Die auf rund 3.000 Meter über Meer im Hochgebirge gelegene Neue Monte-Rosa-Hütte ist ein Musterbeispiel für die neusten Entwicklungen der Gebäudetechnologie. Die darin erprobten Technologien und weitere Forschungsprojekte wie beispielsweise „OptiControl“ besitzen ein großes Potenzial bei allen Gebäudetypen.

Am 14. Juli 2011 knallte es unüberhörbar im Monte-Rosa-Massiv südlich von Zermatt: Rund 100 Kilogramm Sprengstoff beendeten den Rückbau der alten Monte-Rosa-Hütte auf 2.795 m.ü.M. Vielen Berggängern war die Steinhütte, über viele Jahre hinweg eine der größten und am besten frequentierten des Schweizer Alpen-Clubs, ans Herz gewachsen. Im Laufe der Zeit waren allerdings die Komfortansprüche gestiegen und die Berghütte konnte nicht mehr zeitgemäß betrieben werden, weshalb rund 100 Meter oberhalb des alten Gebäudes ein neues errichtet wurde.

Nach einer Planungs- und Bauzeit von rund sechs Jahren wurde die neue SAC-Hütte „Monte Rosa“ im September 2009 für die Alpinisten geöffnet. Die Idee zur Konzeption und Ausführung dieses Prestigeprojekts war anlässlich des Jubiläums „150 Jahre ETH Zürich“ entwickelt worden. Wegen der peripheren Lage fernab jeglicher Infrastruktur stand ein möglichst hoher Selbstversorgungsgrad im Mittelpunkt aller Planungen. Diese weitgehende Autarkie und die angestrebte Nachhaltigkeit waren nicht durch bloßes Optimieren der einzelnen Gewerke zu erlangen. Der Weg führte über die intelligente Kombination sämtlicher Bestandteile. Bei der Gebäudehülle wurde vor allem auf die Materialwahl und die räumliche Anordnung geachtet.
Bei der aktiven Energieversorgung setzt man auf thermische Sonnenkollektoren, eine Fotovoltaikanlage sowie auf die Gebäudetechnik und deren Steuerung. Das System kann im Bedarfsfall von einem mit Flüssiggas betriebenen Blockheizkraftwerk unterstützt werden.

Das Wettergeschehen energetisch ausnutzen

In der so genannten F-E Phase II sollen neben der bisher implementierten konventionellen Regelstrategie auch „Gästebuchungen/Belegung“ und „Wetterprognosen“ ins Gebäudeautomationssystem eingespeist werden. Damit ergibt sich eine prädiktive Gebäudeautomation, das heißt, diese richtet sich vorausschauend nach dem Wetter und verwendet regionale Wettervorhersagen anstelle aktueller Umgebungswerte wie Außentemperatur oder Sonneneinstrahlung. Periodisch soll das System automatisch eingreifen, um das Wettergeschehen am besten auszunutzen. Projektpartner der F-E Phase II sind ETH Zürich, HS Luzern und BT.

Das vorausschauende Verfahren hat große Vorteile, wie das Beispiel des Abwasserreinigungsprozesses illustriert: Wenn die Batterie und der Abwassertank der Hütte halb voll sind und in nächster Zeit Sonnenschein vorhergesagt ist, startet die Regelung den stromverbrauchenden Reinigungsprozess für das Abwasser. So verhindert die Anlage, dass durch ein zu schnelles Aufladen der Batterie Sonnenenergie ungenutzt bleibt. Bei schlechter Wetterprognose wird der Reinigungsprozess gestoppt. Sonst bestünde die Gefahr, dass die Stromreserven der Batterie aufgebraucht würden und man auf das kostbare Flüssiggas umsteigen müsste.

Dass sämtliche Bestandteile dieses Gesamtsystems einwandfrei miteinander funktionieren, dafür sorgt die Gebäudeautomationssoftware Desigo der Siemens-Division Building Technologies (BT). Mit dieser wird die ständige Überwachung der Parameter, die Anpassung an die sich ändernden Bedürfnisse der Gebäudebenutzer sowie später auch die Kopplung zur verbundenen energetischen Optimierung vorgenommen. Die Steuerungssoftware wird dabei über Fernzugriff laufend optimiert, was eine weitere Effizienzsteigerung zur Folge hat.

Forschungsprojekt „OptiControl“

Gebäude verursachen über die Hälfte des europäischen Primärenergiebedarfs. Der Einsatz neuer Gebäudetechnologien (z.B. Wärmepumpen, thermoaktive Bauteilsysteme, Solaranlagen, Kühlung durch Nachtlüftung etc.) birgt daher ein großes Energiesparpotenzial. Es ergeben sich jedoch komplexe Gesamtsysteme, die von stark variierenden Randbedingungen (Wetter, Belegung, dynamische Strompreise) abhängen. Um solche Anlagen optimal zu betreiben, werden zum Teil neue, vorausschauende Regelungskonzepte unter Verwendung von Wetter- und Belegungsvorhersagen benötigt.

Im Rahmen des Forschungsprojekts für Optimal Building Climate Control („OptiControl“), einer Kooperation der ETH Zürich, der EMPA, von Gruner AG, MeteoSchweiz und BT, werden solche vorausschauende Regelungskonzepte entwickelt. Die dabei erarbeiteten vorausschauenden Regelstrategien zielen darauf ab, den Energieverbrauch von Gebäuden bei niedrigen Investitions- und Betriebskosten zu minimieren. Gleichzeitig sollen der Nutzerkomfort verbessert und elektrische Lastspitzen begrenzt werden. Das innovative Regelungskonzept entspricht demjenigen der Monte-Rosa-Hütte, im Zentrum des Projekts stehen jedoch verschiedene andere Anwendungen, insbesondere die Anwendung integrierter Raumautomation in Bürogebäuden. Bei dieser geht es um die automatisierte optimale Regelung der Jalousien und der Beleuchtung, Heizung, Kühlung und Lüftung in einzelnen Gebäudezonen. Die Spezialisten entwickelten dabei Software, Modelle und Datensätze für die simulationsgestützte Evaluation von Regelstrategien, neue Regelalgorithmen, neue Algorithmen für verbesserte Wettervorhersagen am Gebäudestandort sowie Analysen von Einsparpotentialen im Zusammenhang mit der Regelung.

Es hat sich gezeigt, dass für solche intelligent arbeitenden Systeme zuverlässige Wetterdaten wichtig sind. Neue Wettermodelle liefern schon heute zellenweise und auf etwa zwei Kilometer genau die örtlichen Wettervorhersagen. Diese numerischen Wettervorhersagen können einerseits durch Messungen von meteorologischen Messstationen und andererseits von lokalen Sensoren des Gebäudeautomationssystems noch korrigiert werden. Mit dieser Vorgehensweise werden lokale Vorhersagen – für den Gebäudestandort – noch viel genauer als bisher.

Die vorausschauende Verarbeitung aller Daten und deren Optimierung im Gebäudeautomationssystem ist sehr rechenintensiv und bedingt leistungsfähige Elektronik, die allerdings immer kostengünstiger verfügbar ist. Fachleute rechnen damit, dass die gesamte Ausrüstung für die optimale Gebäudesteuerung nicht mehr kosten wird, als sich durch die ersparten Energiekosten als auch durch verbesserten Komfort im Gebäude schnell von selbst bezahlt macht.