Schlau bauen dank Schweizer Start-ups

Sonnenstrom-Superelemente fürs Dach, Fenster mit eingebauter Öko-Klimaanlage, biologisch abbaubare Wände: Wer heute baut, will nicht nur Energie und Kosten sparen, sondern auch nachhaltig agieren. Kleine Schweizer Firmen und heimische Wissenschaftler drängen mit spannenden Ideen und Produkten auf den Markt.

«Das gab es noch nie. Das Fenster übernimmt die komplette Heizung und Kühlung», sagt Jan Lipton. Zusammen mit Claudio Meisser, der die Idee zum Projekt hatte und für die Entwicklung zuständig ist, hat Lipton die Firma HyWin in Wollerau SZ gegründet und eine Weltneuheit geschaffen. Bei dem Fenster handelt es sich um eine rund 25 Zentimeter tiefe Glasbox samt hocheffizientem Kühler. Die heisse Luft, die die Sonnenstrahlen erzeugen, kühlt dank cleverem Wärmetausch-System runter. Im unteren, nicht sichtbaren Bereich des Fensters fliesst Wasser mit 18 °C. durch Rippenrohre. Die Luft strömt vorbei und gibt Wärme ab, die danach ins Erdreich transportiert und in Sonden gespeichert wird. Laut Lipton nimmt das Fenster auch Wärme aus dem Raum auf, die durch Computer, Drucker oder Mensch entsteht. «Im Winter benutzen wir denselben Wärmetauscher und beheizen die Scheiben. Dadurch ersetzen wir die Heizung in Gebäuden mit Glasfassaden komplett», sagt Lipton. Auch der Aufbau des Fensters ist neu. HyWin installiert an der Aussenseite eine Dreifachverglasung, zum Büro hin einfaches Glas. «Wir trennen den Raum von der Aussentemperatur. » Kälte oder Hitze könnten somit gar nicht erst eindringen. Im Blick hat HyWin vor allem Bürogebäude mit grossen Glasfassaden. Die beiden Erfinder haben ihr Produkt zum internationalen Patent angemeldet und rechnen noch in diesem Jahr, wo auch das erste Pilotprojekt an den Start gehen soll, mit einem positiven Bescheid. Seit längerer Zeit laufen Tests, bei denen die Hochschule Basel sie unterstützt. «Die Bauindustrie ist sehr konservativ und will alles zigfach überprüft haben.»

Fertigdach mit vielen Vorzügen

Einen Schritt weiter ist die Tessiner Firma Designergy (San Vittore), die ihr Erfolgsprodukt weiterentwickelt hat. Der Ansatz ist seit jeher, Photovoltaik-Anlagen auf dem Dach mit zusätzlichen Vorzügen auszustatten. Dabei spricht man von BIPV (building integrated photovoltaics). Die 2016 ausgezeichneten Designergy-Dachelemente erfüllen die Funktionen Dämmung, Abdichtung und Solarstrom-Gewinnung gleichzeitig. Jetzt haben die Tessiner eine Neuentwicklung namens Superelement. Denn nun wird das Modul nicht mit dem vorhandenen Dach verbunden, vielmehr bilden die Superelemente das Dach. Die komplette massgeschneiderte Konstruktion samt Unterdach, Isolation, Dachblechen und den Photovoltaik-Modulen kommt fix und fertig an einem Stück aus dem Werk. Kräne heben die Fertigbauteile auf der Baustelle auf die Querträger. Dort werden sie nur noch verschraubt und verkabelt. Das mittelfristige Ziel lautet: «Unser Dach muss letztlich wirtschaftlich attraktiver sein als ein konventionelles Dach plus eine separate PV-Anlage», so Designergy-Gesch.ftsführer Daniel Lepori gegenüber der Schweizerischen Vereinigung für Sonnenenergie (SSES). Designergy wirbt, weltweit die erste Firma mit einem derartigen Produkt zu sein. Superelemente, die auf Wunsch auch mit besonders hohem Schallschutz ausgestattet werden, soll es für Wohn-, Gewerbe- und Industriebauten sowie für Neubau, Ersatzbau und Sanierungsobjekte geben. Referenzobjekte stehen unter anderem in Lugano TI und Wallisellen ZH.

Beim Bauen schon ans Recyceln denken: Deswegen testen Forscher im Nest-Haus einen Pilz als Unterbauplatte für die Wand.

Pilz ersetzt Unterputzplatte

Das Nest-Haus in Dübendorf ZH, das sich mittlerweile weltweit einen Ruf für die Erforschung und Erprobung von fortschrittlichen Technologien erworben hat, ist auch auf der Suche nach neuen Materialien, die beim Bau zum Einsatz kommen sollen. Der Ansatz in einem der neusten Projekte ist es, Stoffe wiederzuverwenden, etwa zu checken, ob nicht alte Jeans als Dämmmaterial taugen. So kommt auch ein spezieller Pilz auf den Prüfstand. «Man lässt ihn in Form wachsen und nimmt ihn als Unterputzplatte», erklärt Enrico Marchesi, Innovation Manager bei Nest. Denn neben Recycling-Material wollen Forscher und Firmen, die das Projekt vorantreiben, auch biologisch abbaubare Materialien testen. Marchesi: «Unsere Ressourcen sind limitiert. Deswegen ist die einzige Lösung, die wirklich nachhaltig ist, eine Kreislaufwirtschaft.» Dem Recycling-Thema ist deswegen eine eigene Einheit im Nest-Haus gewidmet, eine 3-Zimmer-Wohnung, die zwei Studenten dauerhaft nutzen. Zugleich geht es aber auch um weiterführende Themen wie die Verbindungstechnologie. Schweissen, Kleben und Silikonieren sind in der Recycling-Wohnung tabu. «Schrauben, klemmen, verschränken – wir schauen, was da geht. Theoretisch kann unsere Unit von zwei Leuten mit dem Akkuschrauber auseinandergenommen werden.» Bereits nach dem ersten Jahr hat man einzelne Raummodule mit Boden, Wand, Decke und Leitungen komplett rausgenommen und neue eingefügt. Die Hülle des Hauses steht bei Nest ebenfalls im Fokus. So haben Wissenschaftler der ETH Zürich einen Versuch mit einer adaptiven Solarfassade gestartet, die Strom gewinnt und parallel hilft, den Energiebedarf beim Heizen und Kühlen des Gebäudes zu regulieren. Die Module, die Strom erzeugen, kann man mit Druckluftsteuerung bewegen. Die Solarzellen lassen sich auf diese Weise stets nach der Sonne ausrichten und passen sich Wärme und Lichtbedarf des Hauses, vor allem aber dem Verhalten der Bewohner an. Gleichzeitig wollen helle Köpfe der ETH Lausanne (EPFL) der Sache mehr Farbe geben, indem sie eine neuartige Verglasung für die Solarkollektoren entwickeln. Geforscht wird vor allem an Interferenz-Farbeffekten wie sie etwa bei Seifenblasen entstehen, wenn die Sonne darauf scheint. Ziel ist es, dem Bauherren mehr architektonische Freiheit zu bieten, um die Integration von Photovoltaik-Anlagen in die Gebäudehülle zu fördern.

Moderne Kirche, modernes Energie­konzept: St. Franziskus in Ebmatingen setzt auf die cleveren Kollektoren von BS2.
Dach neu gedacht: Die Firma BS2 (im Bild Geschäfts­führer Marc Bätschmann) bietet Hybridkollektoren mit erhöhtem Wirkungsgrad.
«Das Fenster übernimmt die komplette Heizung und Kühlung», erklären die Macher von Hywin (Lipton, rechts im Bild, und Meisser) aus Wollerau.

Wettervorhersage steuert die Wärmepumpe

Das vorangegangene Beispiel zeigt, wie wichtig das Thema Energiemanagement immer noch ist. Das haben auch kleine Schweizer Unternehmen wie Smart Energy Link (SEL) aus Bern erkannt. Die Firma programmiert Software, die mit- und vorausdenkt. Es geht beispielsweise darum, Erdwärmepumpen zum idealen, sprich günstigsten Zeitpunkt zu betreiben. Diese laufen meist nachts, wenn der Strom weniger kostet als am Tage. «Viel besser ist es aber, die Pumpen mit selbst erzeugter Solarenergie zu erzeugen», erklärt SEL-Gesch.ftsführer Tobias Stahel. Deswegen berücksichtigt die Software unter anderem sehr regionale Wetterprognosen, die für Landstriche von je einem Quadratkilometer erstellt werden. Sie verarbeitet auch Echtzeit-Infos zum Wetter, zum Verbrauch sowie zur Strom- und Warmwasserproduktion und stimmt alles aufs jeweilige Wohlfühlklima und die Gewohnheiten der Hausbewohner ab. Um das Energiemanagement zu realisieren, schliessen die SEL-Mitarbeiter ein Steuerungsgerät an die Elektro- Hauptverteilung an, Zugriff haben sie per Rechner. Bewohner oder Immobilienbesitzer müssen sich laut Stahel auch im Betrieb um nichts weiter kümmern. Die Software funktioniert sowohl in einzelnen Gebäuden als auch in Quartierstromnetzen. Jüngst hat SEL für ein Projekt in Reinach BL das Know-how geliefert. Dort sind vier Häuser à zehn Wohnungen entstanden, die gemeinsam Solarstrom produzieren. Die Anforderungen seien sehr speziell gewesen: «Vier Gebäude mit zudem je einer Wärmepumpe und einem Elektroeinsatz zentral von einem Gerät aus anzusteuern, ist eine Herausforderung.» Der Vorteil laut Stahel: Üblicherweise würde jedes Haus im Normalfall eine separate Eigenverbrauchsgemeinschaft bilden, was deutlich höhere Kosten mit sich bringe. In Rynach bedeutet es konkret: ein Netzanschluss, ein Hauptzähler, eine Steuerung.

«Das Wasser hat parallel den Effekt, die Solarmodule zu kühlen. Somit wirkt man dem Hitzeeffekt im Sommer entgegen, wo Kollektoren bei hohen Temperaturen drastisch an Wirkungsgrad einbüssen.»

Smart Energy Link liefert Know-how und Software für mitdenkende Erdwärme-Pumpen.

Hybridkollektoren mit höherem Wirkungsgrad

Bei Neubauten tut sich allerhand in Sachen Nachhaltigkeit. Was dabei manchmal aus dem Blick gerät, ist das Thema Sanierung. Dabei ist der theoretische Bedarf nach Angaben von Marc Bätschmann, Gesch.ftsführer von BS2 in Schlieren ZH, hoch. Mehr als 75 Prozent der insgesamt rund 1,7 Millionen Gebäude in der Schweiz wurden seinen Angaben zufolge vor 1990 zuletzt saniert. Der jährliche Energieverbrauch in einer solchen Wohnung oder einem derartigen Haus betrage rund 150 bis 200 Kilowattstunden pro Quadratmeter. Bereits mit Massnahmen an Fenstern, Dach und Kellerdecke lasse sich der Bedarf auf weniger als 100 Kilowattstunden senken. Wer sich dann noch von der alten Ölheizung verabschiede und auf eine Kombination aus Photovoltaik und Erdwärme setze, sei für Jahrzehnte auf der sicheren Seite. BS2 verwirklicht dabei zwei nachhaltige Konzepte: Zum einen hat man Hybridkollektoren fürs Dach entwickelt, die kürzlich erstmals bei der Sanierung der Kirche St. Franziskus in Ebmatingen ZH zum Einsatz kamen, wo das Gebäude innerhalb weniger Wochen von Ölheizung auf erneuerbare Energien umgestellt wurde. Die Solarkollektoren erzeugen Strom und erwärmen gleichzeitig durchströmendes Wasser für Waschbecken und Küche. Das Wasser hat parallel den Effekt, die Solarmodule zu kühlen. Somit wirkt man dem Hitzeeffekt im Sommer entgegen, wo Kollektoren bei hohen Temperaturen drastisch an Wirkungsgrad einbüssen. Auf diese Weise steigt letztlich der Stromertrag. Zugleich speisen die Anlagen von BS2 überschüssigen Strom nicht zwangsläufig ins Netz ein, wofür Abschläge fällig werden. Sie schicken die Energie in Form von Wärme zurück in den Boden. «Das bedeutet eine langfristig nachhaltige Bewirtschaftung des Erdreichs», erklärt Bätschmann. Dadurch ist seinen Angaben zufolge sichergestellt, dass die Temperatur im Erdinnern auch nach Jahrzehnten noch ähnlich hoch sei, wie zu Beginn der Nutzung. Das garantiert auch langfristig einen hohen Wirkungsgrad der Wärmepumpe.

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