Kurzbeschreibung
(Deutsch)
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Für die Erreichung der CO2-Reduktionsziele ist die Dekarbonisierung im Wärmebereich von grösster Bedeutung. Der grosse Bestand an Mehrfamilienhäusern in städtischen Agglomerationen muss dementsprechend saniert werden. Das heisst, die bisherigen fossilen Energieträger für Heizung und Warmwasser sind zu Substituieren. Die naheliegende Lösung ist der Einsatz einer Erdsonden-Wärmepumpe. An vielen Standorten ist dieser Weg nicht gangbar, da zum einen keine Erdsonden gebohrt werden dürfen (Grundwasser) und zum anderen die notwendig Regeneration der Erdsonden teuer und aufwändig ist. Hier greift die Lösung des Pilotprojekts! Mit dem Einsatz einer Luftwärmepumpe mit Zuluft-Vorwärmung als Nebeneffekt der vollintegrierten PV-Anlage. Die Platzierung und Luftführung der Luft-Wärmepumpe löst zudem das Schallproblem - es ist mit keinerlei störenden Effekten für die Nachbarliegenschaften zu rechnen. Die Luftvorwärmung - unter Einbezug aller parasitären Energieverbraucher - ergibt COP- Werte, die vergleichbar sind mit Erdsonden-WP-Anlagen. Das Gesamtkonzept mit PV und Eigenverbrauchsgemeinschaft, führt zu einem respektablen Autarkiegrad von 35 % für den gesamten Energiebedarf (Strom und Wärme) der Liegenschaft. Wärmeseitig werden rund 6000 m^ Erdgas durch rund 12 MWh an elektrischer Energie für die WP ersetzt - dies entspricht dem erwarteten COP von ca. 5.
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Kurzbeschreibung
(Englisch)
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Decarbonization in the heating sector is of the utmost importance for achieving the CO2 reduction targets. The large stock of apartment buildings in urban agglomerations must be renovated accordingly. This means that the existing fossil fuels for heating and hot water must be replaced. The obvious solution is to use a geothermal probe heat pump. In many locations, this is not feasible because, on the one hand, it is not permitted to drill geothermal probes (groundwater) and, on the other hand, the necessary regeneration of the geothermal probes is expensive and time-consuming. This is where the pilot project solution comes in! With the use of an air heat pump with supply air preheating as a side effect of the fully integrated PV system. The positioning and air routing of the air heat pump also solves the noise problem - no disturbing effects for the neighboring properties are to be expected. The air preheating - including all parasitic energy consumers - results in COP values that are comparable with geothermal probe heat pump systems. The overall concept with PV and self-consumption community leads to a respectable degree of self-sufficiency of 35% for the property's entire energy requirements (electricity and heat). On the heating side, around 6000 m^ of natural gas is replaced by around 12 MWh of electrical energy for the heat pump - this corresponds to the expected COP of approx. 5.
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Kurzbeschreibung
(Französisch)
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Pour atteindre les objectifs de réduction de CO2, la décarbonisation dans le domaine du chauffage est d'une importance capitale. Le grand nombre d'immeubles collectifs dans les agglomérations urbaines doit donc être rénové en conséquence. Cela signifie que les sources d'énergie fossiles utilisées jusqu'à présent pour le chauffage et l'eau chaude doivent être remplacées. La solution la plus évidente est l'utilisation d'une pompe à chaleur à sondes géothermiques. Sur de nombreux sites, cette solution n'est pas envisageable, d'une part parce qu'il est interdit de forer des sondes géothermiques (nappe phréatique) et d'autre part parce que la régénération nécessaire des sondes géothermiques est coûteuse et complexe. C'est là qu'intervient la solution du projet pilote ! Avec l'utilisation d'une pompe à chaleur aérothermique avec préchauffage de l'air entrant comme effet secondaire de l'installation PV entièrement intégrée. L'emplacement et le guidage de l'air de la pompe à chaleur aérothermique résolvent en outre le problème du bruit - il ne faut pas s'attendre à des effets gênants pour les immeubles voisins. Le préchauffage de l'air - en tenant compte de tous les consommateurs d'énergie parasites - donne des valeurs COP comparables à celles des installations PAC à sondes géothermiques. Le concept global avec PV et communauté d'autoconsommation conduit à un taux d'autosuffisance respectable de 35 % pour l'ensemble des besoins énergétiques (électricité et chaleur) de l'immeuble. Du côté de la chaleur, environ 6000 m^ de gaz naturel sont remplacés par environ 12 MWh d'énergie électrique pour la PAC - ce qui correspond au COP attendu d'environ 5.
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Schlussbericht
(Deutsch)
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nachhaltige Energieversorgung umgestellt. Das Stadtbild vieler Schweizer Städte wird massgeblich von alten Gebäuden geprägt, die zwischen 1920 und 1960 entstanden sind. Die Herausforderung besteht darin, diese Gebäude zu dekarbonisieren, was aufgrund von markanten Fassaden, begrenzten Platzverhältnissen und Restriktionen bezüglich Wärmepumpeninstallationen innovative Lösungen erfordert. Die Genossenschaft WOGENO-Zürich als Eigentümerin des beschriebenen Hauses an der Denzlerstrasse 36, strebt die vollständige Dekarbonisierung ihres urbanen Gebäudebestands an. Das 8-Familien-Haus wurde bisher mit einer Gastherme beheizt, und die Renovierungsmassnahmen umfassen unter anderem die Wärmedämmung von Estrichboden und Kellerdecke, den Einbau von 3-fach verglasten Fenstern sowie die Aussendämmung der Hoffassade. Die Besonderheit des Projekts liegt in der Umstellung der fossil betriebenen Wärmeerzeuger auf zwei Luft/Wasser-Wärmepumpen, die im Dachgeschoss des Gebäudes schallisoliert montiert wurden, und in der bauseitigen Installation einer PVT-Anlage auf dem Dach, die sowohl Strom als auch Wärme erzeugt. Das Dachgeschoss wird weiterhin als Estrich genutzt, weshalb die Wärmepumpenanlagen so kompakt wie möglich gestaltet wurden, um diese Nutzung nicht zu stark einzuschränken. Besondere Herausforderungen während der Umsetzung waren die Schallisolation der Wärmepumpen im Dachgeschoss wegen der angrenzenden Wohnungen. Die PVT-Anlage wärmt die Zuluft der Wärme-pumpen in Luftkanälen vor, welche unter den PV-Modulen verlaufen. Die Kombination zielt darauf ab, die Effizienz der PV-Stromproduktion und den COP der Wärmepumpen zu verbessern. Ein Batteriespeicher mit einer Kapazität von etwa 14 kWh spielt eine wichtige Rolle beim Ausgleich von Stromangebot und -nachfrage im Tagesverlauf. Die Renovierung führte zu einem Netto-Nullenergie-Gebäude, obwohl nur eine Seite der Fassade gedämmt wurde. Die beiden Luft/Wasser-Wärmepumpen erreichen eine JAZ von 3.86, was mit den vorliegenden Rahmenbedingungen eine hohe Gesamteffizienz der Wärmebereitstellung bedeutet. Der Nutzen der PVT-Anlage, also die Kühlung der PV-Anlage bei gleichzeitiger Erwärmung der Zuluft der Wärmepumpen, erwies sich als gering. Das Sanierungskonzept zeigt jedoch mit den dachintegrierten Luft/Wasser-Wärmepumpen einen neuen Weg auf, wie Wärmepumpen für die Dekarbonisierung der Energieversorgung von Altbauten in städtischem Gebiet eingesetzt werden können. Energetische Optimierungen der vorliegenden Umsetzung werden diskutiert, darunter der Einbau eines effizienten Boilers und die Verwendung von PCM-Kapseln im Pufferspeicher. Gesamtkosten und Amortisationsdauer des umgesetzten Konzepts sind hoch. Die Soltop Energie AG prüft deswegen Möglichkeiten, das Konzept einer dachintegrierten Luft/Wasser-Wärmepumpe ohne das PV-Hybrid-Dach zu vermarkten, um die Wirtschaftlichkeit zu verbessern. Die Installation einer PV-Anlage, also ohne thermische Nutzung der Solarstrahlung, ist dabei zu empfehlen.
Zugehörige Dokumente
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Schlussbericht
(Englisch)
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The energy supply of a 100-year-old apartment block in Zurich was converted to a sustainable solution within this pilot and demonstration project. The urban landscape of many Swiss cities is largely characterised by old buildings constructed between 1920 and 1960. The challenge is to decarbonise these buildings, which requires innovative solutions due to façades worthy of protection, limited space, and restrictions on heat pump installations. The WOGENO-Zurich cooperative, which owns the building described at Denzlerstrasse 36, is aiming to completely decarbonise its urban building stock. The 8-family house was previously heated with a gas boiler. The renovation measures include thermal insulation of the attic floor and basement ceiling, the installation of triple-glazed windows and external insulation of the courtyard façade. The special feature of the project is the conversion of the fossil-fuelled heat generators to two air/water heat pumps, which were installed in the attic of the building with sound insulation, and the on-site installation of a PVT system on the roof, which generates both electricity and heat. The top floor continues to be used as a screed, which is why the heat pump systems were designed to be as compact as possible so as not to restrict this use too much. A particular challenge during realisation was the sound insulation of the heat pumps in the attic due to the neighbouring flats. The PVT system preheats the supply air for the heat pumps in air ducts that run under the PV modules. The combination aims to improve the efficiency of PV electricity production and the COP of the heat pumps. A battery storage system with a capacity of around 14 kWh plays an important role in balancing electricity supply and demand throughout the day. The renovation resulted in a net zero energy building, even though only one side of the façade was insulated. The two air/water heat pumps achieve a SPF of 3.86, which means a high overall efficiency of the heat supply under the existing framework conditions. The benefit of the PVT system, i.e. the cooling of the PV system with simultaneous heating of the supply air of the heat pumps, proved to be low. However, with the roof-integrated air/water heat pumps, the refurbishment concept shows a new way in which heat pumps can be used to decarbonise the energy supply of old buildings in urban areas. Energy optimisations of the present implementation are discussed, including the installation of an efficient boiler and the use of PCM capsules in the buffer storage tank. The total costs and amortisation period of the implemented concept are high. Soltop Energie AG is therefore examining options for marketing the concept of a roof-integrated air/water heat pump without the PV hybrid roof in order to improve the economic viability. The installation of a PV system, i.e. without thermal utilisation of solar radiation, is recommended.
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Schlussbericht
(Französisch)
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Ce projet a permis de convertir l'approvisionnement énergétique d'un immeuble d'habitation centenaire à Zurich en un approvisionnement énergétique durable. Le paysage urbain de nombreuses villes suisses est en grande partie marqué par d'anciens bâtiments construits entre 1920 et 1960. Le défi consiste à décarboniser ces bâtiments, ce qui nécessite des solutions innovantes en raison des façades à protéger, de l'espace limité et des restrictions concernant les installations de pompes à chaleur. La coopérative WOGENO-Zurich, propriétaire de l'immeuble décrit à l’adresse Denzlerstrasse 36, vise la décarbonisation complète de son parc immobilier urbain. La maison de 8 familles était jusqu'à présent chauffée par une chaudière à gaz et les mesures de rénovation comprennent entre autres l'isolation thermique du sol des combles et du plafond de la cave, l'installation de fenêtres à triple vitrage ainsi que l'isolation extérieure de la façade sur cour. La particularité du projet réside dans le remplacement des générateurs de chaleur à énergie fossile par deux pompes à chaleur air/eau, montées dans les combles du bâtiment et insonorisées, et dans l'installation par le maître d'ouvrage d'une installation PVT sur le toit, qui produit à la fois de l'électricité et de la chaleur. Les combles continuant à être utilisés comme grenier, les installations de pompes à chaleur ont été conçues de manière aussi compacte que possible afin de ne pas trop restreindre cette utilisation. L'isolation phonique des pompes à chaleur dans les combles a constitué un défi particulier lors de la mise en oeuvre, en raison de la présence d'appartements adjacents. L'installation PVT préchauffe l'air d'alimentation des pompes à chaleur dans des conduits d'air qui passent sous les modules PV. Cette combinaison vise à améliorer l'efficacité de la production d'électricité photovoltaïque et le COP des pompes à chaleur. Un système de stockage par batterie d'une capacité d'environ 14 kWh joue un rôle important dans l'équilibrage de l'offre et de la demande d'électricité au cours de la journée. La rénovation a permis d'obtenir un bâtiment à énergie nette zéro, bien qu'un seul côté de la façade ait été isolé. Les deux pompes à chaleur air/eau atteignent un COP de 3.86, ce qui, avec les conditions générales existantes, signifie une efficacité globale élevée de la mise à disposition de chaleur. L'utilité de l'installation PVT, c'est-à-dire le refroidissement de l'installation PV et le réchauffement simultané de l'air entrant des pompes à chaleur, s'est avérée faible. Le concept de rénovation montre toutefois, avec les pompes à chaleur air/eau intégrées au toit, une nouvelle voie pour l'utilisation des pompes à chaleur en vue de la décarbonisation de l'approvisionnement énergétique des bâtiments anciens en zone urbaine. Les optimisations énergétiques de la présente mise en oeuvre sont discutées, notamment l'installation d'un chauffe-eau efficace et l'utilisation de capsules PCM dans le réservoir tampon. Le coût total et la durée d'amortissement du concept mis en oeuvre sont élevés. C'est pourquoi Soltop Energie AG étudie les possibilités de commercialiser le concept de pompe à chaleur air/eau intégrée au toit sans le toit hybride PV, afin d'améliorer la rentabilité. L'installation d'un système PV, c'est-à-dire sans utilisation thermique du rayonnement solaire, est alors recommandée.
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