumpe WWK. Durch diese Massnahme wird die Erdsonde nochmals um rund 2‘500 kWh/a entlastet und dankt dies mit höheren Temperaturen.
Solche Ergebnisse zeigen explizit auf, dass es eben keine Standardregel für die Zusammenstellung einer Anlage gibt. Jedes Objekt ist anders und muss individuell betrachtet und geplant werden.
Stromeinsparung zugunsten der Elektromobilität
Das Elektromobil ist der eigentliche «Gamechanger» der gesamten Anlage: Durch die Effizienz der neuen Wärmepumpe und die Software können im Winter gut 1‘000 kWh eingespart werden. Das entspricht in etwa 6‘500 Fahrkilometern, die mit dem E-Mobil gefahren werden können. Und dies wiederum ist für den Bedarf der Familie Joss bereits in etwa 50% des gesamten Jahresverbrauchs für die Mobilität.
In der Schweiz ist der Winterstrombedarf generell eine Herausforderung. Im Sommerhalbjahr wird zwar mehr Strom produziert, als verbraucht werden kann (weil ja nicht geheizt wird). Im Winter liegt der Strombedarf jedoch deutlich höher. Diese sogenannte Winterstromlücke kann mit einer Erdsondewärmepumpe am besten tief gehalten werden, da diese die höchste Effizienz aufweist.
Bei der Familie Joss reicht der selbst produzierte Strom im Winter für den Eigenbedarf jedoch nicht aus. Der Selbstversorgungsgrad liegt übers Jahr bei etwas über 50% und der Netzbezug ist in den Wintermonaten immer noch am grössten. Das liegt auch daran, dass im Winter manchmal Schnee auf den PV-Modulen liegt, welcher dann die Stromproduktion einschränkt.
Weitere Ergebnisse aus dem Monitoring
Effizienzsteigerung
Durch die Inverter-Technik und den hohen COP kann schon bei wenig Überschuss ein Energiemanagement betrieben werden. Dieses ist zudem überaus unkompliziert. Der vom Regler erfasste durchschnittliche COP liegt nach Abzug des möglichen Messfehlers bei 6.50. Die Laufzeit pro Einschaltung beträgt 6 Stunden. Auffallend sind die deutlich längeren Verdichter-Laufzeiten: Im ersten langen Winter lief die Maschine 3‘500 Stunden für die Raumheizung. Vorher waren es 2‘150 Stunden für Heizung und Warmwasser. Trotzdem ist eine Stromeinsparung von 1‘000 kWh (-30%) zu verzeichnen. Es schlummert also auch beim Ersatz älterer Erdsonden-Wärmepumpen einiges an Einsparpotential.
Komfortsteigerung
Für die Kühlung mussten Mehrkosten von CHF 1'500.- aufgewendet werden. Durch die erreichte Kühlleistung von 1.5 bis 2.5 kW wird die Innentemperatur um 2-3 K reduziert. Die Betriebsstunden der Passivkühlung betragen bei diesem Haus mit viel Glas rund 1‘500 Stunden pro Jahr. Es gibt zudem eine deutliche Komfortsteigerung durch Konnektivität des Gerätes. So lässt sich die Heizung über den Computer oder auch das Handy bequem fernbedienen.
Warmwasser
Um 4 Personen plus Waschmaschine mit Warmwasser zu versorgen, ist der Wärmepumepnboiler Typ WWK 300 CH ca. 5 Stunden pro Tag in Betrieb. Dies bedeutet etwa 3 bis 4 kWh Strombedarf pro Tag. Der Wärmepumenboiler entzieht der Luft im Keller Energie und kühlt diese ab. Im Betrieb ergibt sich eine 3 bis 4 K kühlere Kellertemperatur.
PV-Überschuss
Im Sommerhalbjahr lässt sich das Auto – wenn es zu Hause steht – bestens mit PV laden. Dies geschieht automatisiert mit PV-Überschuss. Das Ladegerät kann variabel von 1.4 bis typischerweise max. 5 kW laden und schaltet selbständig zwischen einphasiger und dreiphasiger Ladung um.
