Lüften, Kühlen, Heizen, Warmwasser
Kombinationsgerät für Neubauten
Effizienzsteigernde Systemintegration
Der Trend geht dahin, verschiedenste Funktionen systematisch zusammenzufassen, um Ressourcen, Energie und letztendlich Kosten zu sparen. Hier reiht sich nahtlos eine Neuentwicklung der Haustechnik ein: Luftheizungssysteme als Kombigeräte für Einfamilienhäuser. Sie beheizen oder kühlen Räume, dienen gleichzeitig aber auch der Warmwasserbereitung sowie der Kontrollierten Wohnungslüftung. Solche Zentralen sparen nicht nur viel Energie, sondern senken zudem die Baukosten: Durch eine Luftheizung, wie das System „Genius“ von Systemair, kann auf die sonst notwendigen, wasserführenden Installationen zur Wärmeverteilung verzichtet werden. Die Einsparungen liegen nach Angaben des Herstellers bei bis zu 10.000 € pro Objekt.
Der Heizbedarf in Neubauten reduziert sich kontinuierlich – das ist politisch so gewollt und mit Blick auf die Umweltbelastungen auch notwendig. Die Erfolge moderner Bautechnik sind dabei beachtlich, wie die Zeitreihe zu Lüftungs- und Transmissionswärmeverlusten in Gebäuden belegt: Von 2002, als die „Energieeinsparverordnung“ (EnEV) die „Wärmeschutzverordnung“ (WSV) ablöste, bis 2012 haben sich die Wärmeverluste von Neubauten halbiert. Tendenz weiter abnehmend, denn die EnEV 2016 schreibt die erneute Anhebung der Wärmedämmung um 20 % vor.
Die stetige Absenkung des Heizenergiebedarfs im Neubau und die staatlichen Vorgaben zur Nutzung erneuerbarer Energien bringen unweigerlich Umwälzungen bei Planung und Installation der Haustechnik insgesamt mit sich, denn
luftdichte Gebäudehüllen erfordern mechanische Lüftungskonzepte,
dem sinkenden Wärmebedarf entsprechend muss die Dimensionierung der Heiztechnik deutlich nach unten korrigiert werden,
je geringer die Transmissionswärmeverluste, umso höher fällt die Kühllast aus,
weniger Heizlast für Räume führt zu einem überproportionalen Anstieg des Energiebedarfs für Warmwasser am Gesamtenergieverbrauch. Dafür ist eine permanent-sparsame Energiebereitstellung erforderlich.
Konventionelle Heizgeräte kommen in der Regel mit diesem Anforderungsprofil nicht zurecht. Umso interessanter ist deshalb eine Neuentwicklung von Systemair (www.systemair.de), die Frischluft, Wärme, Temperierung und Warmwasser in Eigenheimen über nur ein Gerät bietet: das Luftheizungssystem „Genius“. Es basiert auf der einfachen Logik, dass eine Kontrollierte Wohnungslüftung in „dichten“ Effizienzhäusern auf jeden Fall eingebaut werden muss. Diese Technik kann aber ebenso gut zum Beheizen und Kühlen eingesetzt werden. Insbesondere, weil mit den energieeffizienten Bauweisen so geringe Heizlasten einhergehen, dass konventionelle Heizgeräte zumeist erheblich überdimensioniert sind.
Wärmerückgewinnung
Abluftwärmepumpen entziehen in Passivhäusern beim Luftaustausch über die Wohnungslüftungs-Anlage der Fortluft die wertvolle Wärme und nutzen sie direkt für die Trinkwasser-Erwärmung. Teilweise werden die Rückwärmegewinne den Räumen mit der Frischluft aber auch wieder zugeführt. Für Spitzenlasten sind üblicherweise zusätzliche Elektroheizelemente in den Zuluftkanälen und im Warmwasserspeicher integriert.
Entscheidender Nachteil dieser Technik: Nicht nur bei Lastspitzen, sondern auch, wenn es aufgrund von Baumängeln oder Materialalterung zu Abweichungen gegenüber dem Passivhaus-Standard kommt, reichen die internen Wärmeerträge oft nicht aus, um den Energiebedarf zu decken. In der Folge liefern die Elektroheizelemente unverhältnismäßig viel Wärme nach und verursachen ggf. hohe Kosten. Zudem ist für die Raumkühlung zusätzlich eine gesonderte Anlagentechnik notwendig.
Das Luftheizungssystem „Genius“ hingegen verfügt mit bis zu 6 kW über eine etwa dreifach höhere Nennwärmeleistung als typische Abluftwärmepumpen und kann deshalb sogar in „KfW 70“-Effizienzhäusern eingebaut werden. Erreicht wird dies durch eine bedarfsgerechte Erhöhung der Zuluft-Volumenströme und die Kombination zweier Wärmelieferanten: erstens die obligatorische Wärmerückgewinnung aus der Abluft (Wirkungsgrad bis 85 Prozent) zur Erwärmung der Frischluft und zweitens die Temperaturerhöhung der „Sekundärluft“ über eine Luft-/Luft-Wärmepumpe.
Der physikalische Hintergrund: Um Räumen über Frischluft Wärme zuzuführen, stehen zwei Stellgrößen zur Verfügung – die Erhöhung des Warmluftvolumens und die Erhöhung der Lufttemperatur. Der letzten Größe setzt die Lüftungsnorm DIN 1946-6 eine Obergrenze von 50 °C, um Staubverschwelungen im Raum zu verhindern. Zur Bewältigung höherer Heizlasten ist also immer auch das Luftvolumen zu erhöhen – noch über die Luftaustauschrate hinaus, die für die Raumlufthygiene erforderlich ist. Im Volllast-Betrieb erreicht die Haustechnikzentrale „Genius“ daher über einen zusätzlichen „Sekundärluft-Kreis“ einen Luftvolumenstrom von bis zu 600 m³/h und deckt somit auch hohe Spitzenlasten nahezu vollständig mit kostengünstiger Umweltwärme ab. Die Luftheizung ist ansonsten jedoch so dimensioniert, dass sie überwiegend im besonders effizienten Teillast-Betrieb läuft. Dazu ist die Luft-/Luft-Wärmepumpe mit Inverter-Technologie ausgestattet, die die Leistung wärmebedarfsabhängig reguliert.
Optimale Luftverhältnisse
Für Raumbeheizung und Kontrollierte Wohnungslüftung die gleiche Technik zu nutzen, bietet bei den komplexen Wechselwirkungen zwischen Luftqualität, Energieeffizienz und Komfort den gravierenden Vorteil: Es herrschen stets optimale Luftverhältnisse und -temperaturen im Gebäude. Dazu trägt maßgeblich das „Sekundärluft-Prinzip“ bei.
Als „Sekundärluft“ bezeichnen die Entwickler von Systemair die bereits erwärmte, frische Luft, die in den Zulufträumen – beispielsweise dem Wohnzimmer – vorhanden ist. Sie wird über ein separates Kanalsystem dem Raum wieder entnommen, über die Luft-/Luft-Wärmepumpe weiter erwärmt (oder gekühlt) und dann mit zusätzlicher temperierter Außenluft vermischt den Räumen wieder zugeführt. Die Außenluft hingegen wird von der Wärmerückgewinnung aus der Abluft auf ein höheres Temperaturniveau gehoben. Aus diesem Prinzip ergeben sich für die Energieeffizienz und die Luftqualität wesentliche Verbesserungen:
Durch die Vermischung von Frischluft mit „Sekundärluft“ erhöht sich zwar der Volumenstrom – und damit die Heiz- oder Kühlleistung –, jedoch nicht der Anteil an trockener Außenluft. Außerdem wird per Rotationswärmetauscher beim Temperieren der Frischluft die Feuchte aus der Abluft wieder auf die Zuluft übertragen. Die für den Komfort und die Gesundheit so wichtige Luftfeuchtigkeit bleibt dadurch erhalten.
Wird in einem Zuluftraum (z.B. Wohnzimmer) ein raumluftunabhängiger Kaminofen betrieben, verteilt sich über die entnommene Sekundärluft diese Wärme wirkungsvoll im ganzen Haus.
Ergeben sich in einem Zuluftraum mit großen Fenstern zusätzliche solare Wärmeeinträge, werden diese per „Sekundärluft-Kreis“ in alle Räume übertragen.
In der Bilanz des Energiebedarfs von Effizienz- und Passivhäusern schlägt die Kühllast immer stärker zu Buche, ebenso die Warmwasserbereitung. Klassische Passivhaus-Kompaktgeräte können den erforderlichen Energiebedarf nur unter engen Voraussetzungen decken. Denn viele Abluftwärmepumpen bieten keine aktive Kühlung oder stoßen bei gleichzeitiger Deckung von Heiz-/Kühllast und Trinkwasser-Erwärmung an Grenzen.
Das Risiko, für das Kühlen teuren Strom einsetzen zu müssen, schließt „Genius“ mit bis zu 4 kW Kühlleistung quasi aus. Auch für den Parallelbetrieb von Heiz- oder Kühlanforderung plus Trinkwasser-Erwärmung stellt „Genius“ über die leistungsstarke Luft-/Luft-Wärmepumpe stets ausreichend Reserven zur Verfügung. Deshalb ist die Größe des integrierten Trinkwasserspeichers mit 150 l für die komfortable Warmwasser-Versorgung eines Einfamilienhauses sicher dimensioniert.
Die Planung und Installation der Haustechnik unter Berücksichtigung der Wechselwirkung von Heizen, Kühlen, Lüften wird immer komplexer. Die logische Konsequenz ist, zukünftig diese Funktionen mit einem System abzudecken. Die Luftheizung „Genius“ als kompakte Haustechnikzentrale läutet im Neubau von Eigenheimen diesen Wandel von der wasser- zur luftgeführten Wärmeverteilung ein – mit hohem Einsparpotential an Energie- und Investitionskosten.
