Blick auf den Dänischen Pavillon auf dem Expo-Gelände in Hannover (Foto: www.passivhaus.de)

Heute ist der Dänische Pavillon in Hannover ein innovatives Plusenergiegebäude, das mit einer Kombination aus Erdwärme und Solarenergie versorgt wird. (Foto: www.passivhaus.de)

Hannover: Erdwärme und PVT versorgen Wärmepumpe im Dänischen Pavillon

Der Dänische Pavillon auf dem ehemaligen Expo 2000-Gelände in Hannover wurde vom Besitzer, Carsten Grobe, zu einem innovativen Plusenergiegebäude saniert. Mit seinem Architektur- und TGA-Planungsbüro entschied man sich für den fast 2.000 m² großen Gebäudekomplex, bestehend aus Büro-, Schulungs- und Veranstaltungsflächen, für ein innovatives Heizungssystem: PVT-Kollektoren versorgen seither die Wärmepumpenheizung mit Solarstrom und Solarwärme.

Die besten Voraussetzungen für einen effizienten Niedertemperaturbetrieb schaffte die energetische Ertüchtigung der Gebäudehülle und der Einbau einer Lüftungsanlage mit effizienter Wärmerückgewinnung. So konnte für das Bürogebäude der spezifische Heizwärmebedarf pro Jahr auf 25 kWh/m² reduziert und die gesetzlichen Neubaustandards deutlich unterboten werden. Der verbleibende, geringe Restenergiebedarf kann nahezu vollständig über Erneuerbare Energien gedeckt werden.

Absorberfelder nutzen die Abwärme der Module

Das Herzstück der Gebäudetechnik für Heizen und Kühlen und zur Stromerzeugung ist die gebäudeintegrierte, regendichte PVT-Anlage der blue energy systems GmbH, das sogenannte nD-Hybridsystem, auf dem Dach des Hauptgebäudes in Verbindung mit einer Sole/Wasser-Wärmepumpe.

Von der insgesamt 325 m² großen PV-Anlage mit einer Nennleistung von 61 kW_p sind 230 m² mit thermischen Absorberfeldern hinterlegt. Das nD-Hybridsystem bietet dabei durch seinen modularen Aufbau die Möglichkeit, individuelle rahmenlose Photovoltaikmodule zu wählen und gewährt durch die Gebäudeintegration ein ästhetisches, einheitliches Erscheinungsbild.

Monovalente Sole/Wasser-Wärmepumpe erreicht JAZ von 4,9

Die 60 kW Wärmepumpe fungiert als monovalenter Wärme- und Kälteerzeuger und erreicht nach dynamischen Simulationsberechnungen eine Jahresarbeitszahl von 4,9. Ein 3.000 Liter großer Quellenspeicher, der sowohl vom Dach als auch aus dem Erdreich Wärme aufnimmt und die Wärmepumpe ganzjährig mit Energie versorgt, dient gleichzeitig als Kältespeicher für die Gebäude- und Serverkühlung.

Im Heizbetrieb kann das Wärmepumpen-System wahlweise Wärme aus den PVT-Kollektoren oder aus dem Erdreich über Erdwärmesonden (6 Stück à 100 m) und Erdwärmekollektoren (360 m² doppellagig) beziehen. Auch eine passive Kühlung erfolgt über die PVT-Kollektoren und das Erdreich. Die Anlagenregelung wählt dabei die Energiequelle, bzw. Energiesenke aus, die das beste Temperaturniveau bietet.

Die solare Regeneration durch die PVT-Kollektoren verhindert ein Absinken der Erdreichtemperaturen und stellt dadurch einen energieeffizienten Wärmepumpenbetrieb über die gesamte Lebensdauer sicher. Ein eigenes Betriebsmonitoring überwacht dabei die Effizienz und optimiert den Betrieb der Erdreich-PVT-Wärmepumpe so, dass im Betrieb eine Jahresarbeitszahl von über 5 zu erreicht werden kann.

So funktioniert die PVT-Wärmepumpe im dänischen Pavillon

Ein PVT-Kollektor erzeugt aus Solarstrahlung sowohl Strom als auch Wärme. Dazu wird hinter das Photovoltaik-Modul ein Rohrregister montiert, das von einem Wärmeträger durchflossen wird. Dieser thermische Absorber nimmt die Abwärme der Photovoltaik-Module und die Umgebungswärme auf und stellt sie der Wärmepumpe als Wärmequelle zur Verfügung. Der Solarstrom kann außerdem zum Betrieb der Wärmepumpe oder im Haushalt verwendet werden.

Das Rohrregister besteht aus Aluminium, Kupfer oder Kunststoff und ist mit dem PV-Modul entweder fest verklebt, laminiert, in den Rahmen eingeklemmt oder kann bei bestehenden PV-Anlagen nachgerüstet werden. Übers Jahr hinweg können PVT-Kollektoren bis zu viermal mehr Gesamtenergie, also Wärme und Strom, liefern als eine Photovoltaikanlage mit der gleichen Fläche und sind damit eine ideale Ergänzung zu einer Wärmepumpenheizung.

Die effiziente Flächennutzung, das einheitliche Erscheinungsbild, die geräuschlose Arbeitsweise und die Verbesserung der Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe durch die Sonnenenergienutzung vom Dach sind die wesentlichen Vorteile von PVT-Kollektoren. Übers Jahr hinweg produzieren diese etwa viermal mehr Gesamtenergie, also Wärme und Strom, als eine Photovoltaikanlage mit der gleichen Fläche.

4-mal mehr Gesamtenergie als PV-Kollektor

Heute dient das Hauptgebäude des zum Plusenergiegebäude sanierten Pavillons dem Architektur- und TGA-Planungsbüro Carsten Grobe Passivhaus als Firmensitz. Die Nebengebäude wurden für externe Veranstaltungen oder private Feiern der Öffentlichkeit wieder zugängig gemacht.

„Unser Firmensitz erfüllt schon heute die Klimaschutzziele 2030 - 2050. Durch die Sanierung der Gebäudehülle auf Passivhausstandard können wir den sehr geringen Heiz- und Kühlbedarf nahezu vollständig über die PVT-Anlage mit Sole/Wasser-Wärmepumpe decken“, sagt Geschäftsinhaber Carsten Grobe.

Das Architektur- und TGA-Planungsbüro profitiert nicht nur von dauerhaft niedrigen Betriebskosten, sondern auch von einer lokal emissionsfreien Heizung ohne Feinstaub, die im Vergleich zu einem Gas-Brennwertgerät nur etwa halb so hohe CO₂-Emissionen verursacht und anders als eine Luft-Wärmepumpe geräuschlos arbeitet.

Der Beitrag stammt von IntegraTE - Initiative zur Verbreitung von PVT-Kollektoren und Wärmepumpen im Gebäudesektor: www.wp-monitoring.de/integrate

Steckbrief
Projektnummer: 2839
Objekt: Bürogebäude & Event-Flächen
Ort: Hannover
Beteiligte Unternehmen: blue energy systems GmbH
Thermisch Heizleistung: 60,00 kW
Elektrische Leistung: 61,00 kW
Baujahr: 2020

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