Heizen, Kühlen, Lüften und Warmwasser
Intelligente Technik fürs Passivhaus
Quelle: Systemair
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In dem Hannoveraner Neubaugebiet „zero:e park“ wird der thermische Komfort in einem 170 cm² großen Passivhaus komplett mit nur einer einzigen Anlagentechnik erreicht, der Luftheizung „Genius“ von Systemair. Neben der Heiz- und Kühlfunktion (bis zu 5 bzw. 3,5 kW Leistung) sowie der kontrollierten Lüftung mit Wärme- sowie Feuchterückgewinnung ist auch die Warmwasserbereitung in das bodenstehende Kompaktgerät integriert. Die Energieversorgung der Anlage erfolgt über eine hauseigene Photovoltaik-Anlage, die mehr als 65% des eigenen Strombedarfs abdeckt.
Märchen fangen gerne mit der altbekannten Standardeinleitung „Es war einmal …“ an. Genauso sah es jahrelang in der Architekturszene aus, wenn über Niedrigstenergie- oder Passivhäuser gesprochen wurde: „Es war einmal ein kubisches Gebäude, das aufgrund seines optimalen A/V-Verhältnisses besonders wenig (oder: gar keine) Energie verbraucht.“
Märchen haben zwar oft eine wahre Kernaussage und so ist es auch hier. Märchen gehören aber zugleich in die Welt der Fabel – und das A/V-Verhältnis als naturgesetzmäßige Voraussetzung für geringen Energieverbrauch ist mittlerweile eine solche, beweist Architekt Dipl.-Ing. Ulf Schirmer mit einem Einfamilienhaus in der Hannoveraner Null-Emissions-Siedlung „zero:e park“ (www.zero-e-park.de).
Statt des sonst obligatorischen, aber ästhetisch fragwürden Schuhschachtel-Designs mit integrierter Energiespar-Funktion weist sein 170 cm² großer Neubau alle Elemente auf, die modernes Bauen ausmachen: Von Versprüngen in der Fassade und bodentiefen Fenstern über großzügige Lichtbänder bis hin zur optisch teilweise in die Gebäudehülle integrierten Doppelgarage hat Schirmer das komplette Instrumentarium der zeitgenössischen Architektur bespielt – und ist energetisch trotzdem auf Passivhaus-Niveau (Heizwärmebedarf < 15 kWh/m2a) angekommen.
Eine wesentliche Voraussetzung dafür war der generelle Ansatz, „als Architekt und Bauherr in Personalunion das Innen und Außen des Objektes gleichzeitig zu denken“, so Ulf Schirmer. Bei stofflichen Fragen wie der Bodenplatte (24er XPS-Perimeterdämmung zweilagig), dem massiven Wandaufbau (überwiegend 17,5er Kalksandstein plus 30 cm Mineralwolldämmung, Holzfaserdämmplatte als Putzträger sowie abschließend Mineralputz) oder dem Sichtestrich im Erdgeschoss war das zwar kaum herausfordernd. Viel mehr dafür aber – eben aufgrund ihrer energetischen Bedeutung – bei der Fassade oder bei der offenen Raumgestaltung im Innern, mit Raumhöhen bis 2,85m. Denn der kompakte Baukörper als solcher war zwar gesetzt, doch vor allem die großzügigen Fensterflächen mit den gewünschten Sichtachsen verlangten der ganzheitlichen Detailplanung viel Kreativität ab, um die Zielsetzung „Passivhaus“ einzuhalten.
Dämmen plus Technik optimal
Der entscheidende Schritt zur energetisch vorbildlichen Lösung kam daher auch nicht über die Architektur, sondern von Dipl.-Ing. Peter B. Schmidt (PBS PlanungsBüro Schmidt; Wennigsen bei Hannover; www.pbs-planung.de) über die Haustechnik. Anstelle eines konventionellen (Rest-) Wärmeerzeugers mit typischerweise wassergeführter Verteilung brachte er eine „Genius“-Luftheizung von Systemair (www.systemair.de) ins Gespräch, die gleichzeitig kühlt und das Brauchwarmwasser bereitet. Schmidt: „Dieses Technikkonzept ist überzeugend, weil es sämtliche Funktionen in einem kompakten Gerät vereint. Das ist wesentlich wirtschaftlicher und funktionaler als der althergebrachte Dreiklang aus reversibler Heizung, Wohnungslüftung und Warmwasserspeicher mit ihren unterschiedlichen Regelungsalgorithmen.“
Zum anderen, so der Ingenieur und Gutachter weiter, „bedient die Luftheizung gerade in diesem Fall die anspruchsvollen Wünsche an die Innenarchitektur, nämlich den Verzicht auf klassische Heizkörper genauso wie auf eine Flächenheizung im Estrich.“ Denn der sollte ja, als Sichtestrich ausgeführt werden und damit definitiv das bekannte Risiko der Rissbildung ausschließen.
Die Heizleistung dieser steckerfertigen Kombinationstechnologie liegt bei bis zu 5 kW, was im Hannoveraner Neubau aufgrund der exzellent gedämmten Außenwände im Regelfall nur zu einem Bruchteil abgerufen wird. Daher steht auch bei hohen Spitzenlasten für die Trinkwarmwasserbereitung des 4-Personen-Haushalts immer noch genug Energie zur Verfügung; ein Nachheizen des integrierten 150-Liter-Speichers per E-Patrone bleibt also kostensparende Theorie.
Dipl.-Ing. Peter B. Schmidt: „Typisch für solche Objekte ist aber, selbst in Kombination mit einem wirksamen außenliegenden Sonnenschutz generell der vergleichsweise hohe Leistungsbedarf für die Kühlung. Denn die großen Fensterflächen als Sonnenfalle auf der einen Seite, die hervorragend gedämmte Bauweise auf der anderen sorgen im Sommer bekanntlich für hohe Wärmeeinträge, die schnell als unangenehm empfunden werden.“ Mit dem Kombinationsgerät „Genius“ stehen jedoch durchgängig 3 bis 3,5 kW Leistung für die aktive Kühlung bereit, die über das Luftverteilnetz unspürbar zu einer Temperaturabsenkung um etwa 6 K führen. „Dieses ∆t ist im System bereits hinterlegt und entspricht der Temperaturdifferenz, die beispielsweise auch von Medizinern als Maximalwert empfohlen wird“, weiß dazu Systemair-Produktmanager Reiner Hackl: „Alternativ ist es aber genauso möglich, mit beispielsweise 23 °C als Festwert zu arbeiten. Entscheidend sind letztlich der Nutzer und seine ganz individuellen Komfortansprüche!“
Luftführung folgt Innenarchitektur
Positioniert wurde die „Genius“-Unit als Herzstück der Haustechnik mitten im Gebäude, angrenzend an Küche und Flur in einem weniger als 4 m² großen „Abstellraum“. Von dort aus führen die 200er Lüftungskanäle aus Wickelfalz bis unter das Flachdach, verzweigen dort in die einzelnen Zimmer im Obergeschoss sowie in das großzügige Bad – und führen dann wieder hinunter in das Erdgeschoss. „Das ist strömungstechnisch sicherlich nicht optimal“, so Architekt Schirmer, „diesmal aber der freien Innenarchitektur geschuldet und daher auch gern akzeptiert.“ Genauso wie die zwei Luftauslässe im 30 m² großen Wohnzimmer, die über ein 160er Wickelfalzrohr bedient werden. Mehr sollten es hier aber ebenfalls aus optischen Gründen auf keinen Fall sein, und Dipl.-Ing. Schmidt wusste die Lüftungstechnik dann entsprechend auszulegen und so einzuregulieren, dass die Volumenströme nicht spürbar sind.
Und zwar nicht allein wegen der kaum wahrnehmbaren Luftbewegung als solcher, sondern auch aufgrund der Luftqualität, wie Produktmanager Reiner Hackl unterstreicht: „Um an kalten Tagen über Zuluft die benötigte Wärmemenge zu transportieren, muss entweder die Lufttemperatur oder das Luftvolumen erhöht werden. Die Anhebung der Lufttemperatur ist aber aus Komfortgründen bis etwa 50 °C maximal akzeptabel. Wir müssen also mit mehr Volumen arbeiten. Das kommt dann entweder aus der kalten Außenluft, die sehr trocken ist und energieaufwändig aufgeheizt werden muss. Oder das zusätzliche Luftvolumen wird – wie hier – energetisch und feuchtemäßig optimal aus der sauberen Raumluft zurückgewonnen und der parallel zugeführten Außenluft beigemischt.“ Dafür ist in der Luftheizung „Genius“ ein entsprechender Sekundärluft-Kreislauf integriert, so dass „selbst im Winter in diesem Neubau durchgängig etwa 45 % Luftfeuchte gemessen werden konnten“, so Produktmanager Hackl.
Fazit
Die kompakte „Genius“-Unit stellt als Luftheizung mit integrierter Kühlfunktion in Niedrigstenergie- und Passivhäusern (ab Effizienzhaus 55) eine interessante Alternative zu wesentlich komplexeren und aufwändigeren Mehrfach-Systemen dar. Dies gilt insbesondere vor dem Hintergrund des wesentlich einfacheren Handlings für den Endkunden, da die gesamte Steuerung über eine zentrale Regelung erfolgt. Die dafür notwendigen Messstellen sind in diesem Fall als Außentemperaturfühler in der Frischluftansaugung sowie als Raumthermostate im Erdgeschoss und im Obergeschoss ausgeführt.
„Die Investitionskosten liegen zudem“, schätzt Haustechnik-Spezialist Dipl.-Ing. Schmidt, „auch durch den Wegfall einer wassergeführten Wärmeverteilung, um etwa 10.000 € unter denen parallel installierter Systeme.“ Hinzu kommt die beträchtliche energetische Unabhängigkeit durch die auf dem Flachdach installierte PV-Anlage mit 4,1 kWp. Im Hannoveraner Neubau werden 65 % Energieeintrag selbst genutzt, der Rest eingespeist. Deswegen ist die Anlage auch Nord/West ausgerichtet, nicht nach Süden: So sind die Nutzungsanteilkosten am günstigsten.
„Genius“ – das Komplettsystem
für Heizen / Lüften / Kühlen
für Heizen / Lüften / Kühlen
Das Kombigerät „Genius“ liefert eine aktive Kühlleistung von bis zu 3,5 kW und eine Heizleistung bis maximal 5 kW. Das reicht für die sichere Versorgung von Effizienzhäusern nach KfW 55-Standard bis etwa 190 m² beheizbare Wohnfläche, einschließlich gleichzeitiger Anforderung von Trinkwarmwasser.
Das System „Genius“ übertrifft dabei die Leistungsgrenzen typischer Abluftwärmepumpen. Dafür wurde in dem Gerät außer einem Rotationswärmetauscher, der aus der Abluft Wärme und Luftfeuchtigkeit zurückgewinnt, eine Luft/Luft- bzw. für die Warmwasserbereitung eine Luft/Wasser-Wärmepumpe installiert. Die Wärmeenergie aus der Außenluft und Abluft erreicht dabei eine so hohe Leistung, dass der Parallelbetrieb von Trinkwassererwärmung und Raumbeheizung auch im Winter problemlos abgedeckt wird. Ständiges Nachheizen der Zuluft oder des Warmwasserspeichers mit Strom, wie bei konventionellen Abluftwärmepumpen, ist nicht notwendig.
Eine weitere Energieeinsparung wird durch das Sekundärluftprinzip erreicht. Dabei wird aus den Zulufträumen bereits temperierte Luft entnommen, über die Luft/Luft-Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gehoben und wieder der Zuluft beigemischt. Die Zuluft selbst wird über einen Rotationswärmetauscher (bis zu 85 % Wärmebereitstellungsgrad) mit Wärme und Feuchte aus der Abluft konditioniert. Parallel dazu lädt die Wärmepumpe über einen Plattenwärmetauscher mit Speicherladepumpe den 150 l großen Trinkwasserbehälter im Kombigerät auf.
