Das Sonnenhaus 2.0
Vor über 45 Jahren realisierten ZIMA-Gründer Horst Zimmermann und Dorfinstallateur Arnold Feuerstein mit dem „Sonnenhaus“ eine Ikone der zukunftsfähigen Energieversorgung von Wohngebäuden. 40 Jahre später setzte er mit dem Sonnenhaus 2.0 noch eins drauf. Wir haben die beiden Energiepioniere besucht.
Wann rechnet sich meine PV-Anlage? Wie sieht es mit der Lebensdauer aus und ist der Batteriespeicher am Ende gar ein Haufen Sondermüll? Diese und andere Fragen sind durch den russischen Angriffskrieg in der Ukraine und die damit verbundene Energiepreisexplosion in den Hintergrund gerückt.
Heute dreht sich die Diskussion um Themen wie Autarkie, Notstromfähigkeit und Blackout-Vorsorge und die Loslösung von bestehenden Abhängigkeiten, vor allem von russischem Erdgas, kann vielen nicht schnell genug gehen. Doch bereits während der Ölpreiskrise in den 70er Jahren des letzten Jahrhunderts haben wir einen Vorgeschmack auf die Folgen mangelnder Diversifizierung erhalten.
Das Sonnenhaus 1.0
Während damals nur wenige die Gunst der Stunde genutzt haben, um über den Tellerrand hinauszuschauen, war dies für ZIMA-Gründungsgesellschafter Horst Zimmermann und Dorfinstallateur- Gründer Arnold Feuerstein der Anstoß, ihre eigene Energiezukunft in die Tat umzusetzen.
„Wir waren damals in halb Europa unterwegs, immer auf der Suche nach neuen Impulsen für alternative Wege“, erinnert sich Horst Zimmermann. Für sein Eigenheim stand das Konzept bald fest: Das Duo setzte auf thermische Solarenergie und eine von Arnold Feuerstein selbst entwickelte Wärmepumpe, die von der Firma Eisbär Amann in Hohenems gebaut wurde. Nach nur einem Verdichterwechsel in 47 Jahren wurde das als Prototyp entwickelte Gerät erst kürzlich durch ein aktuelles Modell ersetzt.
„Das beweist, dass alternative Energien schon damals robust und zukunftsfähig waren“, so Arnold Feuerstein. Als Wärmequelle dient ein 70 m³ großer Eisspeicher, der die Umgebungswärme und die Kristallisationsenergie des Phasenwechsels nutzt.
Eisspeicher
Beim Phasenwechsel von flüssig zu fest wird dieselbe Menge Energie frei, wie zum Erwärmen von 0 auf 80° C benötigt wird. In der Praxis heißt das, dass ein Eisspeicher mit einem Volumen von 10 Kubikmetern die gleiche Menge Energie liefert wie die Verbrennung von 110 Litern Heizöl.
Staatspreis für Energieforschung 1977
Für dieses visionäre Projekt wurden die beiden Unternehmer noch 1977 mit dem Staatspreis für Energieforschung ausgezeichnet. „Das erste Sonnenhaus war eines von vielen innovativen Projekten, die ich gemeinsam mit Arnold umgesetzt habe. Es war sozusagen der Startschuss für eine ganze Reihe von Wohnbauprojekten mit alternativen Energiesystemen“, erinnert sich Horst Zimmermann.
Doch die beiden mussten zusehen, wie sich mit der Stabilisierung des Ölpreises wieder der ursprüngliche Status quo breitmachte: „Nachdem Ende der 70er-Jahre über 100 Wärmepumpenhersteller auf der internationalen Sanitär- und Heizungsmesse in Frankfurt ausgestellt hatten, war davon 1983 keine Spur mehr zu sehen. Es ging weiter wie bisher. Hätte die Politik damals schon die Zeichen der Zeit erkannt, wären wir heute viel weiter …“, resümiert Arnold Feuerstein.
Das Sonnenhaus 2.0
Mit an Bord waren Samuel Feuerstein, Arnold Feuerstein und Norbert Fraccaro (Dorfinstallationstechnik GmbH, Götzis), Karl Torghele (Spectrum GmbH, Dornbirn) und Peter Metzler (Optikon OG). Grundidee war es, ein Objekt zu realisieren, das sich in seiner architektonischen Gestalt den Erfordernissen der alternativen Energieversorgung unterordnet. Für diese gestalterisch anspruchsvolle Aufgabe konnte das Architekturbüro Nikolussi- Hänsler gewonnen werden.
PV und Wärmepumpe
Insgesamt wurden PV-Module mit einer Leistung von ca. 40 kWp installiert. Davon 25 kWp vertikal in der Fassade und in einer zweiten Ausbaustufe weitere 15 kWp in Ost-West-Ausrichtung auf dem Flachdach. Die Wärmeerzeugung erfolgt über eine Wärmepumpe mit Erdwärmesonden.
Bei großen PV-Überschüssen kann Wärme auch direktelektrisch über E-Patronen in den beiden großen Pufferspeichern erzeugt werden. Die Kühlung erfolgt passiv über Erdsonden und bei hohem Bedarf aktiv über Gebläsekonvektoren. „Gerade die Kühlung mit Solarstrom wird immer wichtiger. Und das Beste daran ist: Im Sommer produziert die PV-Anlage ohnehin genug Strom“, erklärt Zimmermann.
240-kWh-Batteriespeicher
Der modulare Aufbau der stationären Stromspeichersysteme von e.battery systems beginnt bei einer Kapazität von 240 Kilowattstunden mit einer Entnahmeleistung von 67,5 Kilowatt und ist für den Einsatz in größeren Wohn- und Bürogebäuden sowie für industrielle Anwendungen konzipiert. Der Stromspeicher besteht aus Lithium-Ionen-Zellen, Rücklaufbatterien aus der Automobilindustrie, die durch eine spezielle Steuerung ein zweites Leben erhalten.
Verschiedene Betriebsstrategien im Test
Für das Energiemanagement des erheblichen PV-Überschusses wurden seit der Inbetriebnahme verschiedene Betriebsstrategien getestet. Von April 2021 bis März 2022 wurden die thermischen Speicher direktelektrisch überheizt und der verbleibende Strom ins Netz eingespeist. Anschließend folgte bis November 2022 eine Phase mit sehr hohen Einspeisetarifen, in der der gesamte Überschuss verkauft wurde. Nachdem sich der Strommarkt beruhigt hatte, wurde damit begonnen, den Speicher nicht mehr direktelektrisch, sondern mit Hilfe der Wärmepumpe zu überhitzen.
Seit Jänner dieses Jahres wird zuerst der elektrische Speicher geladen, dann der thermische Speicher mittels Wärmepumpe aufgeheizt, bevor der Überschuss in das Netz eingespeist wird. Derzeit folgt die Steuerungslogik dem Gedanken, den erzeugten Strom vorrangig im Objekt und in Form von E-Mobilität zu verbrauchen, also den Eigenverbrauch zu maximieren und das Stromnetz zu entlasten. Völlige Unabhängigkeit vom Stromnetz war nie das Ziel, aber gerade in der Übergangszeit der Heizperiode leisten die Fassadenmodule einen nicht zu unterschätzenden Beitrag zur Gesamtenergieversorgung des Objektes.
- Art: Zweifamilienhaus
- WNF: 285 m2
- HWBREF,SK: 19,8 kWh/m2BGF
- Wärmeerzeuger: Sole-Wärmepumpe
- Pufferspeicher: 2 x 1570 Liter
- Photovoltaik: 40 kWp (davon 25 kWp in der Fassade)
- Batteriespeicher: 240 kWh, 67,5 kW
- Lüftung: Wohnraumlüftung mit WRG
- Kühlung: Passiv über Erdsonden, aktiv über Splitkühlgeräte
- ZM3, Feldkirch
- Dorfinstallationstechnik, Götzis
- e-battery Systems, Wolfurt
- OPTIKON OG, Feldkirch
- Elektrotechnik Langer, Feldkirch
- Spectrum Bauphysik & Bauökologie, Dornbirn
Mit dem Sonnenhaus 2.0 hat sich Horst Zimmermann in Göfis gemeinsam mit seinem Projektpartner, der ZM3 Immobiliengruppe, ein Reallabor geschaffen, um angewandte Forschung im Wohnbau zu betreiben und die „Grenzen der Autarkie“ zu erforschen. Hut ab für so viel Pioniergeist und Forscherdrang!
Dieser Beitrag stammt aus der Zeitschrift "max50" des Energieinstitut Vorarlberg. Dort finden Sie auch ausführliche Statements der weiteren Projektbeteiligten.