So finden Sie das beste Wärmepumpen-Angebot

Blick auf die Erdwärmekollektoren von Geocollect

Die Erdwärmekollektoren sind auf zwei Ebenen hinter den Gebäuden in einer 1,90 Meter tiefen Baugrube installiert. (Foto Consulting Janssen)

Lüneburg: 60er Jahre Wohnblocks mit Erdwärme- und Luft-Kollektoren saniert

Gerade in älteren Mehrfamilienhäusern aus den 1960er und 1970er Jahren sind moderne Heizlösungen, die Kosten sparen und die Umwelt schonen, sehr gefragt. Ein innovatives Beispiel aus Lüneburg zeigt, wie man auch im Wohnungsbestand die Wärmeversorgung ohne fossile Energien zur Spitzenlastabdeckung realisieren kann.

Denn gerade in größeren Einheiten im Wohnungsbau ist es heute immer noch üblich, bei der Erneuerung mit einer Wärmepumpe oder einer Solaranlage zusätzlich noch einen Gas-Brennwertkessel in den Keller zu stellen. Als Leistungsreserve für besonders kalte Tage oder bei hohem Warmwasserbedarf. Doch diese Art einer Hybrid-Anlage kostet Geld und Platz.

Einfacher und zukunftsfähiger ist es, auf klimaschädliche Verbrennungsprozesse komplett zu verzichten, und eine (fast) vollständig erneuerbare Wärmeversorgung mit Öko- oder PV-Strom vom eigenen Dach als Antriebsenergie für eine Wärmepumpe zu realisieren.

Herausforderung: Sonnenenergie in den Winter mitnehmen

Für dieses Vorhaben gibt es, nicht nur aber vor allem im Gebäudebestand, drei Herausforderungen:

Gerade, wenns ums Heizen geht, also im Winter, scheint die Sonne in unseren Breiten leider genau dann wenig, wenn die größte Wärmemenge für die Beheizung von Gebäuden erforderlich ist. Die reichlich vorhandene Sonnenenergie von Frühjahr bis Herbst mitzunehmen in die Heizperiode, ist demnach eine zentrale Herausforderung bei der Dekarbonisierung des Gebäudebestands sowie für klimaneutrale Neubauten.

Die zweite Herausforderung: stets die optimale Umweltenergie für die Wärmepumpe auszuwählen. Denn: je höher die Quelltemperatur umso geringer der Temperaturhub zwischen Umweltenergie und Heizungsvorlauf und umso größer die Effizienz der Wärmepumpe; erkennbar an der Jahresarbeitszahl JAZ.

Die dritte Herausforderung: Die Vorlauftemperatur so niedrig wie möglich halten. Auch hier ist das Ziel ein möglichst niedriger Temperaturhub und damit die höhere Effizienz der Wärmepumpe.

Die Lösung: „Oberflächennahe“ Erdwärme und Energiezäune

Ein aktuelles Projekt in Lüneburg zeigt, wie die drei Themen unter einen Hut kommen. Die Voraussetzungen: Zwei nebeneinanderliegende Mehrfamilienhäuser der Sauerland Wohnungsunternehmen GmbH & Co.KG,

mit insgesamt 44 Wohnungen,
Baujahr 1962,
regionaltypische Ziegelfassade,
Ölzentralheizung,
dezentrale elektrische Warmwasserbereitung,
ein vergleichsweise guter Energiekennwert von 101 kWh/m²,
die erforderliche maximale Heizleistung beträgt bei -12°C Außentemperatur 80 kW pro Haus,
der Gesamtenergieverbrauch liegt bei 295.047 Kilowattstunden oder
rund 30.000 Liter Heizöl pro Jahr.

Keine Worst Performing Buildings aber auch keine energetischen Musterknaben. Die Aufgabe: Die beiden 19 Jahre alten Ölkessel durch effiziente Wärmepumpen zu ersetzen, bei möglichst wenigen Eingriffen in den Wohnungen und ohne Dämmung der Ziegelfassade oder des Dachs.

Solewärmepumpe, zwei Energiequellen, Wärmepumpenheizkörper

Die Lösung kommt von den Firmen Metternich Haustechnik in Windeck bei Bonn, dem TGA-Planungsbüro Weidemann in Bad Sassendorf und CJ Consulting Janssen, die als zertifizierter Fachbetrieb für den korrekten Einbau der Kollektoren verantwortlich zeichnen.

Die wichtigsten Komponenten der neuen Anlage: Wärmepumpen der Firma Watterkotte und Energiezäune von VAluCol, Erdwärmekollektoren von GeoCollect, ein intelligentes Quellenmanagement des Herstellers B.E.Cologne und "EcoReviva" Wärmepumpenheizkörper von der Firma JAGA.

Die erste Energiequelle ist das Erdreich hinter den beiden Gebäuden, das mit Erdwärmekollektoren erschlossen ist. Die Energiesammler aus robustem PP-R-Kunststoff haben durch ihre besondere Oberfläche eine besonders große Kontaktfläche zum umgebenden Erdreich und damit eine hohe spezifische Leistung.

In Lüneburg sind pro Gebäude 70 Stränge je 10 Kollektoren auf zwei Ebenen übereinander verlegt. Die Entzugsleistung beträgt jeweils 70 Kilowatt (kW) auf einer Fläche von lediglich etwa 31 x 17 Metern. Die Baugrube wurde 1,90 Meter tief ausgehoben.

Die zweite Wärmequelle sind 20 auf dem Gelände montierte Energiezäune in zwei Gruppen. Jeder der 3 mal 2 Meter großen Bauteile aus Aluminium hat eine Leistung von rund 4 kW. Durch ihre gute Wärmeleitfähigkeit und die schwarze Lackierung nehmen sie Energie aus der Luft sowie aus diffuser und direkter Sonneneinstrahlung auf und geben sie an die Sole der Erdreichwärmepumpen ab.

Überschüssige Energie aus den Energiezäunen wird im Erdboden gespeichert

„Der große Vorteil der Kombination der beiden Systeme ist, dass wir das Erdreich sowohl als Energiespeicher als auch als Energiequelle nutzen“, sagt TGA-Fachmann Malte Weidemann. Gesteuert durch das Hydraulikmodul nutzt die Wärmepumpe stets die Wärmequelle mit der höchsten Temperatur. Bei Außentemperaturen bis etwa Null Grad sind das die Energiezäune. Erst bei noch niedrigeren Temperaturen entzieht die Wärmepumpe dem Erdreich Energie.

Auch in Lüneburg herrschen die meiste Zeit deutlich höhere Außentemperaturen als die maximale Auslegungstemperatur von -12°C. Bereits im Bereich von +5°C bis + 10°C benötigen die Wärmepumpen nur einen kleineren Teil ihrer Leistung für die Beheizung der Gebäude.

Statt immer wieder Ein- und Auszuschalten speichert die Hybridanlage „überschüssige“ Energie aus den Energiezäunen im Erdboden, der sich so bei wärmerer Witterung regelmäßig regeneriert, zusätzlich zur Erwärmung im Frühling und Sommer. Der Vorteil: Während die Sonne statistisch gesehen am 21. Dezember ihre geringste Leistung auf die Erde schickt, erreicht der Erdboden erst Ende Februar / Anfang März seine niedrigste Temperatur von etwa Null Grad. Dann scheint die Sonne schon wieder häufiger und die Lufttemperaturen steigen.

„Durch die regelmäßige Speicherung von Umweltwärme im Boden erreichen wir bei hybriden Anlagen übers Jahr eine durchschnittliche Quellentemperatur von 4°C bis 5 °C“, sagt Volkmar Frotscher, Vertriebsleiter bei GeoCollect.

Diese hohen Temperaturen sind der Grund dafür, dass solche Anlagen höhere Jahresarbeitszahlen und höhere Vorlauftemperaturen erreichen, als Erdwärmepumpen mit nur einer Wärmequelle. Die Jahresarbeitszahlen von Luft-Wasser-Wärmepumpen liegen in der Regel noch einmal deutlich darunter.

Intelligentes Energiequellen-Management sorgt für hohe Effizienz

Eine wichtige Komponente der Anlage sind die Hydraulikmodule von B.E. Cologne. Die Module sind regelungstechnisch autark, es bedarf also keiner steuerungstechnischen Anbindung an die Wärmepumpe.

Die kompakten Einheiten sind für Heizlasten von 6 kW bis 180 kW lieferbar. Im Auslieferzustand sind die Anlagedaten bereits in der Steuerung programmiert. Die Feinjustierung erfolgt ebenso wie das integrierte Monitoring per Fernwartung.

„Die Auslegung mit zwei Energiequellen bietet zusätzliche Sicherheit, da beim Ausfall oder Beschädigung zum Beispiel des Energiezauns einfach auf die Erdwärmekollektoren umgeschaltet werden kann“, sagt Frank Euteneuer, Geschäftsführer von Metternich Haustechnik.

Die regenerative Wärmeversorgung bleibt damit sichergestellt, bevor die Mietenden überhaupt einen Abfall der Raumtemperaturen bemerken. Alternativ zu den Energiezäunen sind zum Beispiel PVT-Kollektoren oder Abwärme als Energiequelle denkbar.

Kein Spitzenlastkessel, keine Dämmung, keine Flächenheizung

Um die Vorlauftemperaturen zusätzlich zu senken, wurden die bestehenden Kompaktheizkörper durch passgenaue Gebläsekonvektoren ersetzt, die mit Vorlauftemperaturen von 35 bis 40°C ähnliche Leistungen wie die bislang montierten Flachheizkörper mit 70°C erzeugen.

Der hydraulische Abgleich geschieht über dynamische Ventile. Regelbar in drei Stufen, sind die kleinen Lüfter auf kleinster Stufe nicht zu hören. Erforderlich ist eine Steckdose in der Nähe des Heizkörpers, dank der geringen elektrischen Leistung der Lüfter von etwa 5-15 Watt ist keine eigene Sicherung nötig.

Im Lüneburger Projekt erfolgt die Stromversorgung der Heizkörper über ein Niederspannungsnetz, das ausgehend vom Heizungskeller entlang der Heizkörper verlegt wurde und von der Photovoltaikanlage auf den Dächern der Gebäude versorgt wird.

In den beiden Gebäuden in Lüneburg zirkuliert das Heizwasser bei -12°C Außentemperatur mit 45 Grad durch die Heizkörper, immer noch vergleichsweise niedrig und ausreichend, um auch bei strengem Frost eine Raumtemperatur von 20 Grad sicherzustellen.

Entsprechend effizient arbeiten die beiden Solewärmepumpen in den Gebäuden. Für die Jahresarbeitszahl der kompletten Anlage geht Malte Weidemann von einem sehr guten Wert von 4 und höher aus. Wohlgemerkt ohne zusätzliche Dämmung der Gebäudehülle und ohne Flächenheizung. Die Sanierung erfolgte in bewohntem Zustand, ein Umzugsmanagement und Ersatzwohnungen waren nicht erforderlich.

Eine eventuelle Notversorgung oder die Abdeckung von Spitzenlasten erfolgt über elektrische Heizstäbe in den Pufferspeichern. Davon sind in den Kellern insgesamt vier untergebracht, jeder mit 1.000 Liter Inhalt. Prinzipiell sind auch größere Speicher möglich. Da die verfügbare elektrische Anschlussleistung bereits ausgelastet war, musste für die beiden Wärmepumpen ein neuer Anschluss an das Verteilnetz in der Nachbarstraße eingerichtet werden.

Steckbrief
Projektnummer: 3636
Objekt: Zwei Mehrfamilienhäuser (Baujahr 1962) mit insgesamt 44 Wohnungen
Ort: Lüneburg
Beteiligte Unternehmen: Metternich Haustechnik (Windeck bei Bonn), TGA-Planungsbüro Weidemann (Bad Sassendorf), CJ Consulting Janssen
Hersteller: 2 x Watterkotte Eco Touch DS 5112.5DT Wärmepumpe von Watterkotte, Energiezäune von VAluCol, Erdwärmekollektoren von GeoCollect, intelligentes Quellenmanagement von B.E.Cologne, Wärmepumpenheizkörper JAGA EcoReviva
Thermisch Heizleistung: 160,00 kW
Baujahr: 2023

Bilder

Blick auf den Verteilerschacht der Erdwärmeleitungen

Die regionaltypischen Ziegelfassaden blieben unverändert. Aufwendig gestaltete sich der neue Anschluss an das Verteilnetz des Stromversorgers. (Foto: GeoCollect)

Die Rückseite mit den Loggien und Balkonen blieb ebenso erhalten wie die Wärmeübertragung über Heizkörper. Von den Erdwärmekollektoren ist nach Fertigstellung nichts mehr zu sehen und zu hören. (Foto: GeoCollect)

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