bestimmt den Stand der Technik mit Wärmestrahlungsenergie
Dazu werden Heizung, Warmwasserbereitung und Kühlung komplett über erneuerbare Energien versorgt. Das System nutzt gleichzeitig solare und geothermische Energie, hilfsweise kann mit nachwachsendem Holz an sehr kalten Tagen nachgeheizt werden.
Die wesentlichen Energieerzeuger sind Solarkollektoren (ca. 34 m2> Bruttokollektorfläche) und eine Sole/Wasser-Wärmepumpe. Die Quelle der Energie ist die Sonne, über eine Energiezentrale mit Wärmetauscherrohren (geschlossenes Solesystem).
Reicht die Kollektorfläche nicht aus, wird ein Kamin mit Wassersatz zugeschaltet.
Die Regelung sorgt dafür, dass alle Energieströme temperatur- und bedarfsabhängig verwertet werden. Solarenergie wird bei Bedarf sofort an die Verbraucher weitergeleitet oder zur späteren Nutzung zwischengespeichert. Dabei werden mehrere Speicher – Kombispeicher mit Durchflussprinzip (650 Liter), Pufferspeicher (1500 Liter), Kältespeicher (500 Liter) und geschlossenes Solesystem (ca. 2600 Liter) – je nach Priorität nacheinander be- oder entladen.
Die Wärmepumpen-Energiezentrale entzieht dem Erdreich Wärme und gibt diese über eine Hüllflächentemperierung ab. Großflächige Heizsysteme und Kühlsysteme in Fußboden, Wand oder Decke eingebracht, sind die idealen Wärme- oder Kühlverteilsysteme für Wohngebäude.
Die Solarkollektoren decken den größten Teil der Warmwasserbereitung und einen Teil der Heizungswärme.
Darüber hinaus wird die Sonnenenergie mit Temperaturen unterhalb 30°C, welche nicht für Warmwasser und Heizung benutzt werden kann, dem geschlossenen Solesystem zugeführt und zwischengespeichert. Die gespeicherte Energie wird in der Heizperiode mittels der Wärmepumpe auf ein für Heizzwecke nutzbares Temperaturniveau angehoben, den Wärmestrahlflächen und der Warmwasserbereitung zugeführt. Dies erhöht deutlich den Solarertrag, die Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe und damit die Effizienz des Gesamtsystems. Während der Kühlperiode in den Sommermonaten wird mittels der Wärmepumpe das geschlossene Solesystem genutzt, um die Raumwärme in den Speicher abzuführen.
Zur Wärme- und Kälteverteilung im Gebäude kommt Hüllflächentemperierung zum Einsatz. Dieses Flächenstrahlungssystem arbeitet auf einem niedrigen Temperaturniveau. Dies garantiert eine optimale Jahresarbeitszahl der Wärmepumpe und einen hohen Wirkungsgrad der Solarthermieanlage.
Je nach Anforderungsprofil kann die Wärmepumpen-Energiezentrale mit unterschiedlichsten Funktionen ausgestattet sein. Der Betreiber erhält grundsätzlich alle erforderlichen Komponenten einer Heizungs- und Warmwasseraufbereitungsanlage, wie einen Warmwasserspeicher mit integriertem Entkopplungsspeicher für das Heizsystem, Umwälzpumpen, Ausdehnungsgefäße und Sicherheitsbaugruppen. Bei bestimmungsgemäßem Einsatz wird der Heizwärmebedarf ohne direkte elektrische Zuheizung ermöglicht. Die elektrische Schnellaufheizung ist serienmäßig enthalten und dient dem Legionellenschutz des Trinkwasserspeichers.
Die Wärmepumpen-Energiezentrale ist optional mit den Zusatzfunktionen „Abluftnutzung“, „passive Kühlung“ und „aktive Kühlung“ erhältlich.
Passive Kühlung
Die Wärmepumpen-Energiezentrale dient nicht nur zur Heizung und Brauchwasserbereitung, sie kann optional mit einer passiven Kühlfunktion ausgestattet sein. Hierbei wird den Räumen über die Wärmeverteilsysteme im Wand-, Decken- und Fußbodenbereich Wärme entzogen und dem Erdreich zugeführt. Da diese Kühlfunktion ausschließlich durch den Erdkollektor oder die Erdsonde abgedeckt wird, spricht man vom passiven Kühlbetrieb.
Aktive Kühlung
Mit der Funktion „aktive Kühlung“ wird die Wärmepumpen-Energiezentrale zum Kühlschrank. Der kältetechnische Bausatz zur Umkehr des Wärmepumpenkreislaufs ermöglicht eine dauerhafte Leistungsfähigkeit der Kühlung auch auf niedrigem Temperaturniveau mit der Möglichkeit, die Raumluftfeuchte zu überwachen.
Es kann die Energie erzeugt werden, die das Gebäude selbst benötigt
Im Fall der Solarerweiterung wird eine 16,7 kWp Photovoltaik Anlage installiert. Sie erzeugt einen Teil der elektrischen Hilfsenergie, die benötigt wird, um Kompressoren, Pumpen etc. zu betreiben. Diese Energie wird in das Netz eingespeist.
Ein komplettes, hocheffizientes Wärmepumpen-Hybridsystem für die Heizwärme- und Warmwasserbereitung verknüpft die auf regenerativer Energiebasis arbeitenden Techniken der Solarthermie und Wärmepumpe/Geothermie in besonderer Weise miteinander und ermöglicht somit sowohl die direkte Nutzung des solaren Ertrages als auch eine im Vergleich zu Standard Sole/Wasser-Wärmepumpen deutlich effizientere Betriebsweise.
Dieses Hybridsystem basiert auf der doppelten Nutzung der Sonnenenergie
Doppelte Nutzung der Sonnenenergie:
Einerseits wird die verfügbare Energie zur solaren Brauchwasseraufbereitung und Heizungsunterstützung genutzt, andererseits auch für eine zusätzliche Einspeisung in die geothermische Energiequelle „Erdreich“ verwendet.
Die größte Energiezufuhr erfährt die Erdkruste bis zu einer Tiefe von 15 Meter durch Sonneneinstrahlung und Niederschlag. Der Wärmezufluss aus dem Erdinneren ist hier eher gering. Diese Wärmequelle wird mittels horizontaler Erdkollektoren aus PE-Rohr erschlossen. Die Erdkollektoren werden in einer Tiefe von 1,0 bis 1,2 Meter verlegt. Den Energietransport vom Erdreich zur Wärmepumpe übernimmt Sole, ein Wasser/Glykol-Gemisch. Die Entzugsfläche des horizontalen Erdkollektors hängt vom Wärmebedarf des Gebäudes sowie von den Bodenbeschaffenheiten ab. Horizontal verlegte Erdkollektoren haben den Vorteil, dass sie sich während der Bauphase eines Hauses leicht installieren lassen. Das Zusammenspiel der Solarkollektoren mit der Wärmepumpe geschieht über die in der Erde eingebrachte Registerstation. Diese ist mit „Register-Armen“ ausgestattet, die aus horizontal angebrachten stabilen Kunststoffrohren bestehen. Sie stellen die Speicher- und Entzugselemente dar, die sowohl die Einspeisung des solaren Ertrages als auch den Energieentzug aus der Erde für die Wärmepumpe hocheffizient bewirken. Die feste Position der Kunststoffrohre wird durch vertikale Kunststoffträgerelemente gewährleistet. Die Register sind unterhalb der Frostgrenze angeordnet und über die in der Registerstation befindlichen Verteiler mit dem Solarsystem beziehungsweise der Wärmepumpe verbunden.
Beim Neubau wird durch Erdsonden im Vergleich zu Erdkollektoren und großen Tanks für die Wärmespeicherung wesentlich weniger Platz benötigt. Auch ein großflächiger Eingriff in den Grundstücksbereich ist durch den Einsatz von Erdsonden nicht nötig.
Abluftnutzung
Das Abluftmodul der Wärmepumpen-Energiezentrale ermöglicht die zentrale Absaugung der Luft aus Küche, Bad oder WC. Die in der Abluft enthaltene Wärme wird zurückgewonnen. Der Raumluft wird Feuchte entzogen und das Raumklima verbessert.
Fazit:
Alle Funktionseinheiten der Energiewandlung, der Energieerzeugung und Energiespeicherung sind so optimal aufeinander abgestimmt und miteinander vernetzt. Die Solarenergie wird zunächst direkt für die Warmwasserbereitung und Heizungsunterstützung eingesetzt. Die überschüssige Solarenergie wird in die Erdkollektoren geleitet und dient so zur Erhöhung des nutzbaren Energiepotentials der Wärmepumpen und zur Regeneration des Erdreichs. Das Energiesystem erhöht in Verbindung mit dem Register die Nutzungszeit und die Entzugsleistung für die Wärmepumpe. Es verbessert die Betriebsbedingungen der Wärmepumpenanlage durch Anhebung des Temperaturniveaus auf der Quellenseite und ermöglicht höhere Jahresarbeitszahlen und geringere Betriebskosten. In der Kombination führt dies zu einer Energieeeffizienzsteigerung von bis zu 25 Prozent gegenüber Standard-Wärmepumpenanlagen.
