Regenerativ Heizen im Wohnungsbau

Als „Attraktives Wohnen mit ganz besonderem Flair“ – so wird das Bauprojekt „Maingold“, ein Mehrfamilienhaus mit 13 Wohneinheiten in der Bremer Neustadt von der Vermarktungsgesellschaft beworben. Auf vier Etagen verfügt das Gebäude über eine Wohnfläche von 1069 m². Die Ein- bis 3,5-Zimmer-Wohnungen sind zwischen 40 und 107 m² groß und bieten Menschen jeden Alters die Verwirklichung ihrer individuellen Wohnträume. Zum guten Wohngefühl trägt die ausgesuchte Innenausstattung mit Vollholzparkett, Fußbodenheizung und einer hochwertigen Badausstattung bei. Die Immobilie ist zudem eine Besonderheit: Das Gebäude wurde zwischen den Grundmauern eines ehemaligen Luftschutzbunkers errichtet, der größtenteils abgetragen und aus baurechtlichen Gründen nur noch als Restbestand erhalten geblieben ist. Anders als bei reinen Neubauten sind hier das Fundament und die Grundmauern des alten Luftschutzbunkers mit in die Fachplanung der Firma Klaus Schierenbeck Gebäudeplanung eingeflossen.

KFW-Effizienzhaus-55-Standard und Klasse EH 55 EE nach GEG 2020 erreicht

Entworfen wurde das Gebäude von den Architekten Freudenberg/Mielke aus Bremen, die bereits mehrere Bunkerumbauten realisiert haben. Umgesetzt hat das Bauvorhaben das Unternehmen M-Projekt, hier federführend durch den Architekten Gunnar Neimke. Das Gebäude wurde 2020 als KfW-Effizienzhaus-55 nach EnEV fertiggestellt. Durch das energetische Gesamtkonzept wurden schon damals die Anforderungen des GEG vom Juli 2021 für ein Effizienzhaus EH 55 EE erfüllt. Neben den obligatorischen dreifach-verglasten Fenstern hat man sich bei der Gebäudehülle für ein Wärmedämmverbundsystem mit einer 20 cm Außenwanddämmung entschieden. Im Zusammenspiel mit einer Lüftungsanlage, die u.a. aufgrund der innenliegenden Bäder erforderlich war, wird bei dem Gebäude ein Endenergiebedarf für Heizung und Warmwasser von 12,9 kWh/(m^2·a) und ein Primärenergiebedarf von 23,2 kWh/(m^2·a) erreicht.

Die gebäudetechnische Herausforderung für das Bauvorhaben im Flüsseviertel der Bremer Neustadt bestand darin, eine zukunftsfähige Wärmeversorgung für das gut gedämmte Mehrfamilienhaus zu entwickeln. Darüber hinaus stand bei diesem Objekt der Klimaschutz, also eine CO₂-arme Wärmeversorgung des Gebäudes im Vordergrund. Gleichzeitig sollte die benötigte Wärmeenergie für Heizung und Warmwasser klimaneutral erzeugt werden. Das energetische Gesamtkonzept und die Anlagentechnik in diesem klimaneutralen Mehrfamilienhaus stammen vom TGA-Fachplaner und Energieeffizienzexperten für Wohn- und Nichtwohngebäude (DENA) Klaus Schierenbeck.

Da ein geothermisches System nicht möglich war, schlug Schierenbeck den Bauherren ein Luft-/Wasser-Wärmepumpensystem mit „Zubadan Inverter-Technologie“ von Mitsubishi Electric als Dreier-Kaskade und einem 4-Leiternetz mit Frischwasserstationen in jeder Wohnung vor. Hier überzeugte nicht nur die seit 2016 in mehr als 20 (von 4 WE bis zu 30 WE) Mehrfamilienhäusern eingesetzte Technik, sondern auch die Energiekosten aus einem vergleichbaren Objekt.

Gute Rahmenbedingungen für Luft/Wasser-Wärmepumpen

Zum Einsatz kommen drei kompakte Ecodan Luft/Wasser-Wärmepumpen mit insgesamt 33,6 kW Wärmeleistung des Herstellers, die als 3er-Kaskade im Außenbereich installiert wurden. Jedes der drei Außengeräte verfügt über 11,2 kW Wärmeleistung. Damit deckt die Wärmepumpen-Kaskade die Heizlast für das Gebäude problemlos ab und kann gleichzeitig noch genügend Wärme für die Trinkwarmwasser-Bereitung zur Verfügung stellen.

Die Kaskadierung von Wärmepumpen bietet zahlreiche Vorteile gegenüber einer einzelnen Wärmepumpe mit entsprechend großer Leistung. Der Betrieb im sehr großen Modulationsbereich einer Kaskade ist wesentlich effizienter, als nur ein Modul in Volllast zu fahren. Denn so können die Einheiten gleichzeitig im Teillastbetrieb arbeiten. Eine Kaskadenregelung mit Auto-Adaptfunktion optimiert das Betriebsverhalten und sucht automatisch den jeweils besten Betriebspunkt für die Anlage. Außerdem bietet eine Kaskade eine Redundanzfunktion bei der Wartung von Einzelgeräten des Systems und führt so zu einer erhöhten Betriebssicherheit. Darüber hinaus werden die Gesamtlaufzeiten der Einzelmodule reduziert und damit die Langlebigkeit erhöht.

„Das Zusammenspiel unseres Anlagenkonzepts und des eingesetzten Wärmepumpensystems macht die klimaneutrale und energieeffiziente Wasser- und Wärmeversorgung erst möglich“, erklärt Schierenbeck hierzu. „Generell hat jede Wärmequelle für Wärmepumpen ihre Vor- und Nachteile. Der unbestrittene Vorteil von Luft/Wasser-Wärmepumpen ist ihre flexible und kostengünstige Erschließung der Wärmequelle,“ so Schierenbeck weiter. Für eine Luft-/Wasser-Wärmepumpe sprach aufgrund der dichten, innerstädtischen Bebauung auch, dass die Wärmequelle Luft den geringsten baulichen Aufwand von allen Wärmepumpenlösungen erfordert.

Einsatzbereich der Wärmepumpen bis zu minus 28 °C Außentemperatur

Ein besonderes Merkmal der hier verwendeten Heiztechnik ist, dass die Wärmepumpen über die „Zubadan Verdichter“-Technologie des Herstellers verfügen. Das dabei eingesetzte Einspritzverfahren optimiert die verfügbare Heizleistung. Das heißt, die Wärmepumpen können auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen von bis zu minus 15 °C noch 100 % ihrer Heizleistung erbringen. Gleichzeitig erweitert sich der untere Einsatzbereich auf bis zu minus 28 °C Außentemperatur. Damit ist es möglich, das Gebäude mit Wärme zu versorgen und auch bei tiefen Außentemperaturen auf Unterstützung eines elektrischen Heizstabes oder einen zusätzlichen Wärmeerzeuger zu verzichten.

Für jede Außeneinheit steht ein Hydromodul im Technikraum zur Verfügung. Dies ist eine unkomplizierte Art, die Heiz- und Wärmepumpenkreisläufe hydraulisch voneinander zu entkoppeln und gleichzeitig einen konstanten Kältemittelvolumenstrom zu gewährleisten.

Geringe Vorlauftemperaturen für Heizung und

Warmwasser

Darüber hinaus ist ein Pufferspeicher in das Anlagenkonzept eingebunden, der die Wärme nicht nur speichert, bis sie abgerufen wird, sondern auch zur Überbrückung von Sperrzeiten des Stromversorgers jederzeit genügend Wärme liefert. Gleichzeitig stellt der Pufferspeicher Energie für die Abtauung der Außenmodule im Winter bereit. Die Wärmeverteilung erfolgt in dem Mehrfamilienhaus durch Fußbodenheizungen in jeder Wohneinheit, die über ein dynamisches Ventil für den automatischen hydraulischen Abgleich voreingestellt und über Einzelraumregler individuell gesteuert werden können.

Zur Trinkwarmwasserbereitung für die 13 Wohnungen steht im Technikraum ein 1.000-Liter Schichtenpufferspeicher bereit. Hier wird bei einer Brauchwassertemperatur von meist 53 °C ausreichend Wärme für die Trinkwarmwasserbereitung vorgehalten. Zur Versorgung verfügt jede Wohneinheit über eine eigene Frischwasserstation, die parallel zur Heizungsverteilung die Trinkwarmwasserdistribution übernimmt. Die Auslauftemperatur in jeder Wohneinheit beträgt 50 °C. Durch die indirekte Übertragung der Wärme auf das gezapfte Trinkwasser (Durchlaufprinzip) entfällt die Gefahr von Legionellen.