BFE Schlussbericht Phase II Überbauung Grabenweg
Sechs Jahre nach Eingabe des Projektantrages beim Bundesamt für Energie (BFE) wurde Mitte März 2022 der Schlussbericht „Innovative Eigenverbrauchsoptimierung für Mehrfamilien-Arealüberbauung – Phase II: Zweite Messperiode mit Vergleich verschiedener Regelalgorithmen“ publiziert.
Zusammenfassung Schlussbericht Phase II: zweite Messperiode mit Vergleich verschiedener Regelalgorithmen
In Möriken-Wildegg wurde eine innovative Areal-Überbauung mit 4 Mehrfamilienhäusern als Zusammenschluss zum Eigenverbrauch (ZEV) realisiert. Im lokalen Netz wird der Betrieb der 4 Wärmepumpen, ca. 70 Haushaltgeräte und mehreren Elektromobil-Ladestationen automatisch auf die Produktion der PV-Anlagen abgestimmt. Damit wird der lokale Eigenverbrauchsanteil erhöht und die Netzbelastung reduziert. Im Rahmen der Phase I wurde eine neuartige Software entwickelt, mit welcher die Verbraucher im gesamten Areal gesteuert werden können. Diese Software beinhaltet eine Verbrauchsoptimierung nachdem Prinzip des «Real Time Pricing». In Phase I wurde klar, dass das grösste Steigerungspotential aller Verbraucher in den Wärmepumpen liegt.
Deshalb wurden in der vorliegenden Messperiode II verschiedene Regelstrategien für die Wärmepumpen verglichen. Dazu konnten drei praktisch baugleiche, bewohnte Gebäude unter gleichen Witterungsbedingungen verglichen werden. In einem Gebäude wurde nur die Warmwasserproduktion optimiert, indem diese einfach auf den Tag geschoben wurde. Das Heizen wurde nicht optimiert. Im zweiten Gebäude wurde das Heizen optimiert, indem die Temperatur im Pufferspeicher bei solarem Überschuss gezielt erhöht wurde, so wie es heute für die Eigenverbrauchsoptimierung standardmässig gemacht wird. Im dritten Gebäude wurde der neuartige Ansatz eines vollständigen Thermomanagements getestet, mit welchem die thermische Masse des Gebäudes aktiv als Speicher genutzt wird. Dazu wurden auch die Vorlauftemperaturen und die Raumsollwerte gezielt beeinflusst. Zudem wurden die tatsächlichen Raumtemperaturen permanent überwacht und in der Regelung berücksichtigt.
Die Resultate waren verblüffend: Mit dem vollständigen Thermomanagement konnte der solarelektrische Deckungsgrad für das Heizen mit der Wärmepumpe über das gesamte Jahr gesehen um den Faktor 2 erhöht werden gegenüber dem Fall ohne Optimierung (von 17.7% auf 35.7%). In der Übergangszeit lag der Faktor sogar bei 2.4 (von 30.2% auf 72.2%). Im Vergleich dazu wurde mit der einfachen Temperaturüberhöhung des Speichers nur ein jährlicher Faktor von 1.2 erreicht (von 17.7% auf 21.5%). Zudem konnte gezeigt werden, dass mit dem Thermomanagement die Effizienz der Wärmepumpe hoch bleibt (Jahresarbeitszahl bei knapp 5). Im Vergleich dazu nahm die Effizienz des Systems bei einer Temperaturüberhöhung des Speichers ab.
Im Hinblick auf die befürchtete «Winterstromlücke» wurde der Winterfall speziell betrachtet. Hier hatte das Thermomanagement ebenfalls einen klaren Vorteil. Der energetische Netzbezug konnte um 10 Prozentpunkte reduziert werden. Zudem kann auch der leistungsmässige Netzbezug reduziert werden, indem das Gebäude als Speicher gezielt genutzt wird. Die Idee kann also nicht nur für die heute weit verbreitete «Eigenverbrauchsoptimierung» genutzt werden, sondern auch für die Stabilisierung des Stromnetzes in der Zukunft. Die Wärmepumpen können bei Tieflastphasen hochgefahren werden und bei Hochlastphasen heruntergefahren werden, während die Energie in den Gebäuden gepuffert wird.
Mit diesen Messungen konnte gezeigt werden, dass die Speicherung von Energie in Gebäuden ohne wesentliche Zusatzinvestitionen möglich wird. Es sind keine überdimensionierten Pufferspeicher oder gar teure Batteriespeicher notwendig, sondern es reicht eine intelligente Gebäudeautomation. Da die Wärmepumpentechnologie in der Schweiz weit verbreitet ist, wird das gesamtschweizerische Potential als enorm hoch eingestuft. Zur Speicherung eignen sich alle Gebäude, welche gut gedämmt sind und eine genügend hohe thermische Trägheit haben, und speziell solche mit Fussbodenheizsystemen (da dort der grösste Anteil an Energie gespeichert wird).
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