Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Im oberen Murifeld am Ortsrand von Bern, wird ein neues Stadtstück mit einem hohen Wohnanteil etabliert. Drei sechsgeschossige Gebäude sehen drei unterschiedliche Wohnsegmente vor: Kostengünstige Wohnungen, normale Mietwohnungen und Eigentumswohnungen. Das Projekt wird zu 100% regenerativ erstellt. Die Wärmebereistellung gründet auf solar regenerierte Eisspeicher. Hierbei wird mittels einer Wärmepumpe die Energie aus dem Wasser entnommen, wodurch das Wasser vereist. Mittels Absorberflächen auf dem Dach und einer zusätzlichen Abwasserwärmepumpe wird dieser Speicher auch im Winter immer wieder regeneriert. Die Abwasserwärmepumpe dient dabei auch zur Aushebelung des Performance Gap (Differenz zw. Theoretischem und tatsächlichem nutzerbedingten Energiebedarf). Diese Wärmeversorgungsstrategie ist 2000-Watt tauglich und eignet sich in hohem Masse im urbanen Raum, wo erneuerbare Energien vor Ort sowie Fernwärmenetze nicht oder nur beschränkt verfügbar sind.
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Publikationen / Ergebnisse
(Deutsch)
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Heizwärme und Warmwasser lassen sich heute ohne weiteres aus erneuerbaren Energien erzeugen – etwa mit Wärmepumpen, die Wärme aus dem Erdreich oder der Umgebungsluft nutzen, aber auch mit Fernwärmenetzen oder Holzheizungen. In Städten jedoch sind diese Energiesysteme oft nicht verfügbar, nicht erlaubt, oder die damit verbundenen Emissionen sind unerwünscht. In diesem Fall kann ein Heizsystem helfen, welches Wärme aus Sonnenkollektoren und Abwasser nutzt und diese in einem Eisspeicher zwischenspeichert. Dieser innovative Ansatz erlaubt eine verlässliche, wirtschaftliche Energieversorgung von Mehrfamilienhäusern auch in dicht bebauten, urbanen Quartieren, wie ein Projekt aus der Stadt Bern zeigt.
Zugehörige Dokumente
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Publikationen / Ergebnisse
(Französisch)
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Il est aujourd’hui facile de produire du chauffage et de l’eau chaude à partir d’énergies renouvelables, par exemple avec des pompes à chaleur qui utilisent la chaleur du sol ou de l’air ambiant, mais également avec des réseaux de chauffage urbain ou des chauffages au bois. Cependant, dans les villes, ces systèmes énergétiques ne sont souvent pas disponibles, ne sont pas autorisés ou les émissions qui y sont associées sont indésirables. Dans ce cas, un système de chauffage qui utilise la chaleur des capteurs solaires et des eaux usées et la stocke temporairement dans un réservoir de glace peut aider. Cette approche innovante permet un approvisionnement énergétique fiable et économique des immeubles collectifs, même dans les quartiers urbains à forte densité de population, comme le montre un projet de la ville de Berne.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Deutsch)
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Im oberen Murifeld in Bern wurden mit dem Projekt «Weltpostpark» 170 Wohnungen in drei Gebäuden der SSA Architekten im Standard 2000 Watt-Areal nach SIA 2040 / Minergie eco realisiert und umfassen eine Bruttogeschossfläche von rund 19’000 m2. Zur Erlangung des 2000-Watt Standards konnten als erneuerbare Energiequelle weder Erdwärme noch Grundwasser oder Holz genutzt werden. Mit einer Evaluation fiel die Wahl auf eine 100% regenerative und autarke Solarabsorber-Eisspeicher-Wärmepumpen-Anlage mit zusätzlicher Einbindung der Abwasser-Abwärme. Die Planungsarbeiten begannen 2014, ab Sommer 2020 erfolgte der Bezug. Sowohl Eisspeicher-Solarabsorber als auch Abwasser-Wärmenutzungen sind etablierte Technologien. Mit einer kombinierten Nutzung resultiert ein hoher Effizienzgrad und eine autarke Wärmeversorgung. Mit Unterstützung durch das Bundesamt für Energie wird der Betrieb während zwei Jahren analysiert und optimiert. Die Auswertungen lassen folgende Aussagen und Schlussfolgerungen zu:
1. Die Kombination einer Eisspeicher-Solarabsorber- mit der Abwasser-Abwärmenutzung bei Wohnnutzungen ist zielführend und wirtschaftlich interessant für autarke, erneuerbare Wärmeversorgungen an Standorten, wo keine lokal gebundenen erneuerbare Energiequellen zur Verfügung stehen oder eingesetzt werden sollen.
2. Alle drei Wärmepumpen-Anlagen erreichen oder übertreffen die prognostizierten Zielwerte, welche in etwa der Effizienz von Sole-Wasser-Systemen entsprechen.
3. Auch mit der Klimaerwärmung kann es weiter im schweizerischen Mittelland noch zu einer längeren Schneeüberdeckung der Solarabsorber kommen. Mit einer transluziden PV-Überdeckung oder einem grösseren Neigungswinkel kann in diesem Fall trotzdem von einem Wärmeeintrag über die Kollektoren ausgegangen werden.
4. Sollte die Abwasser-Abwärmenutzung nicht ausreichend eingebunden werden können, sind weitere redundante Wärmequellen in das System einzubinden und/oder entsprechend leistungsfähigere Wärmepumpen vorzusehen.
5. Eine transparente und nachvollziehbare Auslegung der Systemkomponenten am besten im Rahmen einer dynamischen Simulation sollte bei nicht standardisierten Grossanlagen vorgegeben werden. Erfolgt diese nicht durch die Systemanbieter sind Annahmen, Leistungsdaten und die Betriebsstrategie zu dokumentieren.
6. Durch die Bauaustrocknung bei Massivbauten kann in den ersten Betriebsjahren eine verfrühte Speicher-Vereisung eintreten. Für diesen Fall soll ein Not-Heizung vorgesehen werden.
7. Eine klare Schnittstellendefinition zwischen Planer und Systemanbieter ist unabdingbar und eine System-Leistungsgarantie soll als Grundlage eines sicheren Anlagebetriebes sein.
8. Eine weitere Marktdiffusion von grossen Eisspeicher-Systemen soll durch die Kommunikation erfolgreicher Demonstrationsanlagen vorangetrieben werden. Die Betriebssicherheit soll durch publizierte Planungsgrundsätze und Systemgarantien erreicht werden.
9. Vertiefenden Untersuchungen sollen klären, wie weit die Energiequelle Erdreich durch die fehlende Regeneration über die Jahre abnimmt.
10. Mit Planungs-/Auslegungsgrundsätzen und deren Kommunikation z.B. in Form eines Planungshandbuches und im Rahmen von Kursen durch Bund und Kantone unter Mitwirkung der Systemanbieter soll dieser Technologie zur weiteren Verbreitung verholfen werden. Quintessenz Grosse Eisspeicher Systeme ermöglichen bei Mangel an erneuerbaren Energiequellen eine effiziente, erneuerbare und sichere Wärmeversorgung, in der Regel auch in dicht umbauten Arealen. Die erforderlichen Technologien sind erprobt und erbringen die geplanten Leistungen resp. die erwartete Effizienz. Alle im P&D-Projekt aufgetretenen Ausführungsprobleme waren nicht systembedingt, deren Umfang lag im Bereich von vergleichbaren Projekten. Eine breite Anwendung vom Eisspeicher-/Solarabsorber-Technologien kann empfohlen werden.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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In the upper Murifeld in Bern, 170 apartments in three buildings were realized with the project "Weltpostpark" in the standard 2000 Watt area according to SIA 2040 / Minergie eco. The three apartment buildings by SSA Architekten comprise a gross floor area of around 19,000 m2 and are currently nominated for the "Residential Buildings of the Year" award.To achieve the 2000-watt standard, neither geothermal energy nor groundwater nor wood could be used as renewable energy sources for the heat supply. In the course of a broad evaluation, the choice fell on a 100% renewable and self-sufficient solar absorber ice storage heat pump system, whereby wastewater waste heat was also tapped. Planning work began in 2014, with occupancy starting in the summer of 2020.Both ice storage solar absorbers and wastewater heat utilization are established technologies. Com-bined use results in a high degree of efficiency and a self-sufficient heat supply. With the support of the Swiss Federal Office of Energy, the operation will be analyzed and optimized during two years. The evaluations so far allow the following statements and conclusions:
1. The combination of an ice storage solar absorber with wastewater waste heat utilisation for residential use is target-oriented and economically interesting for self-sufficient, renewable heat supply at locations where no locally bound renewable energy sources are available or are to be used.
2. All three heat pump systems achieve or exceed the predicted target values, which roughly correspond to the efficiency of brine-water systems.
3. Even with global warming, a longer snow cover of the solar absorbers may still occur in the Swiss Central Plateau. With a translucent PV cover or a larger tilt angle, heat input via the collectors can still be assumed in this case.
4. If the wastewater heat recovery cannot be sufficiently integrated, additional redundant heat sources must be integrated into the system and/or more powerful heat pumps must be provided.
5. A transparent and comprehensible design of the system components, preferably in the context of a dynamic simulation, should be specified for non standardised large-scale systems. If this is not done by the system supplier, assumptions, performance data and the operating strategy should be documented.
6. In the first years of operation, the higher heat demand of solid buildings due to the drying out of the building must be taken into account. Combined with a hot water consumption above the norm, premature storage tank icing can occur. In this case, an emergency electricity register should be provided, whereby the electricity demand is to be covered by photovoltaics.
7. A clear interface definition between the planner and the system provider is indispensable and a system performance guarantee should be the basis for safe system operation.
8. Further market diffusion of large ice storage systems should be promoted by communicating successful demonstration plants. Operational safety is to be achieved through published planning principles and system guarantees.
9. In-depth investigations should clarify the extent to which the energy source of the ground is diminished over the years by the lack of regeneration.
10. The development of planning/design principles and their communication, e.g. in the form of a "planning manual" and in the context of courses by the federal government and the cantons with the participation of system providers, should help this technology to become more widespread.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Dans la partie supérieure du Murifeld à Berne, le projet "Weltpostpark" a permis de réaliser 170 logements dans trois bâtiments répondant au standard 2000 Watt-Areal selon SIA 2040 / Minergie eco. Les trois immeubles d'habitation des architectes SSA comprennent une surface brute de plancher d'environ 19'000 m2 et sont actuellement nominés pour le prix "Immeubles d'habitation de l'année". Pour obtenir le standard 2000 Watt, il n'a pas été possible d'utiliser la géothermie, les eaux souterraines ou le bois comme source d'énergie renouvelable pour l'approvisionnement en chaleur. Dans le cadre d'une évaluation, le choix s'est porté sur une installation de pompe à chaleur à absorption solaire et à accumulation de glace 100% régénérative et autarcique, la chaleur résiduelle des eaux usées étant également exploitée. Les travaux de planification ont débuté en 2014 et l'installation a eu lieu à l'été 2020. L'absorbeur solaire à stockage de glace et l'utilisation de la chaleur des eaux usées sont des technologies bien établies. Une utilisation combinée permet d'atteindre un haut degré d'efficacité et un approvisionnement en chaleur autarcique. Avec le soutien de l'OFEN, l'exploitation sera analysée et optimisée pendant deux ans. Les évaluations permettent de tirer les conclusions suivantes :
1. La combinaison d'un accumulateur de glace et d'un absorbeur solaire avec l'utilisation de la chaleur des eaux usées dans les habitations est efficace et économiquement intéressante pour un approvisionnement en chaleur autonome et renouvelable dans les endroits où aucune source d'énergie renouvelable locale n'est disponible ou ne doit être utilisée.
2. Les trois installations de pompes à chaleur atteignent ou dépassent les valeurs cibles prévues, qui correspondent à peu près à l'efficacité des systèmes eau glycolée-eau.
3. Même avec le réchauffement climatique, il est possible que les absorbeurs solaires soient recouverts de neige plus longtemps sur le Plateau suisse. Dans ce cas, un recouvrement PV translucide ou un angle d'inclinaison plus important permettent malgré tout d'escompter un apport de chaleur par les capteurs.
4. Si l'utilisation de la chaleur des eaux usées ne peut pas être suffisamment intégrée, d'autres sources de chaleur redondantes doivent être intégrées dans le système et/ou des pompes à chaleur plus puissantes doivent être prévues.
5. Une conception transparente et compréhensible des composants du système, de préférence dans le cadre d'une simulation dynamique, devrait être prescrite pour les grandes installations non standardisées. Si cette simulation n'est pas effectuée par les fournisseurs de systèmes, les hypothèses, les données de performance et la stratégie d'exploitation doivent être documentées.
6. Au cours des premières années d'exploitation, il faut tenir compte des besoins en chaleur plus élevés dans les bâtiments massifs en raison du séchage de la construction. En raison d'une consommation d'eau chaude supérieure à la norme, un givrage prématuré de l'accumulateur peut se produire. Dans ce cas, il convient de prévoir un registre électrique de secours, les besoins en électricité devant être couverts par des panneaux photovoltaïques.
7. Une définition claire de l'interface entre le planificateur et le fournisseur du système est indispensable et une garantie de performance du système doit constituer la base d'une exploitation sûre de l'installation.
8. La diffusion sur le marché de grands systèmes d'accumulation de glace doit être encouragée par la communication d'installations de démonstration réussies. La sécurité d'exploitation doit être assurée par des principes de planification publiés et des garanties de système.
9. Des études approfondies doivent permettre de déterminer dans quelle mesure la source d'énergie que constitue le sol diminue au fil des ans en raison de l'absence de régénération.
10. L'élaboration de principes de planification et de conception et leur communication, par exemple sous la forme d'un "manuel de planification" et dans le cadre de cours organisés par la Confédération et les cantons avec la participation des fournisseurs de systèmes, doivent aider cette technologie à se répandre davantage.
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