Das Gasthaus Göscheneralp, ein Familienbetrieb im Göscheneralptal bei Göschenen, Uri, ist als
Testumgebung für die Anwendung von verbesserten Heizsystemtechnologien analysiert worden. Das Ziel ist
eine vergleichbare Analyse verschiedener Heizsysteme als mögliche klimaneutrale Lösungen zu entwicklen,
um den Elektrizitätsverbrauch und die Energiekosten zu reduzieren.
Die aktuelle Situation des Gasthauses Göscheneralp wurde analysiert und drei Technologien wurden als
mögliche Varianten gewählt: eine Sole/Wasser- Wärmepumpe, ein Vakuum Rohr Kollektor System, und eine
verbesserte Wärmedämmung in der Gebäudehülle. Diese drei Technologien wurden auf der ersten Ebene in
Bezug auf die Nachhaltigkeit im wirtschaftlichen, ökologischen und gesellschaftlichen Umfeld bewertet. Auf
der zweiten Ebene wurde der Nettobuchwert im wirtschaftlichen Bereich, das Potential der globalen
Erwärmung sowie die Ästhetik und der Komfort im sozialen Bereich als endgültige Werte bestimmt. Die
Technologien und die definierten Kriterien sind mittels einer Kosten-Nutzen Analyse, einer Ökobilanz, und
einer Multikriterien-Entscheidungsanalysemulti-Kriterien auswertet worden.
Auf Grund der ausgewerteten Ergebnisse der verschiedenen Methoden wird die Anwendung einen Vakuum
Rohr Systems vorgeschlagen. Diese Variante hat bezüglich ökologischer und wirtschaftlicher Nachhaltigkeit
die höchste und bezüglich gesellschaftlichem Umfeld die zweithöchste Gesamtpunktzahl erreicht. Eine
zusätzliche Verbesserung könnte mit der Verstärkung der Wärmedämmung in der Gebäudehülle erzielt
werden. Zu Erwähnen ist noch, dass die Variante Sole/Wasser-Wärmepumpe wohl die nachhaltigste aber
auch teuerste Lösung darstellt. Der derzeitige tiefe Strompreis in der Göscheneralp sprechen gegen diese
Variante. Sollte der Strompreis jedoch stark steigen, könnte die Installation einer Sole/WasserWärmepumpe
eine plausible Lösung werden.
Gasthaus Göscheneralp, a family-run hotel/restaurant business in central Switzerland, was analysed as a
testbed for the application of improved heating system technologies. The aim of this report is to develop a
comparative analysis of various heating systems as a possible climate-neutral solution to reduce electricity
consumption and cut energy costs.
The current situation of the Gasthaus Göscheneralp was evaluated, then three technologies were considered
as possible heating alternatives: a ground-sourced heat pump, an evacuated tube collector solar system, and improved building insulation. The technologies were evaluated using the first level criteria of economic, environmental, and social sustainability. Then, the second level criteria of net present value (economic), global warming potential (environmental), and aesthetics and comfort (social) were established as final indicator values. The technologies and the established criteria were evaluated using the techniques of a cost/benefit analysis, a life cycle assessment, and a multi-criteria decision analysis.
Given the results of these evaluation techniques, it is recommended to implement the evacuated tube collector solar system. This technology scored highest in environmental and economic sustainability categories and second in the social category. Additional improvement could be made with stepwise measures to increase the thermal resistance of the building envelope with improved building insulation. It is also notable that although the ground source heat pump is the most cost effective solution during the operating phase, it is not recommended given the current energy tariffs of the Gasthaus Göscheneralp. However, if energy prices increase significantly, the low energy demand of the ground-sourced heat pump could prove to be a feasible option.
Der Gebäudesektor ist stark von nicht erneuerbaren Energiequellen abhängig und verantwortlich für einen Großteil
der klimaschädlichen CO₂-Emissionen in der Schweiz. Es ist davon auszugehen, dass die Umgebungstemperatur
während der Lebensdauer eines heute entworfenen, geplanten und gebauten Gebäudes deutlich ansteigt. Dies bringt
die Notwendigkeit energieeffizienter Gebäude in Bezug auf die Heizenergie sowie den Schutz vor Überhitzung mit sich.
Gebäudeenergie-Simulationen ermöglichen Vorhersagen über verschiedene Aspekte eines Gebäudes. Einzelne
Parameter und Maßnahmen können analysiert und die Erfüllung der Anforderungen an das Innenraumklima und die
thermische Behaglichkeit nachgewiesen werden.
In Ennetbürgen, Kanton Nidwalden, wird derzeit ein Gebäudepark mit 10 Gebäuden und 70 Wohneinheiten geplant.
Der Bauherr dieses Projektes, die Vereinigung BIZUN, setzt auf die thermische Behaglichkeit im Sommer ohne aktive
Kühlung sowie auf umweltfreundliche Baustoffe.
Die vorliegende Studie analysiert den Einfluss verschiedener Parameter auf die thermische Behaglichkeit einer
Wohneinheit in diesem Gebäudekomplex. Die kritischsten Maßnahmen, die mit einer parametrischen
Gebäudeenergiesimulation identifiziert wurden, sind Sonnenschutz und Nachtlüftung. Dieser Bericht zeigt die
Bedeutung dieser Maßnahmen im Hinblick auf die Elimination der Überhitzung einer Gebäudeeinheit auf. Die
Machbarkeit einer Leichtbauweise ohne kritische Überhitzung im Sommer konnte mit der Umsetzung geeigneter
Maßnahmen und Parameter nachgewiesen werden. Dieser Bericht enthält zudem mehrere Empfehlungen für die
Vereinigung BIZUN, um eine hohe thermische Behaglichkeit im Sommer zu gewährleisten.
The building sector is heavily dependent on non-renewable energy sources and is responsible for a large share of
climate-damaging CO₂ emissions in Switzerland. The environmental air temperature over the lifetime of a building
designed, planned and constructed today is foreseen to increase significantly. This implies the necessity of energy
efficient buildings in terms of heating energy as well as protection against overheating.
Building energy simulations enable predictions on several aspects of a building’s performance. Single parameters and
measures can be analyzed and the fulfillment of requirements for interior room climate and thermal comfort can be
proven.
A building park with 10 buildings holding 70 residential units is currently being planned in Ennetbürgen, canton of
Nidwalden. The client of this project, the association BIZUN, emphasizes the thermal comfort in summer without active
cooling as well as the implementation of environmentally friendly building materials.
This study analyzes the impact of several parameters on the thermal comfort of a residential building unit in this
building complex. The most critical measures identified with a parametric building energy simulation are solar
protection and nighttime ventilation. This report demonstrates the importance of these measures to eliminate
overheating of a building unit. The feasibility of a lightweight construction without critical overheating in summer could
be proven with the implementation of appropriate measures and parameters. Furthermore, this report holds several
recommendations to provide high thermal comfort for the association BIZUN.
Die Landwirtschaft trägt erheblich zu den Treibhausgasemissionen bei. Das Ausmass des
Treibhausgasausstosses resultierend aus der Pferdehaltung ist bis heute wenig erforscht. Das Ziel dieser
Bachelor Arbeit ist es, die effektivsten Massnahmen zur Treibhausgasreduktion für die betreffende
Pferdepension zu identifizieren. Dies wurde durch eine Literaturrecherche über gängige Massnahmen
aus dem Landwirtschaftssektor erreicht. Zusätzlich wurden potentielle Massnahmen erarbeitet, die in
Verbindung zur Pferdehaltung stehen. Im Rahmen dieser Fallstudie wurde zusammen mit dem
zukünftigen Pächter ein Business Plan ausgearbeitet. Ergänzend zu den Richtlinien des
Grundstückbesitzers, bildet dieser den Leitfaden für die zukünftige Bewirtschaftung. Ein Workshop mit
dem zukünftigen Pächter ergab eine Auswahl an zu analysierenden Massnahmen. Die
Wirkungsabschätzung zeigte ein bemerkenswertes Treibhausgasreduktionspotenzial. Darüberhinaus
enthüllte die Analyse auch wirtschaftlich vorteilhafte Aspekte. Eine Schlüsselfrage dabei ist der Zugang
zu Kapital, um die nötigen Investionen in die Infrastruktur zu tätigen. Die Nutzung von Sinergieeffekten
zwischen den einzelnen Massnahmen scheint eine weitere Resultatverbesserung zu erlauben.
Agriculture is a major contributor to greenhouse gas emissions. The extent of horse breeding on these
contributions has been little examined so far. The purpose of this bachelor thesis is to identify the most
effective greenhouse gas reduction measures for a specific case of a horse pension. This has been
achieved by literature research of commonly used measures in the agricultural sector as well as the
identification of potential measures related to horse husbandry. A business plan drawn up jointly with
the future tenant and the proprietor's guidelines as part of this case study defined the framework
conditions for future operation. A selection workshop with the future tenant defined a set of analysed
measures. The impact assessment showed considerable greenhouse gas savings potential. Moreover, the
integration into the existing business plan revealed potential economic benefits. A key question is the
access to capital in order to realize the necessary infrastructure investments. The use of synergies
between the individual measures seems to have the potential to further improve the results.
Das Ziel der vorliegenden Bachelorarbeit ist die Erstellung einer Eigenverbrauchprognose für eine
Wohnquartier mit Photovoltaikanlage. Durch die Erstellung eines Zusammenschlusses zum
Eigenverbrauch ist es dem Hauseigentümer möglich die produzierte Photovoltaikenergie an die Mieter
zu verkaufen. Die Vorhersage umfasst sowohl energetische als auch finanzielle Parameter der
Anlagenleistung. Darüber hinaus werden die Auswirkungen verschiedener Szenarien dargestellt und
analysiert.
Das erstellte Prognosetool basiert auf Excel. Es bildet die Produktion, sowie den Konsum der
elektrischen Energie über einen Zeitraum von einem Jahr mit einer viertelstündlichen Auflösung ab.
Die analysieren Szenarien umfassen das Quartier in seinem jetzigem Ausbaustand, sowie eine
Erweitung mit zusätzlichen Wohneinheiten und eine Erweiterung für gewerbliche Nutzung.
Desweiteren wurde der Einsatz eines Batteriespeichers simuliert.
Durch die Erstellung des Zusammenschlusses zum Eigenverbrauch ist Zugang zum liberalen
Energiemarkt gewährt. Dies stellt ein weiteres analysisertes Szenario dar.
Diese Bachelorarbeit ist sowohl für Betreiber von privaten Photovoltaikanlagen, sowie auch für
Immobilienunternehmen und Hauseigentümer, welche erwägen ein Photovoltaikanlage zu installieren,
von Interesse.
The objective of the following bachelor thesis is the creation of a self-consumption forecast for a
residential quarter operating a photovoltaic system. By forming a merger for self-consumption, the
landlord is authorized to sell the generated photovoltaic energy to the tenants. The forecast covers
energetic, as well as financial parameters of the system performance. Furthermore, the effects of
different scenarios are being depicted and analyzed.
The generated forecasting tool is built in Excel. It displays the production, as well as the consumption
of the electrical energy over a period of a year, using a quarter-hourly resolution.
The analysed scenarios cover the quarter in its current situation, as well as an extension with additional
residential apartments and an expansion with commercial tenants.
Furthermore, the implementation of a battery storage was simulated.
By forming a merger for self-consumption, access to the liberal energy market is granted. This represents
another analyse scenario.
This bachelor thesis is interesting to the operators of private photovoltaic systems, as well as for real
estate companies and homeowners, that consider installing a photovoltaic system.
Der Nutzen von Projekten im Bereich der erneuerbaren Energien kann in einigen Fällen nicht offensichtlich sein und behindert daher die Umsetzung des Projekts. Diese Arbeit zielt darauf ab, Projekte für dezentrale Energiesysteme in Gebäuden zu analysieren, um versteckte Vorteile aufzudecken, zu quantifizieren und zu monetisieren. Der analysierte Fall ist ein installiertes Photovoltaik- und Batteriespeichersystem im neuen Siemens-Produktionsgebäude in Zug, Schweiz. Das Endziel ist die Entwicklung einer Methodik, die auf ähnliche Projekte mit möglicherweise unterschiedlichen technischen und regulatorischen Rahmenbedingungen angewendet werden kann.
Benefits occurring within renewable energy projects might in some cases not be evident and therefore hinder the project’s implementation. This thesis aims at analysing Distributed Energy Systems projects for buildings in order to uncover, quantify and monetise hidden benefits. The analysed case is an installed photovoltaic and battery storage system at the new Siemens production building in Zug, Switzerland. The final goal is to deliver a methodology which can be applied to similar projects in conceivably different technical and regulatory frameworks.
Entsprechend den Zielen der Schweizer Energiestrategie 2050, spielt die Energieeffizienz von Gebäuden eine zentrale Rolle im Kampf gegen die Bedrohungen durch Erderwärmung und Klimawandel. Ähnlich wie in der EU, sind auch 35% der Schweizer Gebäude mindestens 50 Jahre alt. Die Gebäudehüllen dieser Häuser müssen saniert werden um den heutigen Standards mit Hinblick auf Energiebedarf und thermischem Komfort gerecht zu werden. Die Realität bestätigt dass 75% dieser Gebäude nicht energieeffizient sind. Die jährliche Renovationsrate dieser Gebäude liegt lediglich zwischen 0,4 und 1,2%. Mit der Gebäudeenergie Simulationssoftware WUFI®PLUS wurde ermittelt, welcher Einfluss die Faktoren Standort, Ausrichtung, Verglasung, Wärmedämmung, Nachtlüftung, Referenztemperatur, WWR und Verschattungsfaktor auf ein Walliser Bauernhaus aus dem 19. Jahrhundert haben. Dabei wurde besonderes Augenmerk auf den Heizenergiebedarf und den thermischen Komfort gelegt. Die Ergebnisse wurden gemäß den Normen SIA 380/1 und EN 15251 ausgewertet. Dabei wurde ein hohes Maß an Wärmekomfort bezüglich der Norm EN 15251 erzielt. Gleichzeitig konnte der Heizenergiebedarf unterhalb der SIA 380 Grenzwerten gehalten werden. Dies konnte einerseits dank einer verbesserten Wärmedämmung, mit einer geringen Wärmedurchlässigkeit von 0,25 W / m2K, erreicht werden. Andererseits wurden Fenster mit einer Wärmedurchlässigkeit von weniger als 1,00 W / m2K eingeplant. Zusätzlich wurde ein Verhältnis von Fensterfläche zu Wandfläche von 0,53 eingeführt. Die Messungen zeigten dass die horizontale Ausrichtung, die Nachlüftung und der Beschattungsfaktor keinen erheblichen Einfluss auf den thermischen Komfort und den Heizenergiebedarf haben.
In accordance with the objectives of the Swiss Energy Strategy 2050, energy efficiency in buildings is central to combat the threat posed by global warming and climate change. The state of the building stock in Switzerland is similar to that of European Union; 35% is over 50 years old. The building envelopes of these buildings are invariably not well adapted to current needs of energy demand and thermal comfort. Indeed, nearly 75% of these buildings are energy inefficient, and only 0.4-1.2% are renovated each year. By means of the building energy simulation software WUFI®PLUS, this paper demonstrates the effect that location, orientation, glazing, thermal insulation, night-time ventilation, initial temperature, window to wall ratio and shading factor has on the heating energy demand and the thermal comfort of a farmhouse built in 1895 in Valais. The results were evaluated according to the SIA 380/1 and EN 15251 standards. The results illustrate how, by improving the thermal insulation to 0.25 W/m2K or less, installing windows with thermal transmittances inferior to 1.00 W/m2K and window to wall ratios of 0.53, high levels of thermal comfort could be achieved with regards to the EN 15251 standard, while keeping the heating energy demand below the limits set by the SIA 380/1 standard. Furthermore this scenario shows how: the effect of orientation, night-time ventilation and shading factor had no significant effect on the thermal comfort level and the heating energy demand.
Das Konzept der Nutzung des Bodens als Energiespeichermedium ist für Industrie und
Energienetzplaner von großem Interesse. Es wurde erfolgreich als Quelle für Wärmepumpen als für die
Gebäudeheizung eingesetzt. Der nächste Schritt besteht darin, ein skalierbares Design zu evaluieren, das
den Energiespeicherbedarf einer Gemeinde oder potenziell einer Region decken kann. Die Leistung
eines solchen Systems erfordert genaue thermophysikalische Messungen von Böden und thermischer
Isolierungen. Dieser Bericht untersucht die verschiedenen Methoden und Techniken, um eine
Empfehlung für ein Messgerät für Wärmeleitfähigkeit und/oder Temperaturleitfähigkeit für poröse,
feuchte Materialien, insbesondere Böden und Wärmedämmung. Keine zwei Methoden oder Techniken
sind gleich. Die Bestimmung der besten Methode und Technik für poröse, feuchte Materialien steht im
Mittelpunkt dieser Arbeit. Jede Technik wird auf ihre Eignung zur Messung poröser, feuchter
Materialien über die Bereiche Temperatur, Feuchtigkeit und Wärmeleitfähigkeit überprüft, die für
feuchte Böden und Wärmedämmungen anwendbar sind. Insbesondere werden zwei transiente Techniken
zur Messung der Wärmeleitfähigkeit von Bodenproben aus dem Thurgau und Quarzsand aus der Region
Perth in Australien getestet und ausgewertet. Die Ergebnisse werden mit Hilfe von Referenzmaterialien
und empirischen Studien und Modellen auf Qualität und Genauigkeit analysiert und verglichen. Die
Ergebnisse erweisen sich als nicht schlüssig für genaue Messungen, stehen aber im Einklang mit dem,
was in anderen Studien gefunden wurde. Ein überarbeiteter Blick auf die Probenvorbereitung und
modernste Sensorik bietet die Möglichkeit, genauere Ergebnisse mit besserer Sicherheit zu erzielen.
The concept of using the ground as an energy storage medium has become of great interest to
industry and energy network designers. It has been successfully applied as a source for heat
pumps as a sustainable method of heating buildings. The next step is to evaluate a scaled-up
designs that can handle the energy storage demand of a community or potentially a region. The
performance of such a system requires accurate thermophysical measurements of soils and thermal
insulations. This report investigates the various methods and techniques to recommend a measurement device for thermal conductivity and/or thermal diffusivity for porous moist materials,
specifically soils and thermal insulation. No two methods or techniques are the same
and favor some materials and measurement conditions over others. Determining the best
method and technique applicable to porous moist materials is the focus of this paper. Each
technique is reviewed based on its suitability to measure porous moist materials over the ranges
of temperature, moisture, and thermal conductivity applicable to moist soils and thermal insulations.
More specifically two transient techniques are tested and evaluated for the purpose of
measuring thermal conductivity of soil samples taken from the Thurgau region of Switzerland
and quartz sand from the Perth region of Australia. The results are analyzed for quality and
accuracy using reference materials and empirical studies and models for comparison. The findings
prove inconclusive results for accurate measurements but are consistent with what other
studies have found. A revised look at sample preparation and state-of-the-art sensor technology
provides an opportunity to obtain more accurate results with better confidence.