Das vollelektrische Zuhause kehrt zurück: Eine alte Idee mit der heutigen Technologie revidieren

Am Horizont zeichnet sich ein Markt ab, der fachmännisch auf den Elektroinstallateur zugeschnitten ist. Willkommen im neu gestarteten vollelektrischen Haus, in dem "sauberer Strom" eine neue Bedeutung bekommt.

Die heutigen "vollelektrischen" Häuser stellen eine erste Anstrengung dar, die jedoch in einer Welt, die auf aggressive Energieeffizienz eingestellt ist und eine Reduzierung der Kohlenstoffemissionen fordert, Aufmerksamkeit erregt. Mit Hilfe von sauberer Solarenergie kann ein vollelektrisches Haus – wenn es richtig dimensioniert und mit einer engen Hülle gebaut wird – Null-Emissionen (Netto-Null) erreichen oder fast erreichen. Diesen Markt unterstützen bereits eine Handvoll Versorgungsunternehmen, Entwickler und Hersteller, die Technologien verfeinern, entwickeln und einführen, die auf die ernsthaft energiebewussten Menschen zugeschnitten sind.

Aus Altem wird Neues

Vollelektrische Häuser sind nicht neu. Tatsächlich wurden im Jahr 2015 fast 25 % der Haushalte in den USA als vollelektrisch identifiziert, so die U.S. Energy Information Agency. Solche Häuser waren in den 1950er und 70er Jahren angesagt. Bis 1960 lebten mehr als 850.000 Familien unter dem Motto "Live Better Electrically" in einem "Gold Medallion"-Haus, einem Programm, das vom Edison Electric Institute gesponsert und von General Electric Co. und Westinghouse Electric Corp. unterstützt wurde. Diese Häuser waren mit den neuesten Technologien ausgestattet, darunter elektrische Waschmaschinen und Trockner, Abfallentsorgungseinheiten, Kühlschränke und Heizungen. Diese modernen Häuser boten das, was als "sauberer Strom" bezeichnet wurde. Nur wenige betrachteten den mit Kohle betriebenen Strom schief und sahen darin keinen Widerspruch. Schmerzhafte Strompreiserhöhungen und die Beliebtheit von Erdgas für Heizungen und Haushaltsgeräte haben jedoch den Markt für vollelektrische Häuser auf den Kopf gestellt.

Für die Befürworter von vollelektrischen Häusern scheint der Zeitpunkt reif für eine Rückkehr zu sein. Der Begriff "sauberer Strom" ist heute ein weitaus zirkuläreres Konzept, da die Stromnetze an der Dekarbonisierung arbeiten.

"Strom aus dem Netz wird immer sauberer, so dass die Umweltauswirkungen der heute installierten elektrischen Endverbraucher im Laufe der Zeit immer besser werden", sagte Justin Margolies, Senior Energy Research Analyst bei Slipstream, Madison, Wisconsin, das 21 Bundesstaaten bedient, indem es mit Versorgungsunternehmen, lokalen und staatlichen Regierungen, Regulierungsbehörden und anderen Organisationen zusammenarbeitet, um neue Lösungen für Energieprobleme zu entwickeln.

"Außerdem kann ein intelligentes Stromnetz ein elektrifiziertes Haus unterstützen, indem es die richtigen Marktsignale dafür liefert, wann Strom billig und sauber ist und wann Strom teuer und schmutzig ist", sagte Margolies. "Flexible elektrische Endverbraucher können auf diese Signale reagieren."

Das Electric Power Research Institute in Palo Alto, Kalifornien, definiert Elektrifizierung teilweise als "die Einführung elektrischer Endverbrauchstechnologien, die andere kommerzielle Energieformen ersetzen".

Vollelektrische Häuser würden mit Mechanik, Geräten und LED-Beleuchtung ausgestattet sein, die mit emissionsfreiem Strom betrieben werden. Alle könnten programmierbar sein, um ein energieeffizientes und emissionsfreies Zuhause zu schaffen. Die Gasleitung verschwindet zwar nicht, aber neue Häuser könnten darauf verzichten. Zu den Technologien gehören Luftwärmepumpen, Erdwärmepumpen, Wärmepumpen, Warmwasserbereiter und Wäschetrockner mit Wärmepumpen sowie Induktionsherde. Elektrofahrzeuge spielen eine Rolle, da die Häuser für Ladestationen verkabelt werden.

"Die Elektrifizierung kann eine All-in- oder inkrementelle Strategie sein", sagte Margolies. "Bei Neubauten ist es sinnvoll, auf Elektrifizierung zu setzen, da Kosten für Gasanschluss, Leitungen und monatliche Fixkosten ganz vermieden werden können."

Margolies explained mixed-fuel existing homes can be a workable compromise for single-family retrofits and possibly new multifamily projects tasked with meeting stringent energy codes.

The heat pump grabs center stage

The biggest difference between yesterday’s and today’s all-electric home is the heat pump, which may be a rather new technology for many builders and contractors. For space heating, there are two types of heat pumps: a ground-source heat pump draws renewable thermal energy (heat) from the ground, while an air-source heat pump draws heat from the air.

“Heat pump technology, which can be applied to space heating, water heating and even clothes drying, draws on renewable thermal energy and uses the power of electricity to reach ‘energy efficiencies’ substantially greater than 100%,” Margolies said. “Naturally occurring heat is the ‘fuel,’ while a compressor and fan are wired electrically.”

Margolies mentioned that homes have contained versions of heat pumps for years: “Your household refrigerator is a heat pump that moves heat from inside the fridge to the outside,” he said. “This is why if you put your hand on the back fan, you’ll feel warm air blowing out. A central air conditioner is also a heat pump. The main difference in what constitutes an ‘air-source heat pump’ is that there is a reversing valve that changes the direction of the refrigerant flow so that instead of absorbing heat from inside and expelling the heat outside, heat is absorbed from the outdoor air and moved inside.”

Early Adopters aus allen Ecken

Eine Handvoll Versorgungsunternehmen hat Programme entwickelt, um den aufstrebenden Markt für vollelektrische Häuser zu unterstützen. Der Sacramento (Kalifornien) Municipal Utility District, ein gemeindeeigenes, gemeinnütziges Versorgungsunternehmen, hat sein All-Electric Smart Homes Program, das Hausbauer dazu anregt, neue, vollelektrische und vollelektrische Einfamilienhäuser oder Mehrfamilienhäuser zu bauen. ComEd, das Chicago und den Großraum Chicago bedient, verfügt über das Electric Homes New Construction-Programm, an dessen Entwicklung Slipstream beteiligt war.

"Viele Versorgungsunternehmen beginnen mit der Einführung solcher Programme, da sie die Notwendigkeit der Elektrifizierung und der Programme sehen, die die Bewegung in diese Richtung beeinflussen", sagte Kellen McSweeney, Programmmanager bei Slipstream. "Dieses Programm [mit ComEd] befindet sich derzeit im zweiten Jahr seines Pilotprojekts und wird aufgrund seines frühen Erfolgs ab 2022 zu einem vollständigen Programm werden. Ein großes Ziel ist es, Bauherren zu ermutigen und zu schulen, vollelektrisch zu fahren. Dazu gehört die Einführung potenziell neuer Technologien bei Bauherren, die Entlarvung von Mythen über die Wärmepumpentechnologie in dieser Region und die Unterstützung ihrer Bemühungen durch die Einführung von Energiebewertern und Auftragnehmern für Haushalte, die sich bereits in diesem Bereich auskennen."

McSweeney sagte, dass das Programm derzeit einen Anreiz von 2.000 US-Dollar pro Haus für den Bauherrn und einen Anreiz von 200 US-Dollar pro Haus für den Energiebewerter bietet.

"Der Markt beginnt gerade erst, sich von Early Adopters zu mehr Bauherren zu verlagern, die zum ersten Mal ihre Zehen in vollelektrische Häuser eintauchen", sagte sie.

Einer dieser Bauherren ist Scott Sanders, Präsident und CEO von BrightLeaf Homes LLC in Hinsdale, Illinois. Es war also ein glücklicher Zufall, einen Anreiz zu schaffen, aber wir hatten dieses [vollelektrische Haus] bereits in der Entwicklung", sagte er.

Drei vollelektrische Stadthäuser wurden von BrightLeaf entwickelt und verkauft. Sanders besitzt einen. Die Nische seines Unternehmens besteht seit 2014 darin, Hochleistungshäuser zu entwerfen und zu bauen, einschließlich des Einbaus von Solarenergie zum Ausgleich des Energieverbrauchs. Die Häuser sind vom US-Energieministerium als Null-Energie-fähig eingestuft. Ein vollelektrisches Zuhause war für das Unternehmen eine natürliche Entwicklung.

Für die effiziente Kühlung und Beheizung seiner Demo-Häuser entschied sich Sanders für eine Multipositions-Lüftungsanlage von Mitsubishi Electric in Kombination mit einer Einzonen-Wärmepumpe für den Außenbereich von Mitsubishi Electric und Trane. Das Gerät eignet sich für kältere Klimazonen und ist so konzipiert, dass es bis zu 100 % seiner Nennheizleistung bei Außentemperaturen von nur 5 °F liefert und bei Temperaturen von bis zu -13 °F nahe an dieser Leistung bleibt. Das Gerät überstand den Winter in Chicago gut, ohne dass auf elektrischen Widerstandsbetrieb umgeschaltet werden musste. Er verfügt über die sogenannte Hyperhitz-Inverter-Technologie.

Die BrightLeaf-Häuser sind außerdem mit einem von zwei verschiedenen Hybrid-Elektro-Warmwasserbereitern (Wärmepumpen) ausgestattet: Rheem ProTerra oder AO Smith Proline XE. Bei solchen Systemen wird Luft aus dem Raum angesaugt oder Geräte können mit Außenluft versorgt werden. Die Luft wird dann zu einem Kompressor gesaugt, um das Wasser zu erhitzen. Das Produkt von Rheem kann für teilnehmende Versorgungsunternehmen bereit für die Nachfragesteuerung sein.

Die BrightLeaf-Demohäuser verfügen außerdem über Energy Star-zertifizierte Waschmaschinen und Wärmepumpentrockner, Induktionskochfelder und 3-Kilowatt-Photovoltaikmodule. Die Häuser, die über den Standardcode hinaus gebaut werden, sollen 6.000 bis 7.600 Kilowattstunden pro Jahr einsparen, was einer geschätzten Einsparung von 970 US-Dollar pro Jahr bei den Energierechnungen entspricht – vor Berücksichtigung der Einsparungen durch den erzeugten Solarstrom.

Um die Vorteile des vollelektrischen Betriebs voll ausschöpfen zu können, baut Sanders die Häuser mit Blick auf hohe Leistung.

"Wir stützen die Gebäudehülle mit einer leistungsstarken Dämmung in der Decke und im Dachgeschoss, installieren dreifach verglaste Fenster, entwickeln eine dichte Abdichtung, aber mit Blick auf Belüftung und Luftfilterung, und wir maskieren Fenster nach Süden, einschließlich des Anbringens von Überhängen, falls erforderlich. In den kühleren oder kälteren Monaten können die Fenster den südlichen Wärmegewinn nutzen, um das Innere des Raumes passiv zu beheizen", sagte er.

Auf den neuesten Stand bringen

Die Zusammenarbeit mit anderen Gewerken wird bei vollelektrischen Häusern wichtig, sei es die EC mit dem HLK-Installateur, dem Solarunternehmer und vielleicht dem Isolierer.

"Auch die Größe des Elektroautos ist anders", sagte Sanders. "Sie können mehr elektrisch betriebene Mechaniken und Geräte einführen, aber sie ziehen möglicherweise weniger Last. Sie müssen also Ihre Lastberechnungen und Ihr Hausprofil herausfinden, wenn Sie einzelne Kreisläufe für eine Wärmepumpe, eine Klimaanlage, eine Wärmepumpe und einen Hybrid-Warmwasserbereiter oder in Zonen unterteilte HLK-Geräte dimensionieren."

Um mehr über vollelektrische Häuser zu erfahren, hatte Margolies ein paar Vorschläge.

"Hersteller bieten Schulungen für Installateure für ihre Geräte an, Versorgungsunternehmen bieten Schulungsressourcen für Verbraucher an und Energy Star bietet ebenfalls wertvolle Informationen. Es gibt auch Foren wie die Facebook-Gruppe "Electrify Everything", in der Bauunternehmer und Hausbesitzer technische Erkenntnisse und Ressourcen im Zusammenhang mit der Elektrifizierung von Häusern und Fahrzeugen austauschen können. Die Illinois Green Alliance ist eine großartige Quelle für Bildung, und ComEd verfügt über Materialien und Ressourcen für sein Electric Homes New Construction-Programm."

Die Version 2.0 der vollelektrischen Häuser steht in der Warteschlange. Mach dich bereit.