Das Projekt Zukunft hat schon begonnen

Special
Wärmepumpen
Nachhaltig energieeffiziente Erfolgsprojekte mit Wärmepumpen:
Das Projekt Zukunft hat schon
begonnen
Bild: Redaktion
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In der Freien und Hansestadt Hamburg entstehen seit einigen Jahren zukunftsweisende Projekte, die mit
innovativen Konzepten der Energie-, Wärme- und Kälteversorgung verbunden sind. Von der vielgeschossigen Großbehörde bis zum kleinen Einfamilienhaus kommen dabei auch energieeffiziente Wärmepumpen
zum Einsatz. In diesem Jahr stellte der Bundesverband Wärmepumpe e.V. (BWP) einige der bereits realisierten Projekte vor.
Teil des Hamburger IBA-Geländes sind die auf Pfählen in einem Wasserbecken errichteten „Water Houses“, die mit Sole-Wasser-Wärmepumpe über Betonkernaktivierung geheizt und gekühlt werden.
I
n den Jahren 2006 bis 2013 waren
die Hamburger Stadtteile Wilhelmsburg, Veddel und der Harburger Binnenhafen Schauplatz für die Internationale Bauausstellung (IBA). Mit mehr
als 60 baulichen, sozialen und kulturellen Projekten und Programmen zeigte
die IBA im Herzen der Hansestadt, wie
eine moderne Metropole im 21. Jahrhundert ökologisch und sozial ausbalanciert wachsen kann. Das Investitionsvolumen lag bei einer Milliarde
Euro. Das 35 km² große Projektgebiet
sollte zu einem Vorbild für nachhaltige,
zukunftsorientierte Stadtentwicklung
werden. In diesem Zeitraum entstanden viele Bau- und Modernisierungsprojekte, die sich energetisch und optisch sehen lassen können.
Zum Konzept gehören beispielsweise
sogenannte „Water Houses“, die auf
Pfählen in einem Wasserbecken mit einer Oberfläche von ca. 4.000 m² errichtet wurden. Das Becken wird durch
Regenwasser gespeist. Das Gebäudeensemble besteht aus vier sogenannten
„TriPlex Houses“ mit jeweils drei sepa-
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Das „Softhouse“ mit seinen vier Einheiten à 180 m² erfüllt den Passivhaus-Standard und verfügt neben Sole-Wasser-Wärmepumpen über
eine kontrollierte Wohnungslüftung mit Wärmerückgewinnung.
rat zugängigen, dreigeschossigen Wohnungen und dem neungeschossigen
„Water Tower“ mit 22 Wohneinheiten.
Das Projekt erfüllt den Passivhaus-Standard und erhielt das Gold-Zertifikat der
DGNB (Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen). Zum Heizen und Kühlen des Towers über Betonkernaktivierung dienen dabei Sole-Wasser-Wärmepumpen vom Typ „WPF 27“ von Stiebel
Eltron. In den „TriPlex Houses“ kommt
das Modell „WPF 7 cool“ zum Einsatz.
Ein weiteres interessantes Projekt sind
die „Smart Material Houses“, bei denen
anpassungsfähige Baukonstruktionen
sowie intelligente Technologien und
Baustoffe kombiniert wurden. Das „Softhouse“, ein Vier-Familien-Wohnhaus,
nutzt dabei durch seine dynamische
Textilfassade das Sonnenlicht auf flexible
und intelligente Weise und dient mit
seiner Vollholzbauweise als Beispiel für
nachhaltiges Bauen. Jede der vier Wohneinheiten besitzt einen Technikraum im
hinteren Teil der zugehörigen Garage mit
kompakter Erdreich-Wärmpumpe vom
Typ „WPC 7“ von Stiebel Eltron inklusive
Pufferspeicher, Warmwasser-Speicher
sowie Lüftungsgerät, Modell „LWZ 170370“, ebenfalls von Stiebel Eltron, mit
Wärmerückgewinnung für die komfortable, energieeffiziente, kontrollierte Beund Entlüftung der Wohnungen.
Behörde mit Erdwärme
beheizt und gekühlt
Ein besonders markantes Projekt im
Rahmen der IBA ist der Neubau der
Behörde für Stadtentwicklung und Umwelt (BSU) in Wilhelmsburg. Er wird
mit Erdwärme beheizt und erhielt für
seinen ganzheitlichen Ansatz der energetischen Optimierung und des ressourcenschonenden Bauens bereits das
DGNB-Vorzertifikat in Gold, bevor 2014
die endgültige Zertifizierung erfolgte.
Die Anforderungen an die Planer des
Gebäudes waren hoch. Aufgabe war es,
einen Bürogebäudekomplex zu entwerfen, der sowohl in architektonischer
Qualität überzeugen kann, als auch
beispielhaft für seine Nachhaltigkeit ist.
Die Gewinner der Ausschreibung entwarfen einen L-förmig angelegten Gewww.ki-portal.de
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Geheizt wird das 2013 fertiggestellte Gebäude der BSU mit Wärmepumpe. Diese nutzt die Wärme aus 1.600 Energiepfählen und bringt
sie auf ein höheres Temperaturniveau.
bäudekomplex, der aus der Luft wie
aneinandergereihte Dreiecke aussieht.
Die Fassade der acht Gebäudeabschnitte
erinnert mit ihren in verschiedenen
Farben übereinander geschichteten
Balken an Luftschlangen. Seit 2013 arbeiten hier auf über 61.000 m² fast
1.400 Mitarbeiter der Behörde.
Ein wesentlicher Bestandteil des
Energiekonzeptes ist die Nutzung der
Im Sommer dient das Geothermiefeld zur passiven Kühlung. Die Wärmepumpe transportiert die Wärme aus dem Gebäude in die Sonden,
wo sie der Sole entzogen und dann ans Erdreich abgegeben wird.
auf dem Baugrundstück vorhandenen
Erdwärme in Verbindung mit Wärmepumpen. Zwei Wärmepumpen der Waterkotte GmbH, Herne, mit einer Heizleistung von je 230 kW heben die
Wärmeenergie aus 834 der insgesamt
1.604 Bohrpfähle der Gebäudegründung auf das für den Betrieb der Heizung benötigte Temperaturniveau. Im
Sommer wird die benötigte Kühlener-
gie direkt über Wärmetauscher als freie
Kühlung dem Geothermiefeld entzogen. Dabei ist für eine nachhaltige Nutzung des Geothermiefelds entscheidend, dass sich der Wärmeentzug im
Winter durch einen Wärmeeintrag im
Sommer ausgleicht. Die einzelnen
Komponenten des energetischen Gebäudekonzepts sind so aufeinander abgestimmt, dass Heiz- und Kühlbedarf
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Solartechnik der TU Braunschweig ergeben hatten, dass die ursprünglich
kalkulierten Verbrauchswerte nicht nur
eingehalten, sondern sogar unterschritten werden können, wurde das alte
System gegen eine neue Stiebel Eltron
Wärmepumpe „WPF 7“ ausgetauscht.
„Wir freuen uns sehr über den Austausch. Jetzt passt wirklich alles – und
wir haben endlich auch eine effektive
Heizungsanlage“, so die Bewohner, Familie Oldendorf.
Christian und Irina Oldendorf sind
Anfang 2012 gemeinsam mit ihren beiden Söhnen nach Hamburg Wilhelmsburg gezogen, um als Bewohner das
„LichtAktiv“ Haus auf Herz und Nieren
zu testen. Die Familie hat sich in dem
tageslichtdurchfluteten Eigenheim so
wohlgefühlt, dass sie das „LichtAktiv“
Haus gekauft hat und dort wohnen bleibt.
Das modernisierte Siedlerhaus ist ein
offizielles Projekt der Forschungsinitia-
Mit dem 2012 gestarteten Projekt des
„LichtAktiv“ Haus in Hamburg wollte
der Dachfensterhersteller Velux zeigen,
dass bereits mit heute verfügbaren
Kenntnissen und Baumaterialien CO2neutrale Gebäude errichtet werden
können, ohne dabei Kompromisse bei
der Wohnqualität einzugehen. Dazu
wurde ein typisches Siedlerhaus aus
den 50er-Jahren als Nullenergiehaus
konzipiert und modernisiert. Es hat
funktioniert: Die Ergebnisse der wissenschaftlichen Begleitforschung bestätigen, dass sich höchster Wohnwert und
eine komfortable Nutzung erneuerbarer Energien auch bei der Modernisierung von Bestandsgebäuden verwirklichen lassen. Einzig der zu hohe Stromverbrauch des eingesetzten Wärmeerzeugers trübte die positive Bilanz.
Deshalb analysierte der deutsche
Wärmepumpenexperte Stiebel Eltron
Gebäude, Berechnungen, Verbrauchswerte und die vorhandene Anlage –
und kam schnell zu dem Schluss, dass
bei Verwendung der passenden Wärmepumpe und korrekter Installation eine
deutliche Effizienzsteigerung möglich
ist. Nachdem gemeinsame Simulationen mit dem Institut für Gebäude- und
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Bild: Stiebel Eltron
Moderne Erdreich-Wärmepumpe
im „LichtAktiv“ Haus
tive „Zukunft Bau“ des Bundesministeriums für Umwelt und Bau (BMUB), in
dessen Rahmen der Gebäudestandard
„Effizienzhaus Plus“ als Beitrag für die
Energiewende erarbeitet wurde. „Umso
wichtiger ist, dass auch die Werte der
Wärmepumpenanlage passen“, erklärt
Thomas Wilken, stellvertretender Leiter
des Instituts für Gebäude- und Solartechnik an der Technischen Universität
Braunschweig von Prof. Dr. M. Norbert
Fisch.
Mit der neuen Wärmepumpe erwarten die Experten mehr als eine Verdoppelung der Effizienz der Heizungsanlage. Die „WPF 7“ ist eine Erdreich-Wärmepumpe mit einem COP von 4,85 und
einer Wärmeleistung von 7,50 kW (bei
B0/W35 nach EN 14511). Die Simulation sagt eine Jahresarbeitszahl von mindestens 4,4 voraus. Die Wärmeenergie
wird in einem Kombispeicher SBS
1001, ebenfalls von Stiebel Eltron, vorgehalten. Gleichzeitig werden auch die
Gewinne aus der vorhandenen Solarthermieanlage direkt in den Speicher
geladen. Da die hygienische Warmwasserbereitung in dem Speicher im Durchlaufprinzip erfolgt, wird die Umweltenergie aus dem Erdreich und der Solaranlage dann – im Gegensatz zu bisher – direkt als Wärme genutzt. Parallel
zur Nutzung für Raumheizung und
Warmwasserbereitung wird eventuelle
überschüssige Sonnenenergie in die
beiden 50 Meter tiefen Erdsonden geleitet, die so zusätzlich regeneriert und
als saisonaler Speicher genutzt werden.
◄ Die neue Heizungsanlage mit Erdreich-Wär-
mepumpe „WPF 7“ von Stiebel Eltron. Die Experten erwarten eine Verdoppelung der Effizienz –
eine Jahresarbeitszahl von 4,4 ist prognostiziert.
Das „LichtAktiv“ Haus wartet innen mit energieeffizienter Wärmepumpe auf.
Außen wird das emissionsfreie Elektrofahrzeug aufgeladen.
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des Gebäudes nahezu ausgeglichen sind
und so das Wärmegleichgewicht im
Erdreich langfristig sichergestellt wird.
Die Wärmepumpenanlage mit einer
Jahresarbeitszahl von vier deckt die
Grundlast des Gebäudes. Unterstützend
ist ein Nahwärmeanschluss für die
Warmwasserbereitung sowie die Spitzenlastabdeckung installiert.
Die Gebäudetechnik beinhaltet ein
differenziertes Be- und Entlüftungskonzept zur Sicherstellung des erforderlichen Mindestluftwechsels im Winter. Eine effiziente Wärmerückgewinnung der Lüftungsanlagen erschließt
weitere Energieeinsparpotenziale.
Die Beheizung und freie Kühlung der
Bürobereiche erfolgt über Thermoaktivdecken. Dabei wird die Betondecke mit
Hilfe von eingelegten Heizungsleitungen
ähnlich einer Fußbodenheizung als
Heiz- und Kühlfläche mit hoher Speicherkapazität genutzt. Lüftungsklappen
unterstützen bei Bedarf die Auskühlung
der Betondecken über Nacht. Durch das
ganzheitliche Konzept erreicht das neue
Gebäude der BSU den KfW-70-Standard: pro Quadratmeter und Jahr benötigt es lediglich 70 kW Heizenergie.
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Schaltschrankklima
Hot. Cold. DBK.
Centurion Commercial Center
ohne großvolumige Kälteaggregate
Bild: BWP
Bereits seit 2000 plant und realisiert die
Stadt Hamburg den neuen Stadtteil Hafencity der Hansestadt. Am Großen
Grasbrook hat das grüne Büro- und
Geschäftshaus „Centurion Commercial
Center Hafencity“ seinen Betrieb aufgenommen. Für das Energiekonzept er-
Durch die innovative Grundwasserspeicherung steht sommerliche Wärme
auch in der kalten Jahreszeit zur Verfügung – ohne großvolumige Kälteaggregate und hohen Stromverbrauch.
Gleichzeitig wird die Energie aus der
Gebäudeabluft über eine Wärmerückgewinnungsanlage in das System eingespeist. Ein Synergieeffekt, der die Energieeffizienz des Gebäudes weiter verbessert.
Durch diese innovative Technologie
musste das Bohrunternehmen lediglich
drei Aktivsonden einbringen, die sich
jetzt in der Tiefgarage des siebengeschossigen Gebäudes befinden. Zusam-
Für das Geschäftshaus „Centurion Commercial
Center Hafencity“ liefert eine innovative Geothermieanlage 80 % der Heiz- und Kühlenergie. Dafür
gab es das Vorzertifikat der DGNB sowie die Nachhaltigkeitsmedaille der „HafenCity“ in Gold.
hielt es von der DGNB das Vorzertifikat
in Gold sowie eine Nominierung für die
goldene Nachhaltigkeitsmedaille der
Hafencity. Verdient hat es sich die Auszeichnungen aufgrund seines ausgefeilten Heiz- und Kühlsystems, das auf
Erdwärme setzt.
Das Gebäude deckt den benötigten
Heiz- und Kühlenergiebedarf über eine
Erdwärmepumpe, die die Wärme an die
Betonkernaktivierung abgibt. Die Ingenieure des Berliner Geothermieunternehmens Geo-En nutzten bei dem Projekt das unter dem Gebäude liegende,
mit Grundwasser gesättigte Erdreich als
Niedertemperatur-Wärmespeicher. Im
Winter wird Grundwasser entnommen,
durch eine Wärmepumpe zirkuliert und
um wenige Grad abgekühlt wieder in
den Boden eingeleitet. Dadurch entsteht
unter dem Gebäude ein Kaltwasserreservoir, das im Sommer zur Kühlung des
Gebäudes genutzt werden kann. Dazu
wird Grundwasser lediglich über Wärmetauscher geleitet, in denen das Wasser zur Gebäudekühlung geführt wird.
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Über das zugehörige Internet-ServiceGateway von Stiebel Eltron sind alle
Daten und Einstellungen der Anlage in
einer persönlichen Servicewelt mit jedem Internetbrowser komfortabel und
einfach aufruf- und editierbar.
Drei Aktivsonden machen sich das Grundwasser zu Nutzen. Die Wärmepumpe wandelt die
durch sie gewonnene Wärme in Heizenergie
um und gibt sie über die Betonkernaktivierung an die zu beheizenden Räume ab.
men erbringen sie eine Heiz- und Kühlleistung von jeweils 180 kW. Die Geothermie-Anlage „bedient“ eine Teilfläche des Gesamtgebäudes. Rund 80 %
der hier benötigten Energie stammen
aus umweltfreundlicher Erdwärme.
Aufgrund mangelnden Platzes für weitere Sonden, übernimmt ein Fernwärmenetz die restlichen 20 %. Das Energiekonzept reduziert die CO2-Emissionen gegenüber einer konventionellen
Gasheizung und Kälteanlage um bis zu
60 %. Außerdem sparen die ansässigen
Büros, Geschäfte, Gastronomien sowie
eine Schule viel Geld für die Klimatisierung ihrer Räumlichkeiten. Insgesamt
13.000 Euro mussten sie im ersten Jahr
weniger an Energiekosten gegenüber
einer konventionellen Heizanlage bezahlen, so dass lediglich eine Summe
von knapp 4.500 Euro für den Betrieb
der Wärmepumpe übrig blieb. n
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