Humus wärmt Gebäude

Die Idee für die ungewöhnliche und in Deutschland wohl einzigartige Energieerzeugung für eine Flächenheizung hatte Uwe Schönthaler, Geschäftsführer des Erdenwerks Forst-Humus in Pfaffenrot, Baden-Württemberg. „Der Gedanke, dass Humuswärme für eine ökologisch betriebene Heizung eingesetzt werden kann, kam mir 2005 kurz vor Heiligabend. Damals wurde auf unserem Gelände des Erdenwerks eine große Humusmiete umgesetzt. Nach Tagen war die Fläche um die umgesetzte Miete noch immer schneefrei“, berichtet Schönthaler von seiner Beobachtung. Da eine Erweiterung des Betriebsgeländes mit dem „Glashaus“ für Vertriebs- und Schulungsveranstaltungen anstand, plante Uwe Schönthaler zusammen mit Michael Schmidt vom Karlsruher Ingenieurbüro SEF die Wärme aus dem Humus für die Beheizung des neuen Bauabschnitts zu verwenden.

„Wir betraten bei Planung und Berechnung einer solchen Anlage Neuland und waren komplett auf Simulationen und genaue Rechenleistung angewiesen“, berichtet Schmidt über die ersten Schritte des ungewöhnlichen Projekts. Schließlich wurde eine neue Lagerfläche von 1300 m² mit 5100 m Rohrleitungen versehen, um die in den Humusmieten entstehende Wärmeenergie für die Flächenheizung im nahe gelegenen Seminargebäude nutzen zu können. „Das Rohrmaterial für den Kollektor musste sehr stabil und aus robuster Qualität sein, da die nur 40 cm über den Rohren befindliche Betondecke von schweren Radladern befahren wird. Daher fiel die Entscheidung für vernetztes PE-Xa-Rohr“, berichtet Fachplaner Schmidt.

Mit dem von Uponor gelieferten Rohr für den Erdkollektor sowie dem Flächentemperiersystem Classic und dem vorgedämmten Rohrsystem Ecoflex für die erdverlegten Sammelleitungen, konnte das Projekt dann zügig umgesetzt werden. Für die Wärmeproduktion sorgen über einen Stickstoffdünger angeregte Bakterien, die auf der Kollektorfläche rund 30000 m³ Holzrinde zu Humus zersetzen. Bei diesem Rotteprozess entstehen Temperaturen zwischen 60 und 70 °C. Unter den Mieten beträgt die Temperatur in Höhe des installierten Rohrsystems etwa 35 °C.

Material und System aus einer Hand

Als Kollektor für die Humuswärme wurden 40 cm unter der Betonplatte, die als Lagerfläche für die Humusmieten dient, PE-Xa-Rohre in der Dimension 25 mm verwendet. Trotz der hohen Druckbelastung wurde lediglich ein 16er Korn zum Einsanden gewählt, da das Rohr nach DVGW 400-2 „Technische Regeln Wasserverteilungsanlagen (TRWV) – Teil 2: Bau und Prüfung“ für eine sandbettfreie Verlegung zulässig ist. Aufgrund der bei der Zersetzung des Biomaterials entstehenden Wärme, wird das verwendete Glykol-Wasser-Gemisch im Idealfall auf 35°C erwärmt und ist damit direkt zur Beheizung eines Gebäudes über eine Flächentemperierung nutzbar. Ein in einem Schacht montierter Industrieverteiler dient als Übergabepunkt und zur hydraulischen Feinregulierung der jeweils 100 m langen Kollektorkreise. Sie sind zudem individuell abstell- bzw. aktivierbar. Diese Möglichkeit, Beleg- und Freiflächen ­gezielt und fein segmentiert anzuwählen, ist sehr wichtig, da die rund 1000 m³ fassenden Humusmieten im Winter vier bis fünf Mal umgesetzt werden.

Über eine Sammelleitung wird die Wärme­energie des Erdkollektors schließlich im „Glashaus“ in einen eigenen Heizkreislauf der Flächentemperierung eingespeist. Wegen der Verwendung des Glykol-Wasser-Gemischs erfolgt eine Systemtrennung. Aufgrund der kurzen Sammelleitung zwischen dem Erdkollektor und dem Seminargebäude gibt es keinen relevanten Temperaturverlust. Der Flächenheizung steht so eine Vorlauftemperatur von bis zu 32 °C zur Verfügung. Um auch bei etwas geringeren Vorlauftemperaturen möglichst viel der kostenlosen Wärmeenergie nutzen zu können, hat Schmidt für die Flächentemperierung PE-Xa-Rohre der Dimension 20 mm mit einem Verlegeabstand von 10 cm gewählt. So soll mehr als nur die Grundlast gedeckt werden. Planer wie Bauherr gehen sogar davon aus, dass der Seminarraum auch im Winter ohne eine zusätzliche Heizung auskommen wird.

Zwischen dem Seminargebäude „Glashaus“ und einer geplanten Erweiterung der „Abfüllhalle“, sind bereits flexibel vorgedämmte Rohre aus dem System Uponor Ecoflex verlegt worden. Diese ebenfalls sandbettfrei verlegbaren Rohre, hier Thermo-Twin, dienen u.a. als Warmwassertransportrohr für den zukünftigen Anschluss des Erweiterungsgebäudes. Neben der robusten Qualität ist die wasserabweisende Dämmung (kleiner 1 %) und damit die Vermeidung von Wärmeverlust ins Erdreich ein wichtiger Systemvorteil. „Für mich als Bauträger des Projekts war die Lieferung unterschiedlicher Komponenten und Systemteile aus einer Hand ein wichtiger Aspekt, insbesondere vor dem Hintergrund, dass ein zweiter Bauabschnitt mit neuen Anforderungen in Planung ist. Somit war ein Anbieter mit systemintegrierten Produkten gefragt“, beschreibt Schönthaler seine Entscheidungskriterien bei der Auswahl der Uponor-Systemkomponenten. Neben der Gewährleistung von zehn Jahren, die Uponor auf den Einsatz seiner Systeme zusätzlich bietet, überzeugten auch weitere Serviceleistungen wie eine ausführliche Planerberatung und die Betreuung des Bauvorhabens von der Konzeptphase bis zur Fertigstellung.

Fußbodenheizung und Sandbett

Im Seminarraum wurden ca. 200 m² Uponor Classic verlegt. Mit diesem System wird in dem offenen Seminarraum eine behagliche Raumtemperatur bei gleichzeitiger Raumfreiheit unter Berücksichtigung der vorhandenen Architektur erzeugt. Die Systemlösung verwendet robuste Trägerelemente und PE-Xa-Rohre und ist als klassische Niedertemperatur-Flächenheizung als Nasssystem für Neu- und Altbauten konzipiert. Der im Seminarraum vorhandene Bodenaufbau eines Sandbetts in Kombination mit einem gepflasterten Boden stellte spezielle Anforderungen an den Wärmeübergang dar, die von der Uponor Classic Flächentemperierung erfüllt werden.

Erweiterung geplant

Bauherr Schönthaler und Fachplaner Schmidt sind sich einig: „Das System wird den gewünschten Nutzen erbringen und eine Erweiterung ist jetzt schon angedacht.“ In einem zweiten Bauabschnitt soll die Abfüllhalle in das System der Wärmegewinnung aus dem Humus eingebunden werden. Eine deutliche Erhöhung der Wärmeausbeute könnte durch den Einsatz einer Wärmpumpe erreicht werden. Dafür sind zusätzliche Investitionen notwendig. Im Winter 2007/08 soll sich zeigen, ob sich die Investitionen des ersten Bauabschnittes von 50000 Euro rentieren. Danach geht es darum, ob der zweite Bauabschnitt mit dem Einsatz einer 70-kW-Wärmepumpe und einer Wandheizung fortgesetzt wird. Michaela Hetzel, Uponor

Weitere Informationen: https://www.uponor.com/de-de https://corthum.de/

Als Humus bezeichnet man die für die Bodenfruchtbarkeit sehr wichtige Gesamtheit an ­abgestorbener, organischer Bodensubstanz. Diese Mischung aus tierischen und pflanzlichen Bestandteilen unterliegt einem ständigen, biologischen und chemischen Umbauprozess: Organisches Material wird in mehreren Schritten von Kleinstlebewesen, wie Bakterien, aber auch Insekten, Würmern und Schnecken sowie Pilzen zersetzt. Dadurch entsteht ein Boden, der wertvolle Mineral- und Nährstoffe enthält. Pflanzen nehmen diese über ihre Wurzeln auf. Humus stellt somit eine Lebensgrundlage für viele Tiere und Pflanzen dar. Gleichzeitig schützt er den Gesamtboden vor Erosion, da Niederschläge gleichmäßig und tief einsickern können und filtert dabei Schadstoffe, die die Qualität des Grundwassers beeinträchtigen würden, heraus. Unterschieden werden kann zwischen verschiedenen Humusformen und -arten. Humusformen sind etwa Mull, Moder und Rohhumus; Humusarten der Nähr- und der Dauerhumus. Art und Form des Humus hängen von seiner Funktion, Zersetzbarkeit und Zusammensetzung ab.