Wie Güllegruben zu Klimaanlagen werden
Bei einer Solaranlage wird Sonneneinstrahlung in Wärme umgewandelt. Davon profitiert auch eine sogenannte Eisspeicherheizung, obwohl das erstmals widersprüchlich klingen mag. Aber ein Eisspeicher kann aus den Solarzellen gewonnene Energie über Wochen und Monate hinweg speichern.
Ein Experte auf diesem Gebiet ist Remo Ritzmann, der Chef von RINO Electronics. Er gehört mit seiner Firma RINO Electronics AG zu den Pionieren für Eisspeicherheizungen in der Schweiz. Die Firma aus Nürensdorf verfolgt ein klares Ziel: «Wir wollen alternative Energielösungen für einen nachhaltigen Umgang mit Energien und Ressourcen entwickeln.» Ritzmann fand eine seiner ersten Anwendungen dafür in Guntmadingen im Kanton Schaffhausen im ehemaligen Bauernhaus seiner Eltern.
2015 standen eine Erweiterung und Sanierung der Liegenschaft an. Nebst zwei bestehenden Wohnungen im Altbau entstanden dabei drei neue im ehemaligen Stall und ein kleines Café. Der Gebäudekomplex «Sunnegg» mit 23 Zimmern bietet Platz für 16 Personen. Beheizt wurde der Altbau vor der Sanierung mit Holz. Da nach dem Neubau aber zusätzliche Heizkapazitäten benötigt wurden, brauchte es eine Alternative.
Ein grosser Kühlschrank, der Energie erzeugt
Im Prinzip sind Eisspeicher grosse, in die Erde eingelassene Behältnisse, die mit herkömmlichem Wasser oder mit Regenwasser gefüllt werden. Darin befinden sich Systeme mit Röhren, in denen eine frostsichere Flüssigkeit zirkuliert. Damit wird dem Wasser im Winter die Wärme entzogen, sodass es gefriert. Durch den Wechsel des Aggregatszustandes von Wasser zu Eis oder umgekehrt wird eine hohe Energiemenge freigesetzt, die wiederum von der Wärmepumpe im Haus genutzt werden kann.
«Das Ganze funktioniert wie ein Kühlschrank. Die Wärmepumpe entzieht die Energie im Kühlschrank und gibt sie an das Gitter an der Rückseite wieder ab. Bei uns ist das Gitter das Haus und das Innere des Kühlschranks der Eisspeicher», erklärt Remo Ritzmann.
Darüber hinaus lassen sich mit dem System auch eine ganze Reihe zusätzlicher Wärmequellen «anzapfen», die im Eisspeicher deponiert werden können. Das sind beispielsweise Erdwärme, Wärme aus Regen, aus Abwasser oder auch aus der Luft. Als angenehme Nebenerscheinung kann der Eisspeicher in den Sommermonaten auch zum Kühlen des Hauses verwendet werden und fungiert damit quasi als Klimaanlage.
Aus einem Bauernhaus wird ein Kraftwerk
Als ehemaligem wissenschaftlichem Mitarbeiter der Zürcher Hochschule für Angewandte Wissenschaften ZHAW war Ritzmann rasch klar: Ein Heizsystem mit einer Wärmepumpe wäre sinnvoll. Weil er aber unabhängiger von den Stromkosten für die Pumpe während der Wintermonate sein wollte, fiel die Entscheidung auf einen zusätzlichen Eisspeicher. Dafür fand Ritzmann einen geeigneten Platz: die alte Güllengrube, die nicht mehr in Verwendung war. Heute kann dieser Eisspeicher 150 Kubikmeter Regenwasser fassen.
Die Sanierung und der Umbau der Sunnegg waren von Anfang an als gesamtheitliches Energieprojekt ausgelegt. Neben der ZHAW als Forschungspartnerin war auch die damalige Kommission für Technologie und Innovation, heute Innosuisse, am Projekt beteiligt. Sie unterstützte das Modellprojekt Sunnegg finanziell, da es von Interesse für Wirtschaft und Gesellschaft in der Schweiz ist. «Wir hatten die Möglichkeit ganz neue Ansätze im Bereich der Heizungstechnik zu erproben», so Ritzmann.
In Sunnegg wird aber nicht nur Strom für den Eigenbedarf erzeugt, sondern weitaus mehr. «Pro Jahr produzieren wir hier gegen 200 Megawattstunden Wärme», sagt Ritzmann. Zum Vergleich: Ein Zwei-Personen-Haushalt verbraucht pro Jahr mit Energie und Warmwasser rund 3400 Kilowattstunden. Von den 200 Megawattstunden Wärme benötigt Sunnegg aber nur rund 80 selbst. «Den Rest können wir an Liegenschaften in der Nachbarschaft abgeben», sagt Ritzmann. Auf Strom für die Wärmepumpe ist die Sunnegg heute nur noch im Januar angewiesen.
IoT und Smart Home auf dem Land
Die Eisspeicherheizung funktioniert noch besser dank smarter Technologie. Deshalb sind die Heizungen mit Temperatursensoren ausgestattet, die in Echtzeit Daten liefern. Ritzmann nennt seine selbst entwickelte Smart-Home-Anwendung «Hydrobus». Sie ist eine intelligente Steuerung, die alle Wärmekomponenten, Quellen und Speicher im Haus miteinander verknüpft und wird somit zu Internet of Things (IoT).
Anhand von laufenden Messungen, aber auch von Wetterprognosen und Verbrauchsprofilen der Benutzer passt sich die Heizung mit dem «Hydrobus» im Stundentakt an und sucht die beste Lösung für die Beheizung der Liegenschaft.
«Dass eine Heizpumpe über ein Rohr mit einem Ventil rein hydraulisch kommuniziert, war gestern. Im Zeitalter von Internet of Things haben wir ganz andere Möglichkeiten, wie diese Elemente miteinander kommunizieren können», sagt Ritzmann.
Eine Eisspeicherheizung lässt sich in zehn Jahren amortisieren
Ein weiterer Vorzug der Technologie ist die Unabhängigkeit von fossilen Brennstoffen wie Gas oder Öl. Die Kosten für die Eisspeicherheizung sind im Vergleich zu einem konventionellen Heizsystem am Anfang höher, lassen sich aber rasch amortisieren.
Im ehemaligen Bauernhaus Sunnegg liegen die Stromkosten bei rund CHF 1200 pro Jahr. Diese würden CHF 12’000 gegenüberstehen, die man für Öl oder Gas ausgeben müsste, rechnet Ritzmann vor. Eine Eisspeicherheizung lässt sich in rund zehn Jahren amortisieren.
