Mitsubishi Electric
Ein Großteil des privaten Energieverbrauchs wird für die Gebäudeheizung und Trinkwassererwärmung aufgewendet. Dabei dominieren fossile Brennstoffe, mit entsprechend hohen Treibhausgasemissionen und Energiekosten. Nachhaltiger und wirtschaftlicher ist es, auf einen geringen Energiebedarf durch gute Wärmedämmung in Kombination mit effizienten Wärmepumpen und regenerativen Energien zu setzen.
Energieeffizientes Bauen liegt voll im Trend. Faktoren wie Wirtschaftlichkeit und Umweltfreundlichkeit, aber auch Förderprogramme zur Energieeinsparung, rücken während der Planungsphase immer stärker in den Fokus. Für energieeffizientes Wohnen muss der Grundstein bereits im ersten Entwurf gelegt werden.
Hierbei darf allerdings die moderne Gestaltung der Wohnräume nicht vernachlässigt werden, da Käufer heutzutage hohe Ansprüche an den Wohnraum stellen. Der Wohnraum soll trotzdem möglichst günstig sein, (technischen) Komfort bieten (Smart Home) und im Hinblick auf das Alter Barrierefreiheit sowie eine leichte Erreichbarkeit garantieren.
All diese Aspekte wurden jüngst bei einem im niedersächsischen Kirchweyhe erbauten Wohn- und Geschäftshaus-Ensemble erfüllt. Hierbei hat der Bauherr, das Unternehmen HBK, neben der technisch modernen und altersgerechten Ausstattung insbesondere eine besonders nachhaltige und umweltorientierte Bauweise forciert. Im Zentrum steht dabei ein Wärmepumpen-Kaskaden-Konzept, das Klaus Schierenbeck, Inhaber der ausführenden Fachunternehmen Schierenbeck Gebäudeplanung und Schierenbeck Gebäudetechnik aus Schwarme, entworfen hat.
Die beiden Wohn- und Geschäftshäuser (Bild 1) umfassen 20 Wohn- und zwei Gewerbeeinheiten. Die beiden Gewerbeeinheiten befinden sich in dem kleineren der beiden Häuser (995 m2), in dem sich zudem acht Wohneinheiten befinden. Das größere Haus hat zwölf Wohneinheiten auf einer Gesamtnutzfläche von 1474 m2. Die meisten davon sind selbstgenutzte Eigentumswohnungen, einige sind vermietet.
Entworfen wurden die Gebäude mit KfW-Effizienzhaus-55-Standard vom Architekturbüro Planerei in Weyhe und hier speziell unter Federführung von Christoph Maack-Beutin.
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Anspruchsvolles Gesamtkonzept: KfW-Effizienzhaus-55-Standards erreichen
Um die mit dem KfW-Effizienzhaus-55-Standard verbundene Zielsetzung auch in der Praxis zu erreichen, hat Schierenbeck, der neben der Ausführungsplanung und der Technikausführung für die Heizungsanlage auch als Energieeffizienzexperte zu Rate gezogen wurde, ein anspruchsvolles energetisches Gesamtkonzept erstellt.
Beispielsweise kommen an der Außenfassade Steinwollefaserplatten als Außendämmschicht eines WDV-Systems zum Einsatz. Schierenbeck: „Neben guten Wärmedämmwerten bietet dies zwei weitere Vorteile. Erstens ist das Material nicht brennbar und zweitens bietet es einen besonders hohen Schallschutz, der wegen der Nähe zum Bahnhof gefordert war.“
Ein weiterer Baustein sind die Außenjalousien an den Fenstern, die nicht wie häufig üblich hinter der Fassade platziert werden, sondern Teil der Außenfassade sind, um eine Kopplung und weitere Wärmebrücken in den Innenraum zu unterbinden. Alle Wohnungen sind zudem mit dezentralen Wohnraumlüftungsanlagen mit Wärmerückgewinnung ausgestattet.
Die Maßnahmen führen im Ergebnis zu sehr geringen Primär- und Endenergiekennwerten. Für das reine Wohngebäude beträgt der errechnete Primärenergiebedarf 17,9 kWh/(m2 ∙ a) und der Endenergiebedarf 10,0 kWh/(m2 ∙ a), bei dem Wohnen und Gewerbe kombinierenden Gebäude sind es primärenergetisch 19,7 kWh/(m2 ∙ a) und endenergetisch 10,9 kWh/(m2 ∙ a).
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Luft/Wasser-Wärmepumpen: Vorteile durch kostengünstige und flexible Installation
Die gebäudetechnische Herausforderung für das Bauvorhaben in Weyhe bestand darin, eine zukunftsfähige Wärmeversorgung für die gut gedämmten Neubauten zu entwickeln und umzusetzen. Am Markt stehen hierfür unterschiedliche Möglichkeiten zur Verfügung, von denen jedoch keine so gut für dieses Gebäude infrage kam, wie ein Wärmepumpensystem, das die Wärme der Außenluft nutzt.
Generell hat jede Wärmequelle für Wärmepumpen spezifische Vor- und Nachteile. Der unbestrittene Vorteil von Luft/Wasser-Wärmepumpen ist die einfache und kostengünstige Erschließung der Wärmequelle.
„Entscheidend waren hier die deutlich geringeren Investitionskosten gegenüber Erdreich-gekoppelten Wärmepumpen. Denn da spielten die Luft/Wasser-Wärmepumpen ihre Vorteile der kostengünstigen und flexiblen Installation voll aus“, so Schierenbeck. Für Luft/Wasser-Wärmepumpen sprach aus Bauherrensicht auch, dass die Wärmequelle Luft den geringsten baulichen Aufwand von allen Wärmepumpenlösungen erfordert.
Da die Gebäudeverwaltung einen Ökostromtarif gewählt hat, erfolgt die gesamte Energieversorgung, also Strom plus Raumheizung plus Trinkwassererwärmung im Objekt zu 100 % aus regenerativ erzeugter Energie.
Installiert wurden im Außenbereich fünf kompakte Ecodan-Wärmepumpen von Mitsubishi Electric mit jeweils 11,2 kW Heizleistung. Als Zweier- und Dreier-Kaskade (Bild 2) decken sie die Heizlast von 17,8 bzw. 26,5 kW sowie den Bedarf für die Trinkwassererwärmung vollständig ab.
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Kaskadierte Wärmepumpen energieeffizienter als Einzelgeräte
Die Kaskadierung von Wärmepumpen hat zahlreiche Vorteile gegenüber einer einzelnen Wärmepumpe mit entsprechend großer Einzelleistung. So können die kaskadierten Einheiten gleichzeitig im Teillastbetrieb arbeiten. Zudem ergibt sich ein sehr großer Modulationsbereich zwischen der minimalen Leistung des Einzelgeräts und der maximalen Leistung der Kaskade. Das ist wesentlich energieeffizienter als der Betrieb mit nur einem Modul, das viel häufiger takten muss.
Außerdem bietet eine Kaskade Redundanz bei der Abtauung sowie beim Ausfall und bei der Wartung von Einzelgeräten des Systems, die Verfügbarkeit ist dadurch signifikant höher. Darüber hinaus wird die Gesamtlaufzeiten der Einzelmodule reduziert und damit die kalendarische Nutzungszeit erhöht.
Ein besonderes Merkmal der eingesetzten Wärmepumpen ist die Zubadan-Verdichter-Technologie. Das dabei eingesetzte Einspritzverfahren optimiert die verfügbare Heizleistung. Die Wärmepumpen können damit auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen von bis zu – 15 °C noch 100 % ihrer Heizleistung im reinen Wärmepumpenbetrieb erbringen.
Gleichzeitig erweitert sich der untere Einsatzbereich, bei dem die Wärmepumpen eine für den Heizbetrieb nutzbare Temperatur zur Verfügung stellen können, auf bis zu – 28 °C Außentemperatur. Damit ist es möglich, ein Gebäude auch bei extremen Winterbedingungen ohne Unterstützung eines elektrischen Heizstabs oder einen zusätzlichen Wärmeerzeuger ausreichend mit Wärme zu versorgen.
Wärmepumpen einfach hydraulisch einbinden
Die hydraulische Einbindung der Wärmepumpen erfolgte analog zu einer herkömmlichen Heizungsanlage. Für jede Ecodan-Außeneinheit steht ein Hydromudul im Technikraum zur Verfügung (Bild 3). Die Heiz- und Wärmepumpenkreisläufe sind so hydraulisch voneinander entkoppelt und gleichzeitig wird ein konstanter Kältemittelvolumenstrom gewährleistet.
In jede Anlage wurde ein Pufferspeicher (Bild 3) eingebunden. Das ermöglicht lange Laufzeiten der Wärmepumpen und die Überbrückung von Sperrzeiten des Stromversorgers. Zudem stellt der Pufferspeicher Energie für die Abtauung der Außenmodule bereit. Die Wärmeübergabe erfolgt in den Gebäuden flächendeckend durch Fußbodenheizungen.
So wird das Trinkwasser erwärmt
Zur Trinkwassererwärmung gibt es in den beiden Technikräumen einen weiteren Pufferspeicher mit einer Solltemperatur von 52 °C (Bild 3). In jeder Wohneinheit befindet sich eine Wohnungsübergabestation, in der die Trinkwassererwärmung im Durchlaufprinzip auf eine Temperatur von 50 °C erfolgt. Parallel dazu erfolgt in den Wohnungsübergabestationen die Versorgung der Fußbodenheizungen.
Das Mehrfamilienhaus hat ausstattungsmäßig sogar noch mehr zu bieten: Drei Wohnungen verfügen auf Wunsch der jeweiligen Eigentümer über kompakte Split-Klimaanlagen. Dabei sind zwei Wohnungen mit einem Innen- und einem Außengerät der Diamond-Serie von Mitsubishi Electric ausgestattet und eine Wohnung hat zwei Innen-Klimageräte sowie ein Mr. Slim-Außengerät (Bild 5). Die Diamond-Innengeräte (Bild 4) wurden hier nicht nur wegen ihres ansprechenden Designs ausgewählt, sondern auch, weil sie über ausgezeichnete Energieeffizienzwerte verfügen.
Dieser Artikel erschien zuerst in der Heftausgabe 12-2020 des TGA Fachplaners unter dem Titel „100 % regenerative Wärmeversorgung“ von Maik Sommer, M. A.
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