Erdwärmepumpe für Neubau: Kosten, Effizienz & Brauchwasserwärmepumpe mit Solarunterstützung?

1) Einleitung Für den Bereich Raumwärme und Warmwasserbereitung wird in Deutschland viel Energie aufgewendet. Ein großer Teil der CO₂  -  Emissionen kommt aus diesem Sektor. Öl und Gas tragen zur Klimaproblematik maßgeblich bei, außerdem müssen diese Energieträger importiert werden und erhöhen unsere Abhängigkeit vom Ausland. Was liegt daher näher als unsere Gebäude besser zu isolieren und Neubauten nach hohen Wärmeschutzstandards zu errichten? Die Idee des "Teilsolaren Heizens" beruht darauf, dass die geringe Wärmemenge die ein thermisch optimiertes Haus noch benötigt mit Unterstützung von aktiven Solarsystemen aufgebracht wird. Die ersten Visionen von Niedrig- bzw. Nullenergiehäusern bezogen sich auf Gebäude mit teuren und komplizierten technischen Systemen. In jüngster Zeit führten die Erfahrungen mit dem energiesparenden Bauen zu kostengünstigen Häusern mit besonders guter Gebäudehülle. Mit einem Mehraufwand von 10 % kann bei Neubauten im Vergleich zum Standard von 1973 (Ölpreiskrise) fast die Hälfte des Heizbedarfs eingespart werden. Das Ziel unserer Bestrebungen war es unter Einbeziehung von Solarsystemen einen niedrigen Heizenergiebedarf und guten Wohnkomfort zu erreichen. Voraussetzung für jede Anwendung solarunterstützter Heizsysteme ist die Optimierung der Gebäudehülle und die Ausrichtung des Hauses nach Süden. Folgende Systeme kommen zum Einsatz: Passive Solarnutzung durch Fenster Wintergarten Aktives Kollektorsystem / Speicher Wärmereückgewinnung aus der Abluft mit Luftwärmepumpe Nachheizmöglichkeit mit Pelletofen

2) Gebäudehülle Das Haus wurde vom Ullrich Jahn und der Fa. Scheerbaum geplant und in einer speziell entwickelten Holzständer- Modulbauweise errichtet. Es handelt sich dabei um ein Niedrigenergiehaus aus Modulen 2,50 x 1,25 m. Diese Module sind von 2 Personen ohne technische Hilfsmittel handhabbar. Die schwere Stahlbeton-Fundamentplatte ist die speichernde Masse des Systems. Gute Isolation und Fenster mit niedrigem k-Wert waren die Voraussetzung für das Gelingen dieses Demonstrationsvorhabens. Die Außenwände sind mit 12 cm Steinwolldämmung ausgefacht + 6 cm VWS^Abk.-Fassade (k-Wert: 0,2). Die Isolierung des Flachdaches ist 20 cm dick und hat einen k-Wert von 0,2. Es werden 2-Scheibenfenster mit einem k-Wert von 1,3 eingesetzt. Die Fundamentplatte ist gegen das Erdreich mit einer 20 cm dicken Zwischenschicht aus extrudiertem Hartschaum gedämmt (k=0,2). Wegen der gut isolierten Gebäudehülle hat der hygienisch erforderliche Luftwechsel mit 32 % einen relativ hohen Anteil am Gesamtenergiebedarf. Tatsächlich wird die Luft 1/2 mal pro Stunde ausgetauscht.

3) Gebäudeheizlast Die Berechnung der Heizlast erfolgte nach der WSVO95 und ergab: Transmissionsverluste: 5.660 kWh/a Lüftungswärmebedarf: 4.330 kWh/a Solare Wärmegwinne: 1.200 kWh/a Interne Wärmegewinne: 2.350 kWh/a Das ergibt bei 128 m² Nutzfläche einen Jahresheizwärmebedarf von 43 W / m²*a Der effektive Heizwärmebedarf weit liegt darunter! Die Maximale Heizlast beträgt bei -15 Grad Celsius 3 kW incl. Warmwasserbereitung.

5) Heizsystem Die zentrale Wärmespeicherung und Verteilung erfolgt über einen im Hauskern aufgestellten 1000 l Pufferspeicher Calobloc aus Kunststoff (Fa. Werit) in diesen werden alle Wärmeerzeuger eingekoppelt. Diese sind : Abluft-Wärmepumpe 600 W Europa Mini von Ochsner Flachkollektor Typ Solector 320 (Tinox) 6 m² Pelletofen mit Wasserfach 2-8 kW (vorgesehen) Nachtstrom-Nachheizung 2-6 kW Langzeitspeicher Wasser/Beton 7 m³ (im Bau) IWarmwasserbereitung: Die Warmwasserbereitung erfolgt im Pufferspeicher im Durchlauferhitzerprinzip d.h. keine Gefahr von Legionellen. Der Speicher wird wenn keine Solargewinne anstehen mit max. 50 Grad betrieben. Solaranlage mit Heizungsunterstützung direkt eingekoppelt: Die Sonnenkollektoren liefern Wärme über einen Plattenwärmetauscher direkt in die Fußbodenheizung oder bei Vorlauftemperaturen über 35 Grad C in den 1000 l Speicher, so kann auch in der Übergangszeit noch Solarwärme genutzt und gespeichert werden , welche in herkömmlichen Systemen nicht nutzbar ist. Ist dies nicht mehr ausreichend werden weitere Wärmequellen aktiviert: Abluftwärmerückgewinnung mit der Wärmepumpe Ochsner Mini WP, Heizleistung 2200 W Elektrische Leistung Kompressor 600 W + Ventilatoren 90 W Pelletofen Ecofire mit Wasserfach 2-8 kW Nachtstrom  -  Nachheizung 2-6 kW Die Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung beträgt max. 28 Grad sodass die Oberflächentemperatur der beheizten Bodenplatte max. 24 Grad beträgt und der Selbstregeleffekt bei Sonneneinstrahlung genutzt werden kann. Die Fußbodenheizung in der Bodenplatte speichert dann die Wärme und gibt sie erst wieder ab wenn die Wärme benötigt wird. Die Raumtemperatur ist immer behagliche 22 Grad.

6) Energiebilanz Zur Wärmeversorgung unseres Hauses tragen mehrere Energiequellen bei: Passiv-solare Gewinne über Fenster und Wintergarten Wärmeabgabe von Bewohnern Abwärme von elektrischen Geräten Wärmepumpe im Lüftungssystem Die Regelung der Systeme erfolgt über eine Speicher-Programmierbare-Steuerung (C-Control). Durch die Programmierung lassen sich Prioritäten und Abläufe einfach vorgeben. Benutzerverhalten: Die Bewohner/Benutzer beeinflussen durch ihr Behaglichkeitsempfinden und ihre Temperaturtoleranz die Effizienz der passiv-solaren Komponente. Wenn der Wintergarten als Energiequelle eingesetzt werden soll, müssen die Bewohner immer zum richtigen Zeitpunkt die Fenster zum Hausinneren öffnen. Über die täglichen Energieverbräuche wurde ein Logbuch geführt. (wird noch veröffentlicht) Eine Auswertung des Winters 97/98 und 98/99 ergab sehr günstige Verbrauchswerte von unter 700 DM/a für Warmwasserbereitung und Heizung Verbrauch Jan. 2000 in kWh Heizung und Warmwasser Der Durchschittsverbrauch liegt bei 40 kWh/d also unter 2 kW Heizlast incl. Warmwasserbereitung, die Spitzenlast bei -15 Grad Celsius unter 3 kW!