Ökosmartes Eigenheim: klimaneutral heizen und kühlen

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Jürgen Leppig, Mitglied der Innovationsgemeinschaft Raumklimasysteme e.V. und Vorsitzender der bundesweiten Interessenvertretung für Energieberater (GIH) hat sich und seiner Familie ein ökosmartes Haus gebaut. "Ich wollte zeigen, was heute schon geht, denn sowohl das Kühlen im Sommer als auch das Heizen der Räume im Winter geschieht klimaneutral“, berichtet Leppig.

Laut dem Bauherrn wird dem Kühlen innerhalb der nächsten 30 Jahre eine größere Bedeutung zuteilwerden als dem Heizen. Der Energieaufwand für ein angenehmes Raumklima wird sich verdoppeln, wenn der Wohnungsbau dies angesichts des Klimawandels nicht berücksichtigt. Deshalb ist Leppigs neugebautes Hocheffizienzgebäude ein Projekt für die Zukunft.

Neben interessierten Besuchern, die mehr über das Konzept des GIH-Vorsitzenden erfahren möchten, nutzen auch Wissenschaftler der Technischen Hochschule Ingolstadt das Einfamilienhaus zu Forschungszwecken. Das Haus mit 240 Quadratmetern Wohnfläche liefert ihnen wertvolle Daten im Hinblick auf das Speicherpotential von Wohngebäuden, die Regelungsstrategie und allgemein die Nutzung von erneuerbaren Energien.

Photovoltaik-Thermische-Kollektoren (PVT) als zentrales Element gewinnen den Strom mit Sonnenenergie und erwärmen das Wasser. Das hierfür erforderliche Gegenstück bilden Klimadecken. Mit ihrem integrierten Rohrleitungssystem lassen sich die einzelnen Räume kühlen und mit Strahlungswärme von oben heizen. Die Besucher erfahren bei den Führungen durch den Neubau also einiges über den besonderen Mix aus Öko-Hightech-Elementen und wie Energie aus regenerativen Quellen bestmöglich eingesetzt werden kann.

Im Sommer wird die Wassertemperatur mithilfe einer Sole-Wasserpumpe gesenkt. Diese passive Kühlung über das Erdreich ist besonders umweltfreundlich und hält die Betriebskosten gering, da es hier ausreicht, die Umwälzpumpen und Regelung laufen zu lassen. Für eine aktive Kühlung, also um dem Raum Wärme zu entziehen, ist eine zusätzliche reversible Luft-Wasser-Wärmepumpe mit umkehrbarem Kältekreislauf vonnöten.

Beton besitzt als Baustoff bemerkenswerte Speicherkapazitäten, weshalb die Klimadecken noch eine weitere Funktion haben: Auf einer Fläche von 250 Quadratmetern kann eine 19 Zentimeter hohe Betonschicht ebenso viel Wärme speichern wie etwa 18 Kubikmeter Wasser. Aus diesem Grund können derartige Geschossdecken mithilfe einer thermischen Betonkern-Aktivierung sowohl Wärme als auch Kälte für etliche Tage aufrechterhalten.

Die unterschiedlichen Komponenten werden mit der Visualisierungssoftware EisBär SCADA, die die verschiedenen benötigten BUS-Systeme integriert, geregelt und überwacht. So ist sichergestellt, dass die PVT-Kollektoren in Kombination mit der Sole-Wärmepumpe den Verbrauch hinsichtlich Trinkwarmwasser und Raumwärme vollständig abdecken.

Das patentierte Verfahren der eingesetzten Zortström-Technologie verbindet einen Verteiler mit exakter Temperaturtrennung sowie die Funktionen einer hydraulischen Weiche und eines Puffers. Der Clou: Das System entkoppelt zunächst die Flüssigkeitsströme aller angeschlossenen Erzeuger hydraulisch, trennt sie voneinander und sammelt sie in vielen Temperaturstufen in einem Schichtspeicher mit Gleitschicht-Raum. Vor- und Rückläufe der Heiz- und Kühlkreise bedienen sich dort mit der jeweils benötigten Temperatur. Damit kann die Heizung punktgenau reagieren. Da das System mit Wetterportalen verbunden ist, bezieht die Anlage bei der Kälte- oder Wärmeproduktion die aktuellen sowie vorhergesagten Tageswerte mit ein, wodurch sich die entsprechende Raumtemperatur automatisch und ohne Verzögerung einstellt.

"Die Anlage mit ihren differenzierten Steuerungsmöglichkeiten beseitigt eine Schwachstelle klassischer Systeme", erklärt Leppig. Oftmals beeinflussen sich die einzelnen Versorgungskreise, da sie nicht vollständig voneinander abgegrenzt sind. Dadurch kann zu viel Energie verloren gehen, da die Wärmepumpen durch zu hohe Systemtemperaturen ineffizient arbeiten, was zu einem erheblichen Stromverbrauch führt. In einem Hocheffizienzgebäude wie das des GIH-Vorsitzenden sind demnach hohe Einsparpotentiale festzumachen. "Mit der Heizung von der Decke betreibe ich die Wärmepumpe mit niedrigsten Vorlauftemperaturen und kann im Sommer optimal temperieren", so Leppig.

Das Thema Nachhaltigkeit wurde beim Bau des Marktheidenfelder Musterhauses konsequent fokussiert, denn für Außenwände, Keller und Dach wurden nachhaltige Dämm- und Baustoffe eingesetzt, Wärmebrücken am Gebäude vermieden. Außerdem werden Regen- und Grauwasser für den Garten und die Toilettenspülung verwendet, um auch beim Umgang mit Wasser Ressourcen zu schonen.