Abschnittsübersicht

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    Analyse der Energieversorgung

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    • Diese Story untersucht die ganzheitliche Integration aller Gebäudesysteme des Mehrfamilienhauses Schwamendingen – von den Energiequellen Sonne, Erdreich und Luft über Speicherung und Verteilung bis zur Raumabgabe. Ziel ist ein vernetztes, effizientes und nachhaltiges Energiesystem, das alle Komponenten optimal miteinander verbindet.

      Case Study: MFH Schwamendingen

    •   author Zhishuang Liu 11.06.2025  

    • Schnittschema MFH Schwamendingen. Dieses Bild zeigt einen Überblick über alle relevanten Gebäudesysteme. Details findet man auf der Folie am Ende dieser Story.Sezione dell’edificio residenziale plurifamiliare di Schwamendingen.

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    Versorgungsanalyse

    • Kann man an unserem Standort Erdsonden erstellen?

      Tool: GIS-Browser

      Wie viele typische Schweizer Gebäude aus den 1970er-Jahren wird auch das Mehrfamilienhaus in Schwamendingen noch mit Heizöl betrieben, einer nicht erneuerbaren Energiequelle. Beim Verbrennen von Heizöl entstehen grosse Mengen an CO₂ und anderen Schadstoffen, zudem weist die Ölheizung eine sehr geringe Effizienz auf.

      Im Rahmen einer energetischen Sanierung sollte daher geprüft werden, welche alternativen Energiequellen sich für das Gebäude eignen. Dazu ist es notwendig, zunächst die lokale Situation zu analysieren. Mithilfe von den Tools lässt sich ermitteln, welche nachhaltigen Energiequellen am Standort Stettbachstrasse 43, 8051 Zürich genutzt werden können.

    • Diese Karte zeigt, dass am Standort des Mehrfamilienhauses Schwamendingen die Möglichkeit für Erdwärmesonden mit Bohrprofil besteht. Quelle: GIS-Browser, Kanton Zürich

    • Mit dem GIS-Browser des Kantons Zürich lässt sich klar erkennen, dass an diesem Standort keine Grundwassernutzung zur Wärmeerzeugung möglich ist. Der Grund liegt in den hydrogeologischen Gegebenheiten des Untergrunds.

      Dafür zeigt die Karte jedoch eine gute Eignung für Erdwärmesonden mit Bohrprofil. Die zulässige Sondentiefe beträgt dabei bis zu 234 Meter.

      Auf dieser Grundlage wird eine Sole-Wasser-Wärmepumpe eingesetzt, die über vier Erdsonden mit einer Tiefe von jeweils rund 234 Metern verfügt. Dieses System nutzt die im Erdreich gespeicherte Wärme effizient und stellt eine nachhaltige Alternative zur bisherigen Ölheizung dar.

      Eine Sole-Wasser-Wärmepumpe entzieht dem Erdreich über Erdsonden oder Erdkollektoren Wärmeenergie. Eine Sole, nähmlich ein Wasser-Glykol-Gemisch, transportiert diese Wärme zur Wärmepumpe. Dort wird ein Kältemittel im Verdampfer verdampft, anschliessend im Verdichter komprimiert und dadurch auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Im Verflüssiger gibt das Kältemittel die gewonnene Wärme an das Heizsystem ab, beispielsweise an eine Bodenheizung, bevor der Kreislauf über das Expansionsventil erneut beginnt.

      Erdsonden bieten gegenüber Erdkollektoren mehrere Vorteile: Sie erzielen einen höheren Wirkungsgrad, benötigen weniger Platz und nutzen konstante Erdtemperaturen. Erdkollektoren sind zwar kostengünstiger, erfordern jedoch eine grosse Fläche. In diesem Fall sind Erdsonden die geeignetere Lösung.

    • This diagram illustrates the operating principle of a brine-to-water heat pump. Source: Bonin, Heat Pump Handbook, Beuth, 2012.

    • Eine Luft-Wasser-Wärmepumpe wäre grundsätzlich ebenfalls möglich. Im Vergleich dazu zeichnet sich die Sole-Wasser-Wärmepumpe jedoch durch einen besseren Wirkungsgrad, einen leiseren Betrieb und eine stabilere Leistung im Winter aus, auch wenn sie höhere Investitionskosten verursacht und nicht überall zulässig ist. Da an unserem Standort der Einsatz einer Sole-Wasser-Wärmepumpe mit Erdsonden erlaubt ist, wurde diese Variante gewählt. Zur Wärmeverteilung wird eine Bodenheizung mit einer Vorlauftemperatur von 35 °C eingesetzt, anstelle von Radiatoren mit 60 °C, was zu einem höheren COP (Coefficient of Performance) führt.

    • Kann die Sonne ebenfalls als Energiequelle genutzt werden?

      Tool: Geo-Admin, Sonnendach/Sonnenfassade, Solarrechner EnergieSchweiz

      Das Erdreich stellt zwar eine verlässliche Energiequelle dar, sollte jedoch nicht die einzige lokale Energiequelle bleiben. Die Sonne bietet ebenfalls ein enormes Potenzial, da sie unbegrenzt verfügbar und erneuerbar ist. Durch die Kombination von Erdwärme und Solarenergie kann das Gebäude eine noch höhere Energieeffizienz und Autarkie erreichen.

      Mit Hilfe der digitalen Werkzeuge Sonnendach und Sonnenfassade, die über Geo-Admin abrufbar und mit dem Solarrechner von EnergieSchweiz verknüpft sind, lässt sich das Solarpotenzial eines Gebäudes präzise analysieren.

      Diese Tools zeigen auf, welche Dach- oder Fassadenflächen sich besonders gut für die Installation von Photovoltaik- oder Solarthermieanlagen eignen, basierend auf Ausrichtung, Neigung und Verschattung.

    • Analyse der Solarpotentiale. Quelle: Geo-Admin, Solarrechner Energieschweiz

    • Die Ergebnisse der Analysetools fallen ausgesprochen positiv aus. Da das Mehrfamilienhaus Schwamendingen über ein flaches Dach verfügt und sich in einer Umgebung ohne nennenswerte Verschattung befindet, ist es ideal für die Installation von Photovoltaikmodulen geeignet.

      Gemäss den Berechnungen von Tool Solarrechner EnergieSchweiz könnte das Dach rund 62'660 kWh Strom pro Jahr erzeugen. Der Eigenverbrauchsanteil liegt dabei bei 29 %. Dieser Wert beschreibt, welcher Anteil des selbst erzeugten Stroms direkt im Gebäude genutzt wird, anstatt ins öffentliche Netz eingespeist zu werden. Durch den Einsatz eines Batteriespeichers kann überschüssiger Solarstrom zwischengespeichert und später verwendet werden, wodurch sich der Eigenverbrauch erhöht und der Bezug von Netzstrom reduziert. Laut dem Solarrechner von EnergieSchweiz kann der Eigenverbrauch mit einer Batterie von 62.5kWh auf bis zu 44.4 % gesteigert werden.

      Der gesamte Strombedarf des Mehrfamilienhauses beträgt 63'696 kWh pro Jahr. Mit der installierten PV-Anlage kann der Bedarf während grosser Teile des Jahres, insbesondere in den wärmeren Monaten, nahezu vollständig gedeckt werden. Nur in den Wintermonaten, bedingt durch die saisonalen Schwankungen der Sonneneinstrahlung, muss ein kleiner Anteil weiterhin aus dem öffentlichen Netz bezogen werden.

      Auch die Sonnenfassade zeigt ein erfreuliches Potenzial: Die südorientierte Fassade des Gebäudes eignet sich sehr gut für die Nutzung von Solarenergie, und auch die Westfassade kann zusätzlich einbezogen werden. Da das Dach bereits den grössten Teil des Strombedarfs abdeckt, könnten die Fassadenmodule sinnvoll für Solarthermie eingesetzt werden, um den Wärmebedarf zu unterstützen. Dies ist besonders im Winter vorteilhaft, wenn der Heizbedarf stark ansteigt und der Sonnenstand tiefer liegt. In dieser Jahreszeit kann die solare Wärmegewinnung über die Fassade einen bedeutenden Beitrag leisten.

      Die Solarkollektoren an der Fassade erreichen dabei einen hohen solaren Deckungsgrad von 74.5 % für Warmwasser und Heizung, was die Effizienz dieser Lösung zusätzlich unterstreicht.

    • Fassade mit Solarkollektoren. Photo: Kämpfen Zinke + Partner AG

    • Eine nicht nur funktionale, sondern auch ästhetisch überzeugende Lösung wurde für die Fassadensanierung mit Solarkollektoren entwickelt. Die Flächen zwischen den Balkonen und Loggien an der Ost-, Süd- und Westfassade wurden ab dem ersten Obergeschoss mit insgesamt 180 Quadratmetern Solarthermiekollektoren ausgestattet. Durch die Verteilung auf drei Gebäudeseiten bleibt der Energieertrag über das Jahr hinweg relativ konstant, was die Effizienz des Systems deutlich erhöht.

      Die Sonnenkollektoren sind mit einem innovativen, hell bronzefarben changierenden Glas versehen, das in Zusammenarbeit mit der ETH Lausanne (EPFL) entwickelt wurde. Je nach Tageszeit und Wetterbedingungen verändert sich die Farbwirkung der Oberfläche, wodurch die Module der Gebäudehülle eine lebendige und charakteristische Erscheinung verleihen.

      Die Wandflächen ohne Solarpaneele wurden mit Rankhilfen für Kletterpflanzen gestaltet. Diese Fassadenbegrünungen schützen die Aussenwände vor übermässiger Sonneneinstrahlung und tragen gleichzeitig zurVerbesserung des Mikroklimas bei.

    • Wie wird die Energie gespeichert?

      Um den Eigenverbrauch des selbst erzeugten Solarstroms zu erhöhen, wird die Photovoltaikanlage mit einem Batteriespeicher kombiniert. Dieser ermöglicht es, überschüssige Energie zu speichern und bei Bedarf wieder abzurufen, sodass das Gebäude weniger Strom aus dem Netz beziehen muss.

      Neben der elektrischen Speicherung stellt sich auch die Frage, ob sich die durch die Sole-Wasser-Wärmepumpe und die Solarthermieanlage gewonnene Wärme effizient speichern lässt. Die Antwort lautet Ja – und dies auf besonders innovative Weise.

    • Ort des Wärmespeichers. Pläne: Kämpfen Zinke + Partner AG

    • Im Inneren des Gebäudes bot sich ein konstruktiver Vorteil, der ursprünglich nicht geplant war: Ein zentral gelegener Abluftschacht, der zur Entlüftung der Tiefgarage diente, konnte nach einer technischen Anpassung umgenutzt werden. Anstelle der bisherigen Funktion bietet der Schacht nun Platz für einen 19 Meter hohen Wärmespeicher mit einem Volumen von rund 19'000 Litern.

      Dieser Wärmespeicher ermöglicht es, überschüssige Wärmeenergie zwischenzuspeichern und sie bei geringer Sonneneinstrahlung oder während Schlechtwetterperioden zur Verfügung zu stellen. Damit wird die kontinuierliche Versorgung mit Wärme gewährleistet, auch wenn zeitweise keine direkte Solarenergie verfügbar ist.

      Darüber hinaus kann überschüssige Wärme über vier tiefe Erdsonden in das Erdreich geleitet werden, das als natürlicher saisonaler Wärmespeicher dient. Die Kombination aus Batteriespeicher, thermischem Speicher und Erdsonden schafft ein hocheffizientes Energiesystem, das sowohl ökologisch als auch technisch überzeugt.

    • Links: Schematische Darstellung der Zusammenarbeit von Solarspeicher, Sonnenkollektoren und Wärmepumpe. Quelle: Deutsche Bauzeitung, 2019
      Rechts: Installation des Solarspeichers vor Ort. Photo: Kämpfen Zinke + Partner AG

    • Ist ein mechanisches Lüftungssystem notwendig?

      Nach der Optimierung der Systeme für Strom- und Wärmeversorgung stellt sich nun die Frage, ob auch das Lüftungssystem verbessert werden sollte. Grundsätzlich wäre es zwar möglich, das gesamte Gebäude ausschliesslich über natürliche Lüftung zu versorgen, doch die damit verbundenen Wärmeverluste sind erheblich.

      Wie das untenstehende Diagramm zeigt, entstehen im Mehrfamilienhaus Schwamendingen durch natürliche Lüftung jährliche Lüftungsverluste von bis zu 4 400 kWh. Besonders im Winter sind diese Verluste deutlich höher, da die Temperaturdifferenz zwischen Innen- und Aussenluft stark ausgeprägt ist. Dies wirkt sich negativ auf den Energieverbrauch und den thermischen Komfort der Bewohner aus und stellt in der kalten Jahreszeit ein kritisches Problem dar.

      Hinzu kommt, dass alle Badezimmer im Gebäude keine Fenster besitzen und somit nicht natürlich belüftet werden können. Aus diesen Gründen lässt sich auf ein mechanisches Lüftungssystem nicht verzichten. 

    • Diagramm der Lüftungswärmeverluste durch natürliche Lüftung.

    • Aus diesen Gründen ist ein mechanisches Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung empfehlenswert. Im Mehrfamilienhaus Schwamendingen wird daher ein solches System installiert.

      Ein Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung nutzt die Wärme der abgeführten Raumluft, um die einströmende Frischluft vorzuwärmen. Dabei strömen beide Luftmengen durch einen Wärmetauscher, ohne sich zu vermischen – es wird lediglich Wärmeenergie übertragen. Auf diese Weise gelangt vorgewärmte Frischluft in das Gebäude, während die verbrauchte Luft nach aussen abgeführt wird.

      Dieses System reduziert die Heizenergieverluste erheblich und sorgt gleichzeitig für ein angenehmes, gesundes Raumklima. Besonders im Winter, wenn eine ausreichende natürliche Lüftung schwierig ist, trägt die mechanische Lüftung mit Wärmerückgewinnung entscheidend zur Energieeffizienz und zur Luftqualität im Innenraum bei.

    • Systemkette und Schnittschema

      Zusammenfassend umfasst die Sanierung des Mehrfamilienhauses Schwamendingen verschiedene Gebäudesysteme, die gemeinsam ein integriertes Energiekonzept bilden.

      Zur Deckung des Strombedarfs werden Photovoltaikmodule auf dem Dach installiert. Bei saisonalen Schwankungen wird zusätzlich Strom aus dem öffentlichen Netz bezogen. Ein Batteriespeicher erhöht den Eigenverbrauchsanteil und optimiert die Nutzung der vor Ort erzeugten Energie.

      Für den Heizwärmebedarf ersetzt eine Sole-Wasser-Wärmepumpe die bisherige Ölheizung. Diese Anlage kann bei Bedarf auch zur Kühlung eingesetzt werden. Ergänzend dazu liefert die Solarthermieanlage an der Fassade zusätzliche Wärmeenergie, während ein grosser Wasserspeicher die gewonnene Energie zwischenspeichert und bei Bedarf wieder zur Verfügung stellt.

      Zur Belüftung des Gebäudes wird neben der natürlichen Lüftung auch ein mechanisches Lüftungssystem mit Wärmerückgewinnung installiert. Dieses sorgt für eine kontinuierliche Frischluftzufuhr und trägt gleichzeitig zur Reduktion der Wärmeverluste bei.

      Insgesamt entsteht dadurch ein effizient vernetztes Energiesystem, das Strom, Wärme, Kühlung und Lüftung optimal miteinander verbindet und den Energieverbrauch des Gebäudes langfristig reduziert.

    • Systemkette MFH Schwamendingen, Quelle: A/S

    • Schnittschema MFH Schwamendingen: Strom, Wärme, Lüftung und alle.

    • Abschluss: Von der Quelle zum Raum

      Das Mehrfamilienhaus Schwamendingen zeigt, dass nachhaltige Gebäudetechnik weit mehr ist als die Verbindung einzelner Anlagen. Sie entsteht aus dem Zusammenspiel von Energiequellen, Architektur und Technologie.

      Die Integration von Sonne, Erdreich, Luft und digitalen Werkzeugen wie GIS-Browser, Geo-Admin und Solarrechner macht sichtbar, wie Daten und Gestaltung gemeinsam zu einem intelligenten, effizienten System verschmelzen. Die Systemkette und das Schnittschema veranschaulichen dabei auf einfache Weise, wie Energieflüsse im Gebäude von der Quelle bis zur Nutzung im Raum ineinandergreifen.

      Vor allem aber erinnert uns dieses Projekt daran, dass zukunftsfähige Architektur bei der Gestaltung der Systeme selbst beginnt – in der Balance zwischen Funktion, Form und Umwelt. Es lädt uns ein, Gebäude als lebendige Akteure zu verstehen, die Energie nicht nur verbrauchen, sondern sie formen, speichern und weitergeben.

    • Habt ihr Fragen oder Kommentare?

      Forum

      Wenn Sie Fragen zur Wärmebedarfsanalyse oder zum Projekt MFH Schwamendingen haben, oder wenn Sie Ihre eigenen Erfahrungen und Überlegungen zu thermischer Simulation, Sanierungsmassnahmen oder der Nutzung von Tools wie Ubakus teilen möchten, können Sie sich gerne an der Diskussion im Forum beteiligen.

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