Altersgerechtes Wohnen der Zukunft

Zukunftsorientiertes nachhaltiges Bauen und Wohnen benötigt als Grundstein die effiziente und ökologische Erzeugung von Wärme, Kälte und Strom auf der einen Seite und auf der anderen intelligente Speicher- und Verteilkonzepte. Nur so können Energiekosten gedrosselt, Wohnkomfort und Immobilienwert hochgehalten, die Altersvorsorge gesichert und ein wertvoller Beitrag zum Klima­schutz geleistet werden. Es gilt: Keine Energiewende ohne Wärmewende und keine Wärmewende ohne geeignete Speicherlösungen und eine funktionierende Anlagenhydraulik. Experten zufolge wird die Gebäudemasse der Beton-Geschossdecken in Deutschland im Jahr 2050 über eine thermische Speicherkapazität von weit über 30 TWh sowie eine Tauscherfläche von rund 5 Mrd. m² verfügen und damit theoretisch den gesamten thermischen Speicherbedarf für Gebäudewärme abdecken. Bezogen auf ein Einfamilienhaus sind das bei 250 m² Decke – ohne Bodenplatte – ca. 500 kWh bei 500 m² Wärmetauscher.

Thermische Betonkernaktivierung als Speicherlösung

Das Einfamilienhaus von Jürgen Leppig, Energieberater und Vorsitzender des GIH-Bundesverbands (Gebäudeenergieberater, Ingenieure und Handwerker), das er in den letzten beiden Jahren im unterfränkischen Marktheidenfeld als zukunftsorientierten Alterswohnsitz realisiert hat, bezieht seine thermische Energie nicht nur über eine Vernetzung von Sole-Wärmepumpe und PVT-Anlage. Ein wesentliches funktionales Element der energetischen Versorgung ist die Green-Code-Klima- und Akustikdecke, die das Prinzip der thermischen Bauteilaktivierung nutzt. Die speziell entworfene Decke mit thermischer Betonkernaktivierung heizt, kühlt, puffert Energie und verbessert zudem die Raumakustik (Infokasten 1). Um die thermische Behaglichkeit zu sichern, die einen hohen Einfluss auf Wohlbefinden und Gesundheit hat, muss der Energieverbrauch gesenkt werden, ohne die Lebensqualität einzuschränken. Bauherr und Planer Jürgen Leppig nutzt in seinem Haus die Masse der Beton-Geschossdecke als Speicher. Aufgrund des überragenden Strahlungsanteils bei Deckenkühl- und -heizsystemen können Betondeckenspeicher bereits bei geringen Temperaturdifferenzen ein angenehmes Wohnklima schaffen.

Um solche Niedertemperaturquellen in die energetische Infra­struktur eines Gebäudes optimal einzubinden, bedarf es einer hochpräzisen Volumenstromregelung sowie Zusammenführung und Verteilung von Wärme- und Kältekapazitäten, die in allen Betriebszuständen hydraulisch optimal ausbalanciert sein muss. Daher dient dem großen Deckenspeicher ein kompaktes Sammel-, Speicher- und Verteilsystem, der „Zortström Multi HK“, als perfekter Kombinationspartner. Gleichzeitig hat die patentierte Technologie die Funktion einer hydraulischen Weiche, die insbesondere den passiven Energieverbrauch drastisch reduzieren kann. Die Mischventile des „Zortström“ verteilen Wärme und Kälte nach den Sollwerten der Heizkurve bzw. den Kühlsollwerten im Kühllastfall. Drei Geothermiesonden liefern über einen Wärmetauscher die Kälte­energie, die bis auf den geringen Pumpenstrom kostenfrei bleibt.

Um die energetische Versorgung zu flexibilisieren und damit den Komfortstatus des Objekts weiter zu verbessern, ist die KNX-Steuerung der „Smart Home“-Anlage mit lokalen Wetterseiten im Internet verlinkt. Das Haussystem ist damit in der Lage, sich rechtzeitig auf neue Umweltbedingungen, wie Hitzewellen oder Frostperioden, einzustellen. Diese Steuerung ist ebenfalls für die Pufferfunktion des Deckenspeichers zuständig, der je nach Heiz- oder Kühllastfall Energie für rund zwei Wochen speichern kann.

Das tri-funktionale „Zortström“-Prinzip

Neben dem zweistufigen „Zortström Multi HK“ (46 l), der zur Einspeisung in die Klimadecke dient, wurde im Keller des Gebäudes ein zweiter, fünfstufiger „Zortström Multi PG-H“ mit einem Fassungsvermögen von 806 l für höhere Temperaturen verbaut. Die heute bereits in mehr als 5.100 energetischen Projekten eingesetzte Technologie, ist eine Entwicklung des Vorarlberger Gebäudetechnikspezialisten Zortea. Ihre Erfahrungen aus vielen erfolgreichen Großprojekten in ganz Europa lassen die technischen Entwickler heute auch in Ausführungen für kleinere Einsatzbereiche, beispielsweise den Privatwohnbau, einfließen.

Die mehrfach ausgezeichnete „Zortström“-Technologie arbeitet tri-funktional: Das System dient als hydraulische Weiche, als Puffer und als Verteiler zugleich. Auf Erzeuger- wie auch auf Abnehmerseite speichert und bewegt der „Zortström“ die thermische Energie stets bedarfskonform und mit maximaler Präzision. Innerhalb der Anlage gelten hierfür zwei Funktionsprinzipien: das der hydraulischen Entkopplung und das der exakten Temperaturtrennung in beliebig viele Temperaturstufen. Ein Schichtspeicher mit Gleitschichtraum sammelt die Volumenströme der verschiedenen Wärme- und Kälteerzeuger nach Temperaturen getrennt, nachdem er sie vorher hydraulisch voneinander entkoppelt hat. Diese Gleitschichträume bilden die Zonen des Puffers: der obere mit höheren Temperaturen für die Frischwasserstation und der untere für die Flächenheizungen. Überschüssige Wärme wird hier vorgehalten und kann nach Bedarf abgerufen werden.

Die Leistung der Erzeuger lässt sich durch die Solltemperaturen jeder Temperaturstufe regulieren. Eine dadurch optimale Nutzung der Vor- und Rückläufe unterschiedlicher Heiz- und Kühlkreise garantiert die Einhaltung korrekter Betriebsparameter auf der Erzeugerseite. Auch bei sich ändernden Lastverhältnissen gewährleistet der Zortström die exakte und stabile Energiezustellung ohne gegenseitige Pumpenbeeinflussung.

Zusammenspiel von PVT und Wärmepumpe verbessert

Spezielle PVT-Kollektoren, die auf dem Flachdach des kubisch designten Hauses und der Garage angebracht sind, produzieren Strom, dienen aber auch der Warmwasserproduktion über Solarthermie. Durch den „Zortström“ kann die Wärmeenergie der PVT-Anlage mit maximaler Effizienz genutzt werden, weil die Solarkollektoren schon bei schwacher Sonnenstrahlung den Niedertemperaturbereich erwärmen (Infokasten 2). Die Wärmepumpe muss also nur noch bedarfsgerecht abhängig von den Außenbedingungen nachheizen. Bei intensiver Sonnenstrahlung schaltet das System auf das höhere Temperaturniveau um. Im Niedertemperaturbereich (für Flächenheizungen und kalten Rücklauf der Frischwassersta­tion) weist die Wärmepumpe eine besonders hohe Leistungszahl, also Coefficient of Performance (COP), auf. Die „Zortström“-Anlage hat daran einen entscheidenden Anteil: Durch die ideale Schichtungseffizienz des Speichers kann die Arbeit der Wärmepumpe so optimiert werden, dass sich die Stromkosten des WP-Betriebs deutlich verringern lassen.

Ein Objekt zum Wohnen, Forschen und Zeigen

Das smarte Bauprojekt ist angelehnt an die Forschungsinitiative „Effizienzhaus Plus“ des ehemaligen Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit (BMUB), deren Ziel es ist, zukunftsorientierte und effizienzoptimierte Wohnbaukonzepte für den Normalverbraucher marktfähig zu machen. Damit entspricht das Vorhaben auch der ganz persönlichen Idee des Bauherrn von intelligentem, nachhaltigen Wohnen: Maximale Optimierung der ­Energieeffizienz in einem normal bewohnten Einfamilienhaus, gepaart mit altersgerechten Anforderungen an den Komfort und das Design. Zusammen mit innovativen Projektpartnern erschuf er einen energetisch weitestgehend autarken High-End-Showcase für den energieeffizienten Wohnbau der Zukunft, der in Form modu­larer Ausstattungselemente zu einem späteren Zeitpunkt auch dem breiten Mittelstand zur Verfügung stehen soll.