Gebäudehülle und -technik im Einklang

Idee und Technik aus Ostwestfalen-Lippe

Das Einfamilienhaus mit auffälliger Architektur wurde 2013 in Horn-Bad Meinberg im Kreis Lippe im Nordosten Nordrhein-Westfalens erbaut. Bauherr, Fachplaner und Archi­tekt in „Per­sonal­union“ ist Franz Marschall. Der Diplom-Wirtschaftsingenieur sammelte bereits 30 Jahre lang Erfahrung auf dem Gebiet der aktiven und passiven Solartechnik.

Das unterkellerte Gebäude verfügt über eine Wohnfläche von 168 m² sowie einen 43 m² großen Wintergarten, der durch seine besondere Architektur und Bauausführung einen wesentlichen Anteil am abgestimmten Gebäudekonzept hat. Das Haus wurde in Holzständerbauweise errichtet und mit einer 40 cm starken Dämmung aus Mineralwolle versehen; die großzügigen Fensterfronten sind mit einer 3-fach-Verglasung ausgeführt. Das Gebäude entspricht dem Passivhausstandard.

Um das gesamte Gebäude auf wirtschaftlich und energetisch sinnvolle Weise individuell belüften zu können, kam eine dezentrale Wohnungslüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung zum Einsatz. Zur Wärme- und Stromversorgung tragen die Wärmepumpe, eine 11 kW_p große Photovoltaikanlage auf dem optimal ausgerichteten Hausdach sowie – bei Bedarf – ein raumluftunabhängig arbeitender Kaminofen mit 8 kW Heizleistung bei. Die Wärmeübergabe erfolgt über eine Flächenheizung mit nur 12 mm Estrichüberdeckung.

Der Wintergarten fungiert in diesem Zusammenhang als Ener­giespeicher, in dem der Wärmegewinn im Wintergartenboden sowie durch massive Lehmwände an der Rückseite für die Nacht gespeichert wird. Hierfür wurden rund 5 t Lehm im Innenbereich des Hauses als Latentwärmespeicher verwendet, der Luftfeuchte in größeren Mengen aufnehmen kann. „Damit können wir 1800 kg Wasserdampf speichern. Die darin enthaltene Energie reicht aus, um 7500 l Wasser von 20 auf 40 °C zu erwärmen“, erklärt Franz Marschall den Nutzen. Da der Wintergarten über sieben große Dachflügel mit insgesamt 6 m² großem Lüftungsquerschnitt verfügt, wirken die darüber liegenden Photovoltaikmodule als Hitze­beschleuniger. So kommt auch die immens hohe, natürliche Luftwechselrate zu Stande. „Hier kommt es viel weniger auf bautechnische, sondern auf thermodynamische Eigenschaften des Gebäudes an“, fasst Franz Marschall sein Planungskonzept zu­sammen.

Durch die passive Solarenergienutzung mit einer preiswerten Solarstromerzeugung und Wärmepumpe kann im Hybrid-Solarhaus auf eine teure Speichertechnik verzichtet werden. Nach Auffas­sung des Bauherrn wird doppelt so viel Energie erzeugt wie ver­braucht. Der überschüssige Strom wird von den Marschalls der­zeit noch ins öffentliche Stromnetz eingespeist, soll zukünftig aber die Elektroautos der Be­woh­ner versorgen.

Einige Impulse zu Detaillösun­gen seines Hybrid-Solarhauses erhielt der „Solartekt“ Franz Marschall im Verband Energie Impuls OWL e.V., in dem etwa 100 Unternehmen und Ingenieure organisiert sind. Das Netzwerk setzt sich für die vermehrte Nutzung von Zukunftsenergien in Ostwestfalen-Lippe ein. Daher lag es nahe, dass ein wichtiger Teil der Haustechnik ebenfalls aus der Region stammt: Die eingesetzte Wärmepumpe stammt vom Systemhersteller Remko mit Sitz im lippischen Lage.

Art und Einbindung der Wärmepumpe

Zum Einsatz kam die Luft-/Wasser-Wärmepumpe „Smart-WP WKF-compact 85“. Sie steht in drei Leistungsgrößen zur Verfügung. Im Hause Marschall entschied man sich für das am geringsten dimensionierte Modell in Kompakt-Ausführung, das über einen 300 l fassenden, emaillierten Trinkwasserspeicher verfügt. Durch diese kompakte Bauweise wird keine große Stellfläche benötigt; ein kleiner Aufstellraum reicht aus.

Die Heizleistung der Luft-/Wasser-Wärmepumpe liegt zwischen 1,1 und 9,3 kW; die Kühl­leistung reicht von 1,6 bis 9,8 kW. Da die Wärmepumpe mit In­verter-Technologie ausgestattet ist, passt sich die Verdichter­drehzahl stufenlos exakt dem je­weils benötigten Kühl- bzw. Heiz­wärmebedarf an. Den COP gibt der Hersteller mit bis zu 4,78 an. Besonders relevant im vorgestellten Gebäude ist auch die maximale Leistungsaufnahme der Wärmepumpe, die sich hier auf 3,6 kW beläuft.

Die Kosten für die Installation werden durch den hohen An­teil an vormontierten Kompo­nenten deutlich reduziert. Um Energieverluste weitestgehend zu minimieren, werden bei der „Smart-WP“ insgesamt 13 Formteile aus dem expandierten Schaumstoff EPP eingesetzt. Mit einer Dichte von 60 g/l bilden sie das Gehäuse der Wärmepumpe sowie des Trinkwasserspeichers. Neben den guten Dämmeigenschaften punktet EPP auch mit einem ge­ringen Eigengewicht. Durch die Kombination mit Blech ergibt sich eine Oberfläche, die darüber hinaus stoß- sowie kratzunempfindlich ist.

Das auch vom Design her ansprechende Gerät fand bei den Marschalls in einem kleinen Haustechnikraum im Erdgeschoss seinen Platz. Von hier aus gelang problemlos die Anbin­dung an das Außengerät; die Wär­mepumpe wird in Split-Aus­führung betrieben. Dieses wurde an der Außenwand des Gebäudes positioniert, wo es aufgrund seiner geringen Abmes­sungen (800 mm Höhe, 880 mm Breite und 312 mm Tiefe) und seines niedrigen Schalldruck­pegels von 38,5 dB(A) nicht stört. Die kompakte Bauweise resultiert daraus, dass lediglich Verdichter, Verdampfer und Expansionsventil untergebracht sind. Bei der Installation ist auf eine erhöhte Aufstellung zum Schutz vor Schnee oder sich ansammelndem Laub zu achten. Nur so ist ganzjährig ein freies Ansaugen und Ausblasen der Außenluft möglich.

Für die nahe Zukunft plant Franz Marschall, das Außengerät mit einem zusätzlichen Gehäuse zu versehen, um die Zuluft aus dem Keller ansaugen zu können. Dort soll die Wärme aus dem Wintergarten später einmal zwischengespeichert werden. Darüber hinaus lässt sich der Bauherr die Möglichkeit offen, im Nachtbetrieb sowie im Winter die Zuluft der Wärmepumpe über einen Luft-Erdwärmetauscher zu leiten. Im Sommer ist eine Vorkühlung der Zuluft zum Winter­garten über einen Wasserteich bzw. eine Regenwasserzisterne eingeplant. Die Wärmeübergabe erfolgt über die im gesamten Haus verlegte Fußbodenheizung, wobei sie maximal 3,6 kW Heizlast beiträgt; die Vorlauftempera­tur der Wärmepumpe ist auf 23 °C festgelegt. Der weitere Wär­mebedarf wird über die Woh­nungslüftungsanlage mit Wär­me­rückgewinnung gedeckt.

Regelung überwacht Funktion

Gesteuert wird die „Smart-WP“ über eine von Remko entwickel­te Regelung, die u. a. auch die pro­blemlose Anbindung der Pho­to­voltaikanlage möglich machte. Darüber hinaus ist die Wärme­pumpe durch die neue Rege­lungstechnik für den Einsatz im „Smart Grid“ konzipiert. Die Handhabung der Wärmepumpen-Steuerung ist einfach und intui­tiv, da Softkeys und ein Drehknopf verwendet werden. Der aktuelle Status wird über eine zentrale Informationstaste ermittelt. Auf dem Basic-Screen können schnell die häufig genutzten Funktionen abgefragt werden, ebenso wie detaillierte Energiebilanzen, Diagramme und Animationen. Das Bedienteil der Regelung lässt sich auch als Fernbedienung nutzen.

Die Remko-„Smart-Control“ überwacht die Funktion der Wärme­pumpe ständig. Der Ferneingriff „Smart Web“ ist über eine Schnitt­stelle möglich. Die Daten werden auf einem externen Da­ten­speicher gesichert, sodass sie bei Bedarf auf dem PC zur Ver­fü­gung stehen. Da „Smart-Control“ eine spezielle Software sowie einen „CheckServ“-Assistenten beinhaltet, werden die Ser­vice­techniker bei Inbetriebnahme und Wartung der „Smart-WP“ zu­sätz­lich unterstützt.

Erste Auswertungen

Der Primärenergiebedarf des Hybrid-Solarhauses von Franz Marschall beläuft sich auf –23 kWh/(m²a), berücksichtigt man bereits die Netzeinspeisung des Stromüberschusses. Dank der ausgeklügelten Haustechnik kann die Photovoltaikanlage mit einem Jahresertrag von 10.800 kWh das Gebäude zu 97 % mit Warmwasser, zu 77 % mit Haushaltsstrom und zu 61 % mit Heizwärme versorgen. So belaufen sich die gesamten Wohnnebenkosten für die Marschalls im Monat auf 24 € – Wasser, Abwasser, Müllabfuhr, Grundstücksabgaben, Stromein- und -verkauf bereits berücksichtigt. Tendenz fallend, sollte der „Solartekt“ seine weiteren Pläne verfolgen und den effizienten Betrieb der Wärmepumpe durch die genannten Maßnahmen weiter optimieren.