Daniel Philippen

Wärmespeicher können dabei helfen, thermische Netze rationaler zu dimensionieren und zu betreiben. Es können damit Lastspitzen geglättet und der Einsatz fossiler Spitzenlastkessel vermieden werden. Wärmeüberschüsse können zwischengespeichert werden. Insbesondere dezentrale Speicher ermöglichen es zudem, einzelne Netzabschnitte zu entlasten, bzw. Netzverdichtungen und Erweiterungen zu ermöglichen. Sie sind auch ideal für die effiziente Einbindung dezentraler Wärmeerzeuger. In diesem Projekt werden die möglichen Kosten- und Emissionseinsparungen durch den Einsatz dezentraler thermischer Speicher in unterschiedlichen Fernwärmenetzen quantifiziert. Zusätzlich zu Empfehlungen für die Dimensionierung und den Betrieb solcher Speicher wird ein Excel-Anwendertool entwickelt, mit dem Planer den Einfluss von Speichern auf die Leistungsverteilung und die Kosten eines thermischen Netzes bestimmen können.

Eine Solar-Eis-Heizung wurde im Rahmen eines Pilot- und Demonstrationsprojekts ausgelegt und erstellt. Die Heizung versorgt seit 2017 ein Wohn- und Gewerbegebäude mit 2050 m² Energiebezugsfläche mit Raumwärme und Warmwasser. Die Hauptkomponenten der Heizung sind 120 m² unverglaste, spektral selektive Solarwärmekollektoren, ein Eisspeicher mit 210 m³ Volumen, und eine zweistufige Sole-Wasser-Wärmepumpe mit 45 kW thermischer Leistung (B0/W35). Die Wärmetauscher im Eisspeicher werden im Winter periodisch enteist und konnten deswegen mit geringer Übertragungsfläche ausgelegt werden.

Die Bedeutung des hydraulischen Abgleichs von Heizverteilsystemen für die Energieeffizienz von Gebäuden und den Komfort der Bewohner ist seit langem bekannt. Dennoch zeigt sich, dass es an Fachwissen mangelt und in der Praxis immer noch häufig unzureichende Umsetzungen gibt. Unternehmen haben diese Lücke erkannt und neue Produkte sowie Lösungen entwickelt. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts untersuchen wir die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit dieser automatischen hydraulischen Abgleichslösungen und ihren Beitrag zum Komfort und zur Energieeffizienz. Wir installieren die Produkte tatsächlich und testen sie mithilfe eines Hardware-in-the-Loop-Verfahrens. Die Auswirkungen auf ein virtuell detailliert modelliertes Gebäude können in Echtzeit verfolgt und bewertet werden. Die Ergebnisse werden der Fachwelt in Form von Factsheets präsentiert, die einen unabhängigen Vergleich ermöglichen.

SPF hat die technische Leitung im EU Horizon Europe Projekt REVEAL. Im Rahmen dieses Projekts wird ein saisonaler Energiespeicherkreislauf entwickelt, der auf der Oxidation und Reduktion von Aluminium als Energieträger basiert. Zu den Hauptaufgaben des SPF gehört neben der technischen Leitung die Entwicklung von Technologien für Alu-to-Energy: die Umwandlung der im Aluminium chemisch gespeicherten Energie in Wärme und Strom. Diese Entwicklung erfolgt in enger Zusammenarbeit mit dem Institut UMTEC von OST. REVEAL wird vom Programm Horizon Europe der Europäischen Union und dem Schweizer Staatssekretariat für Bildung, Forschung und Innovation (SBFI) kofinanziert und läuft von Juli 2022 bis Juni 2026.

RENOWAVE ist ein Flagship-Projekt der Schweizerischen Agentur für Innovationsförderung (Innosuisse). Es zielt darauf ab, die CO₂-Emissionen des Schweizer Gebäudeparks zu reduzieren, indem Gebäude saniert und von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien umgestellt werden.

Seit Oktober 2021 arbeitet das SPF in einem internationalen Team im EU-geförderten Projekt SophiA an nachhaltigen, netzunabhängigen Versorgungskonzepten für Gesundheitseinrichtungen in Afrika.

Mit solarbasierten Systemen soll Strom, Wärme, Kälte und Wasser in Containermodulen in entlegenen Regionen zur Verfügung gestellt werden.

Die Verringerung der Wärmeverluste bestehender Wohngebäude durch Sanierung der Gebäudehülle ist ein wichtiger Schritt, um den Heizwärmebedarf der Gebäude zu senken. Im EU-Projekt PLURAL werden vorgefertigte Fassadenmodule entwickelt und getestet, welche neuartige Möglichkeiten zur Energieerzeugung, Wärme-/Kälteabgabe und Belüftung mit der Fassade ermöglichen. Die Vorfertigung der Fassadenmodule soll eine schnelle und kostengünstige Sanierung im bewohnten Zustand ermöglichen. Mit drei Feldanlagen werden Sanierungen in verschiedenen europäischen Klimata beispielhaft aufgezeigt. Mit Simulationen werden Komponenten und Gebäude analysiert, eine Plattform zur Verwaltung von Big-Data und ein Instrument zur Entscheidungsfindung bei der Komponentenauswahl und -integration werden entwickelt.

Das Projekt wird durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union unter dem Grant Agreement No. 958218 gefördert.

Moderne Wärmepumpen-Heizungen können ihre Energie auch aus exotisch klingenden Energiequellen wie Eisspeichern gewinnen. In Rapperswil-Jona testen die HSR Hochschule für Technik Rapperswil und die Elektrizitätswerk Jona-Rapperswil AG, wie effizient das Konzept in der Praxis funktioniert. Das System könnte dereinst Öltanks überflüssig machen.

Ein einfaches Konzept einer Solarwärmeanlage mit Drainback-Prinzip, die als Ergänzung bestehender Warmwassererzeuger in Mehrfamilienhäusern eingesetzt werden kann, wird entwickelt. Drei Konzeptvarianten werden mit Energiesimulation und bzgl. Kosten optimiert. Eine der Varianten wird mit thermohydraulischen Simulationen dimensioniert und im Labor getestet. Mit diesem Demonstrator werden sichere Betriebsbedingungen und die Machbarkeit des Konzepts analysiert und dargestellt.

Die technischen Kostenreduktionspotenziale solarthermischer Anlagen werden durch die Erhebung und Analyse von Felddaten ermittelt. Relevante Reduktionspotenziale für Systemkomponenten sollen durch Erforschung und Einsatz neuer Technologien und Materialien genutzt werden. Es werden Systemkonzepte mit reduzierten Kosten entworfen, welche die neuen Komponenten nutzen und bei Installation und im Betrieb eine minimale Fehleranfälligkeit haben.

Dieses Projekt wird unterstützt durch das Bundesamt für Energie (BFE).

Mit diesem Pilot- und Demonstrationsprojekt wird eine Alternative zu den aktuell gängigen Heizsystemen für Bürobauten aufgezeigt. Es wird ein schweizweit einzigartiges Heiz- und Kühlkonzept umgesetzt, das die Fundamentplatte als Wärmesenke und Wärmequelle nutzt. Die Regeneration der Bodenplatte wird hauptsächlich über PVT-Kollektoren gewährleistet. Es wurde ein HLK-Konzept erarbeitet, welches möglichst viel der intern anfallenden Wärme (gewerbliche Kälte, Server, Personen-, Beleuchtungs- und Maschinenlasten) für Heizungszwecke selber nutzt. Ein umfangreiches Monitoring in Kombination mit Simulationen erlaubt es uns das neuartige Konzept im Detail zu untersuchen.

Im Rahmen des High-Ice Projektes wurde ein Heizungskonzept untersucht, welches aus Solarkollektoren, einer Wärmepumpe und einem Eisspeicher mit enteisbaren Wärmeübertragern als Hauptkomponenten besteht. Der Einfluss der Komponentengrössen von Eisspeicher und Kollektorfeld auf den Elektrizitätsverbrauch der Heizung wurde mit Simulationen in TRNSYS analysiert. Die Studie hatte zum Ziel, das Heizungskonzept auch unter ökologischen und ökonomischen Gesichtspunkten zu bewerten. Ein weiterer Teil des Projekts war die Entwicklung eines elastischen Wärmeübertragers aus EPDM-Gummi, der durch Aufblasen mechanisch enteist werden kann.

High-Ice wurde finanziell durch das Bundesamt für Energie (BFE) unterstützt.