Kompakt informieren
- Im Rahmen der energetischen Modernisierung eines 1962 erbauten 12-Familienhauses wurden die Gas-Etagenheizungen durch ein zentrales Stirling-Mikro-KWK-Gerät und eine dezentrale elektrische Trinkwassererwärmung ersetzt.
- Das Stirling-Mikro-KWK-Gerät mit einer Heizleistung von 5 kW im KWK-Betrieb und einer zusätzlichen Heizleistung von 15 kW deckt die komplette Heizlast für rund 700 m<sup>2</sup> Wohnfläche.
- Über einen 800-l-Pufferspeicher und eine einstündige Unterdrückung der zusätzlichen Heizleistung wird die Laufzeit des KWK-Moduls optimiert.
- Der erzeugte Strom wird vorrangig für den Betrieb der Wohnungslüftungsanlagen (Eigenverbrauch) verwendet. 30 bis 40 % des erzeugten Stroms wird ins öffentliche Netz gespeist.
Für die Rundum-Modernisierung eines Mehrfamilienhauses Abb. 1 hat die Wohnungsgenossenschaft im Kreis Olpe Südsauerland eG auch bei der Anlagentechnik Schwerpunkte gesetzt. Neben einer Verbesserung der Gebäudehülle, der Nachrüstung von Wohnungslüftungsgeräten und der Dezentralisierung der Trinkwassererwärmung wurde ein Stirling-Mikro-KWK-Gerät EcoGen WGS von Brötje installiert Abb. 2. Seit Ende 2011 deckt es die komplette Heizlast des Gebäudes.
Auf dem Weg zu einem neuen Standard
Das zweigeschossige 12-Familienhaus in einem Attendorner Wohngebiet wurde 1962 errichtet. Das Gebäude zählt zum Bestand von 1900 Wohnungen, die von der Wohnungsgenossenschaft im Kreis Olpe Südsauerland eG verwaltet werden. Die Bausubstanz – massive Ziegelmauern und Dachstuhl – war zwar noch in Ordnung, die Haustechnik aber nicht mehr auf einem wünschenswerten Stand: In jeder Wohnung befand sich im Bad oder in der Küche eine Gastherme für die Raumheizung und Trinkwassererwärmung. Weitere haustechnische Anlagen waren nicht vorhanden.
Die Mieter, von der kontinuierlichen Preissteigerung bei Strom und Gas betroffen, wandten sich mit einer Anfrage zur energetischen Sanierung an Folker Naumann. Der Geschäftsführer der Wohnungsgenossenschaft Olpe initiierte daraufhin nicht nur gängige Maßnahmen – etwa den Austausch der Altgeräte – sondern nutzte das Objekt für ein Modellvorhaben.
Die erste Herausforderung bestand darin, das Gebäude im bewohnten Zustand zu modernisieren. Hier setzte man vonseiten der Genossenschaft konsequent auf Information, um die Mieter für die Veränderungen zu gewinnen. Durch diese Herangehensweise stimmten alle Parteien in kurzer Zeit zu.
Die zweite Herausforderung lag in den Vorgaben hinsichtlich der auszuführenden Maßnahmen und der Kosten. Im Vergleich zu einer „Standardausführung“ umfasste der neue Ansatz ein ganzes Maßnahmenbündel. Ziel war es, das Gebäude als Referenz für weitere vergleichbare Häuser im Bestand zu nutzen. Dabei war von großer Bedeutung, die Wechselwirkungen einzelner Bereiche zu berücksichtigen und entsprechend in das Konzept zu integrieren. Als Planungspartner standen der Wohnungsgenossenschaft Architekt Dietmar Roland und der TGA-Fachplaner Hubert Greiten zur Seite. Gemeinsam entwickelten sie eine grundlegende Modernisierunglösung, die inzwischen akribisch überwacht und ausgewertet wird.
Konzept für Heizung und Warmwasser
Ein wichtiger Aspekt der Modernisierung bestand in der Umstellung auf eine zentrale Heizung. Die Trinkwassererwärmung wird nun pro Wohnung mit elektronischen Durchlauferhitzern realisiert. Zwischen Vermieter und Mieter wird nur der Kaltwasserverbrauch abgerechnet, die Erwärmung mittels Strom geht direkt zu Lasten der Mieter. So ist für beide Seiten eine eindeutige Kostenzuordnung gewährleistet, es entstehen keine Zirkulationsverluste und die Ausstoßverluste lassen sich verringern.
Des Weiteren ist mit diesem Konzept ein großer Vorteil für die Genossenschaft verbunden – es bestehen keine Untersuchungspflichten hinsichtlich der Trinkwasserverordnung, da die Leitungswege innerhalb der Wohnungen kurz sind. Sämtlicher technischer, finanzieller und personeller Aufwand für eine regelmäßige Beprobung wurde so vermieden. Im Zuge der Umgestaltung wurden auch einige Bäder saniert.
Stirling-Mikro-KWK-Gerät überzeugte
Die Heizwärmeversorgung wurde von den Einzelgeräten auf ein zentrales Mikro-KWK-Gerät umgestellt. Die gegenüber neuer Technik aufgeschlossenen Verantwortlichen prüften zunächst verschiedene Szenarien auf ihre Umsetzbarkeit und ihr Kosten-Nutzen-Verhältnis. Die Entscheidung fiel zugunsten des Stirling-Mikro-KWK-Geräts EcoGen WGS von Brötje aus. Ausschlaggebend war, dass der hermetisch abgeschlossene heliumgefüllte Zylinder-Kurbeltrieb des Aggregats wartungsfrei ist und selbst bei einem einzylindrigen Stirlingmotor sehr Schwingungsarm läuft. Das Betriebsgeräusch des EcoGen WGS beträgt rund 45 dB(A) – wenn man im Keller direkt neben dem Gerät steht, ist nur ein dezentes Brummen zu hören.
Wenn nur der Stirlingmotor des EcoGen WGS läuft, wird eine Wärmeleistung von 5 kW sowie eine elektrische Leistung von 1 kW abgegeben. Überschüssige Wärme wird in einem Speicher gepuffert. Für eine größere Wärmeabforderung verfügt das wandhängende Gerät über eine modulierende Gas-Brennwerteinheit, die bis zu 15 kWth liefern kann, sodass eine Gesamt-Heizleistung von 20 kW zur Verfügung steht Abb. 3.
Der EcoGen WGS wurde durch die Planer in ein völlig neues Konzept eingefügt. Ursprünglich hatte Brötje den Wärme- und Stromproduzenten für Ein- und Zweifamilienhäuser im Bestand entwickelt. Mit maximal 20 kW für die Heizung und Trinkwassererwärmung und 1 kW für Strom sollte er den Bedarf solcher Objekte decken. Ein 12-Familienhaus mit ca. 700 m2 Wohnfläche und ein Heizenergiebedarf von (ursprünglich) rund 120 bis 150 kWh/(m2 a) schien auf den ersten Blick nicht zu den Eckdaten des Mikro-KWK-Geräts zu passen. Auf den zweiten Blick schon.
Das Maßnahmenpaket
Die Planer sahen im Rahmen der Baumaßnahme eine gute Dämmung vor: Das Dach erhielt eine Aufsparrendämmung von 14 cm und eine komplette Neueindeckung. Bis auf eine wurden alle Abgasanlagen stillgelegt bzw. wurden die Schächte für Installationen genutzt. Der Sockel wurde mit einer Perimeterdämmung versehen, die bis einen Meter in das Erdreich reicht. Die Kellerdecke erhielt ebenfalls eine Dämmschicht. Außerdem wurde die Fassade durch ein 14 cm starkes Wärmedämmverbundsystem aufgewertet, in das Luft-Solar-Kollektoren Abb. 4 (von Grammer Solar) eingebunden sind. Sie sitzen unterhalb der Fenster auf der Südseite des Gebäudes und versorgen die dahinter liegenden Räume mit vorgewärmter Luft. Ein kleines Photovoltaikmodul liefert den Strom für den integrierten Ventilator, sodass für die Mieter keine zusätzlichen Kosten entstehen.
Die Abdichtung des Gebäudes machte Lüftungsanlagen erforderlich, um den geregelten Luftaustausch gemäß DIN 1946-6 zu gewährleisten. Das Planungsteam entschied sich für das Gerät Vallox ValloMulti 200 SB mit einem Wärmebereitstellungsgrad von über 90 % und einer Luftleistung bis 200 m3/h. Die Außen- und Fortluftleitungen wurden unterhalb der Küchendecke bis zum Lüftungsgerät geleitet Abb. 5. Von dort laufen die Kanäle für Zu- und Abluft in den Flur und enden in Auslässen über den Zimmertüren. In Summe konnte mit diesen baulichen Maßnahmen der Heizwärmebedarf auf ca. 16 kWh/(m2 a) gesenkt werden.
Zum vorbeugenden Brandschutz wurden in allen Wohnungen Funkrauchmelder installiert. Bei einer Branddetektion werden die Lüftungsgeräte über die Gebäudeleittechnik sofort ausgeschaltet. So wird sichergestellt, dass kein Rauch von außen über die Lüftungsanlagen in die Wohnräume einströmt und ein Brandherd nicht zusätzlich mit frischer Luft versorgt wird. Die Stufen der Lüftungsgeräte werden von der installierten Automations- und Managementebene (Kieback&Peter) gemäß den Vorgaben der Wohnungsgenossenschaft Olpe gesteuert. Auch der integrierte Sommerbypass wird über die DDC-Anlage gesteuert.
Abstimmung mit Brötje
Bevor der EcoGen WGS zum Einsatz kam, wurde das Konzept genau auf seine Machbarkeit hin untersucht. Dazu trafen die Verantwortlichen im Brötje-Werk Rastede zu einem „Planungstag“ zusammen. Hier wurde u.a. die Anbindung eines 800-l-Pufferspeichers für die Heizung festgelegt. Um eine lange Laufzeit des Stirlingmotors zu garantieren, wurde eine Zeitverzögerung von einer Stunde vorgegeben, bis die Gas-Brennwerteinheit anspringt. Dies wird – ebenso wie die kontinuierliche Datenerfassung und Auswertung – über die Einbindung der Anlage in die Gebäudeleittechnik erreicht.
Schon seit 1996 setzt die Wohnungsgenossenschaft diese Technik ein. So konnte bereits bei anderen Objekten durch die beständige Überwachung und Optimierung eine deutliche Energieeinsparung erzielt werden. Nach dem Fachgespräch wurde der EcoGen WGS nochmals einem zweimonatigen Test unterzogen, um die bestmögliche Sicherheit im Betrieb zu gewährleisten.
Genau terminierte Ausführung
Die Umsetzung der Baumaßnahme wurde ebenso akribisch durchgeführt wie die Konzeption. Architekt Dietmar Roland fungierte dabei als Bauleiter. Er war für den Bauherrn und die Mieter Ansprechpartner in Detailfragen und konnte bei Bedarf schnell reagieren. Durch die gute Abstimmung zwischen den Verantwortlichen und die genauen Vorgaben für die Verarbeiter wurde eine termingerechte Abwicklung gewährleistet. Die Wohnungsgenossenschaft Olpe stellte unter Folker Naumann die Regel auf, dass jeder Verarbeiter eng kooperiert und bei Problemen direkt erreichbar ist. Für das Pilotprojekt mit dem EcoGen WGS ließen sich sowohl der Installateur als auch der Elektriker bei Brötje zertifizieren.
Die Einbringung des Mikro-KWK gestaltete sich sehr einfach. Mit kompakten Abmessungen von 918 × 493 × 466 mm (HBT) lässt sich das wandhängende Gerät problemlos installieren. In dem Modellvorhaben fand es seinen Platz im Keller, daneben steht der Pufferspeicher. Nach zwei Hausteilen und Wohnungen getrennt befinden sich die Vor- und Rücklaufleitungen auf zwei Ebenen neben dem Pufferspeicher. Eine weitere wichtige Komponente ist ebenfalls im Heizungskeller angeordnet – ein Schaltschrank, in dem alle wichtigen Leitungen zusammenlaufen. Von hier wird die Verbindung zur Zentrale hergestellt, von der auf die Daten der Heizung und der Lüftungsanlagen zugegriffen werden kann.
Die Arbeiten wurden im festgelegten Zeitplan durchgeführt. Die Installation und Inbetriebnahme des EcoGen WGS erfolgte in zwei Tagen zusammen mit Brötje-Servicetechnikern. Durch die gute Vorarbeit und die durchdachte Anschlusssituation lässt sich das Mikro-KWK-Gerät ähnlich schnell wie ein Gas-Brennwertgerät einbauen. Die Abgasleitung DN 80/125 für den raumluftunabhängigen Betrieb konnte an einen bestehenden Schornstein angeschlossen werden. Der EcoGen WGS wird wie ein normales Gasbrennwertgerät jährlich gewartet.
Da KfW-Mittel in Anspruch genommen wurden, war über einen Blower-Door-Test die Dichtheit des Gebäudes zu prüfen. Dabei wurde deutlich, dass der Trockenraum unter dem Dach, der den Mietern auch weiterhin zur Verfügung stehen sollte, eine separate Abluftanlage bekommen muss. Dazu wählte man ein Gerät, das über einen Feuchtesensor gesteuert wird. Es sitzt auf einem Querbalken und verfügt über einen Anschluss für die Fortluft, der durch die gedämmte Dachhülle führt.
Erste Erfahrungen
Die bisherigen Auswertungen und Verbrauchswerte bestätigen den Verantwortlichen, dass das Konzept der umfassenden Modernisierung aufgeht. „Von September 2011 bis einschließlich Juni 2012 wurden rund 3110 m3 Gas eingesetzt“, erklärt Greiten. „Das ist ein Wert, der einem größeren Einfamilienhaus im Bestand entspricht.“ Selbst während der Kälteperiode mit –18 °C produzierte der EcoGen WGS genügend Heizwärme.
Den erzeugten Strom setzt die Genossenschaft für den Betrieb der Lüftungsanlagen ein, was den Mietern zugute kommt. Trotzdem konnten noch ca. 30 bis 40 % ins Netz eingespeist und vergütet werden. Um eine bessere Akzeptanz der neuen Technik zu erreichen, nutzt Naumann die Auswertung der Daten für die Beratung der Mieter. „Wir möchten den Bewohnern die Vorteile deutlich machen“, erläutert der Geschäftsführer. „Die niedrigen Verbrauchswerte zeigen ihnen, dass die Baumaßnahme sinnvoll ist. Die Kaltmiete-Erhöhung von 1,76 Euro/m2 wurde problemlos akzeptiert, denn ihr steht ein auf ein Viertel reduzierter Verbrauch gegenüber. Die Zufriedenheit der Mieter drückt sich u.a. dadurch aus, dass der Aufstellraum regelmäßig kostenlos gereinigt wird.“ Wenn sich die Ergebnisse weiterhin so positiv darstellen, kann die Wohnungsgenossenschaft die nächsten Projekte Abb. 6 ins Auge fassen.
Marion Paul-Färber, Pressebüro Dieter Last
Mehr Infos zum Thema im TGAdossier Mini-KWK: Webcode 716
Wichtig für TGA-Planer, Anlagenbauer und Bauherren
TGA-Planer: Der Energiebedarf modernisierter Gebäude sinkt deutlich. Die Planung einer Mini- oder Mikro-KWK-Anlage muss deshalb mögliche Veränderungen während ihrer gesamten Nutzungsdauer einkalkulieren. Im wärmegeführten Betrieb gilt weiterhin: Lieber eine kleinere Leistung installieren.
Anlagenbauer: Stirling-Mikro-KWK-Geräte lassen sich zwar ähnlich einfach einbringen, installieren und warten wie ein wandhängendes Gas-Brennwertgerät. Um die KWK-Module jedoch optimal zu betreiben, sind ein durchdachtes Konzept und eine robuste hydraulische Integration unerlässlich.
Bauherren: Bei der schrittweisen Modernisierung mit Austausch- und Einzelmaßnahmen können nicht die gleichen Kosten- und Energieeinsparpotenziale wie bei einer abgestimmten Komplettsanierung erreicht werden. Zumindest sollte ein Sanierungsfahrplan die gegenseitigen Abhängigkeiten aufzeigen und die Maßnahmen koordinieren und zusammenführen.
Bautafel
Modernisierung eines 12-Familienhauses
Bauherr
Wohnungsgenossenschaft im Kreis Olpe Südsauerland eG, Olpe
Architekt
Dietmar Roland, Mitarbeiter der Wohnungsgenossenschaft Olpe
Fachplanung
Planungsbüro Hubert Greiten, Wenden
Ausführung
Stefan Gerhard GmbH Heizung Sanitär, Olpe
Anlagentechnik
Alte Heizung: pro Wohnung eine Gastherme mit 11 kW
Neue Heizung: Mikro-KWK EcoGen WGS mit 1 kWel und 5 kWth plus 15 kWth über eine integrierte Gas-Brennwerteinheit, August Brötje, https://www.broetje.de/
