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[ Wärmeversorgung ]

Technologiemix

Nachwachsende Rohstoffe, Sonne, Geothermie: Kombinationsanlagen vereinen moderne Energiequellen für die Wärmeversorgung von Gebäuden.

Dr. Klaus Fockenberg, Liane Kotsch

Heizen mit erneuerbaren Energien wird bei Deutschlands Hauseigentümern immer populärer. Dies geht aus einer repräsentativen Umfrage der Deutschen Energie-Agentur GmbH (dena) hervor. Besonders das Heizen mit Holz erfreut sich wachsender Beliebtheit. Unter den Favoriten steht an zweiter Stelle die Solarenergie. „Die Zahlen belegen, dass die erneuerbaren Energien bei der Wärmegewinnung zulegen – vor allem als zweites Energiestandbein. In Kombination mit einer guten Wärmedämmung tragen sie entscheidend zu einer vorausschauenden und zukunftssicheren Energieversorgung bei“, sagt Thomas Kwapich, Bereichsleiter bei der dena.

82 Prozent der Hauseigentümer, die erneuerbare Energien für die Heizung einsetzen, sind damit zufrieden. Außerdem wird das Haus zunehmend als Gesamtsystem gesehen, so ein weiteres Ergebnis der Umfrage. Eine solche Betrachtung erweist sich als sinnvoll, denn mehr als 85 Prozent des heutigen Primärenergiebedarfs der Bestandsgebäude können allein durch Modernisierungen und den Einsatz erprobter effizienter oder regenerativer Energietechnologien eingespart werden. Das zeigten Projektplanungen, die die dena für ihr Modellvorhaben „Niedrigenergiehaus im Bestand“ durchgeführte.

So reduziert schon die Verbesserung der Gebäudehülle den Energiebedarf beträchtlich. Den verbleibenden Bedarf deckt maßgeschneiderte Anlagentechnik. Zur Wärmeerzeugung kommen derzeit im Wesentlichen Gasbrennwertgeräte, Wärmepumpen und Holzpelletkessel zum Einsatz, oftmals auch in Kombination mit erneuerbaren Energiequellen. Gebräuchlich sind heute bivalente beziehungsweise trivalente Systeme, das heißt Wärme- und Kühltechnik, die aus zwei oder drei Energiequellen gespeist wird.

Wärmepumpen spielen dabei eine wesentliche Rolle. Heizungen mit dieser Technologie werden bereits seit rund 30 Jahren in Wohngebäuden eingesetzt, sie sind technisch ausgereift und zuverlässig. Sie erschließen die im Erdreich, im Grundwasser oder in der Umgebungsluft gespeicherte Wärme und geben diese an Heizkreislauf oder Warmwasseraufbereitung ab. Am effizientesten sind Erdwärmepumpen, da das Erdreich im Gegensatz zur Außenluft auch im kalten Winter relativ konstante Temperaturen liefert. Nur ein Viertel der Heizenergie muss als Strom für den Antrieb zugeführt werden, etwa drei Viertel kommen aus der Umwelt.

Auf dem heutigen Stand der Technik werden folgende Betriebsarten eingesetzt: Bei monovalenten Systemen bewältigt die Wärmepumpe allein die Heizlast des Gebäudes. Bei bivalenter Installation ergänzt ein zusätzlicher Wärme­erzeuger die Wärmepumpe, der sich zum Beispiel ab einer bestimmten Außentemperatur automatisch zuschaltet. Diese Betriebsweise kommt meist im Altbaubereich in Verbindung mit Luft-Wasser-Wärmepumpen zum Einsatz, wobei der schon vorhandene Wärmeerzeuger weitergenutzt werden kann. Der Deckungsgrad des Systems beträgt etwa 80 Prozent.

Bei geringem Wärmebedarf kann die monoenergetische Wärmepumpe eine gute Lösung sein. Sie entspricht im Prinzip der bivalenten Betriebsweise, nutzt als zusätzlichen Wärmeerzeuger eine Elektroheizung, meist in Form eines preiswerten Elektroheizstabes im Pufferspeicher. Die elektrische Zusatzheizung unterstützt hierbei die Wärmepumpe nur an wenigen, sehr kalten Tagen zur Deckung des Wärmebedarfs. Eine elektrische  Steuerung stellt sicher, dass die Zusatzheizung nicht länger in Betrieb ist als unbedingt erforderlich. Der Anteil der Jahresheizarbeit der Wärmepumpe ist ebenso wie bei bivalentem Betrieb äußerst hoch und liegt in der Regel bei über 95 Prozent.

Im Trend liegen heute auch trivalente Heizsysteme, die zur Wärmepumpe mehrere Energiequellen nutzen, beispielsweise sowohl Solarthermie als auch die Verfeuerung konventioneller und erneuerbarer Brennstoffe unter Verwendung von Brennwert- oder Pelletkesseln. Das „dreiwertige“ Heizen erspart dem Bauherrn weitestgehend die Abhängigkeit von einem bestimmten Energieträger. Und selbst der Strom für den Betrieb der Wärmepumpe kann noch über Photovoltaikelemente am eigenen Haus erzeugt werden.

97 Prozent Energieeinsparung: In Darmstadt wurde 2006 ein Mehr­familienhaus von 1949 im Rahmen des dena-­Modellvorhabens „Niedrigenergiehaus im ­Bestand“ ­effizient saniert (Beckenhaub + Hohm Architekten, Bad König).

Die Integration einer Solarthermieanlage trägt im Sommer massiv zur Einsparung bei. Denn die gesamte Heizungsanlage arbeitet in diesen Monaten oftmals allein zur Warmwasser­bereitung. Dieser Betrieb kann zu einem erhöhten Verschleiß und Verbrauch führen. Das lässt sich mit einer solarthermischen Aufheizung vermeiden, weil damit im Sommer normalerweise ausreichend Warmwasser produziert werden kann. Und größere Kollektorenflächen, die in Kombianlagen installiert sind, können im Winter noch zur Raumheizung beitragen.

Eingesetzt werden Hochleistungskollektoren in Flachkollektor- sowie der ertragreicheren Vakuum-Röhrenkollektor-Bauweise. Beide nehmen die Wärme der Sonne auf und geben sie über eine Wärmeträgerflüssigkeit, die in den Kollektoren zirkuliert, über Wärmetauscher an die Kunststoff- oder Stahlschichtenspeicher ab. Durch effiziente Regeltechnologie wird die Solaranlage – und wenn gewünscht auch die ganze Kessel- und Heizungsanlage – gesteuert. Im Zuge der Regelung des Gesamtsystems wird ein optimales Energiemanagement des Hauses erreicht. Eine Solaranlage erhöht generell die Lebensdauer der Heizung und senkt die Wartungs- und Instandhaltungskosten. Solarthermische Installationen zur Warmwasserbereitung reduzieren in Verbindung mit einem Brennwertkessel den Primärenergie­bedarf um etwa 28 Prozent gegenüber einem Niedertemperaturkessel.

Nicht zu vergessen ist, dass Solarthermie ebenso zur Kühlung von Gebäuden mit großflächigen Glasfassaden eingesetzt werden kann und so eine Menge Energie einspart. Für Bürokomplexe, Schulen oder Krankenhäuser sind diese Möglichkeiten effektiv anwendbar, denn zurzeit des größten Kühlungsbedarfs – im Sommer und dann während der Mittagszeit – wird auch die meiste Sonnenenergie geliefert.

Fazit: Zur Deckung des Heizungs- und Warmwasserbedarfs werden heute zunehmend Kombinationsanlagen mit mehreren Energiequellen genutzt. Die Technologien sind zwar nicht neu, dafür aber teilweise bereits über Jahrzehnte erprobt und weiterentwickelt. Sie arbeiten heute effizient und zuverlässig und werden fortwährend optimiert. Die sinnvolle Kombination dieser verschiedenen Systeme von Geothermie über Holzpelletheizungen bis hin zur Solarenergienutzung ist eine der Strategien für die Zukunft.

Dr. Klaus Fockenberg ist Architekt und Journalist, Liane Kotsch ist Kunsthistorikerin und Journalistin.

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