Wärme- und Kältespeicher

Die Geothermie beruht auf zwei Systemen. Nachfolgend wird das erste, klassische, erläutert.

Geo-En versenkte 16 Erdsonden mit Doppel-U-Form 100 m tief in den Wilmersdorfer Untergrund. Im Winter herrschen dort rund 7 °C, die mittels der Wärmepumpen für die Fußbodenheizung auf 35 °C angehoben werden. Gespeist wird daraus auch ein Boiler für die Warmwasserversorgung des gesamten Hauses.

Kühlung durch erwärmten Boden

Im Sommer wird die Wärme aus dem Haus in den Boden zurückgeleitet. Dadurch wärmt sich dieser auf rund 11 °C auf. Das reicht für eine angenehme Kühlung im gesamten Gebäude, auch bei sehr hohen Außentemperaturen. Die Kühlung ist in jeder Wohnung individuell einstellbar – genau wie die Heizung. Die Wärme der Wohnungen erhitzt den Wasserkreislauf auf 20 °C; im Erdreich wird er wieder auf 16 °C unter Einbeziehung eines Kältetauschers heruntergekühlt. Dabei reicht die überschüssige Wärme des Gebäudes auch aus, um den Boiler aufzuheizen.

Den Strom für die Wärmepumpe mit 29 kW Nennleistung liefert das BHKW. Dessen Abwärme wird ebenfalls zur Brauchwassererwärmung eingesetzt.

„Fußbodenheizung“ in der Tiefgarage

Deutlich spektakulärer ist das zweite Geothermie-System: Es nutzt die 70 cm starke Bodenplatte aus Stahlbeton für hohe Kühllasten als leistungsfähigen Zwischenspeicher. Die dazugehörige Wärmepumpe weist eine Nennleistung von 44 kW auf.

Damit die Bauabläufe, insbesondere die Stahlarmierung, reibungslos vonstatten gingen, wurden direkt auf der Sauberkeitsschicht Rohrschlangen wie bei einer Fußbodenheizung und Messketten zur Überwachung der Temperatur gelegt. Darüber kam die Betonplatte. Sie dient heute als Tiefgarage. Diese Speicherebene ist die unterste des Hauses und umfasst das gesamte 1.334 m² große Fundament.

Im Gegensatz zu anderen, ähnlichen Lösungen entwickelte Geo-En eine Kaskadierung der aktivierten Gründungsbauteile und der Geothermie. Die Kombination einer Erdwärmepumpe mit dem BHKW ist ebenfalls Pionierarbeit. Nur deren sinnvolles Zusammenwirken ergibt letztlich den großen Nutzen.

Kälte aus der Decke

Mit der Geothermie lässt sich also die komplette Kühlung des Hauses mit prognostizierten 84 MWh jährlich abdecken. Die dafür benötigte Kälte kommt aus der Decke des Gebäudes. Die Betonkerne der einzelnen Etagen wurden dafür mittels Kühlschlangen im unteren Teil verlegt, im oberen befinden sich die Wärmeschlangen für die Fußbodenheizung. Nach Angaben von Geo-En gäbe es hier noch Einsparpotentiale, da eine oberflächennahe Deckenaktivierung sowohl die Kühlung als auch die Heizung übernehmen könnte.

Zwei Drittel deckt Geothermie

Bei der Wärme ist jedoch das BHKW vonnöten, allerdings nur zu einem reichlichen Drittel. Denn die beiden Geothermie-Komponenten decken bei einem Gesamtbedarf von 247 MWh rund 152 MWh ab, also etwa 62 %. Der Mini-Kraftblock ist auf 54 % Wärme- und 34 % Stromerzeugung (23 kW_th und 15 kW_el) ausgelegt.

Wenig Brennstoffkosten

Doch wie sieht nun eine Amortisationsrechnung aus? Man hätte ganz klassisch eine Kältemaschine mit mindestens 150 kW auf das Dach stellen können – macht für den Winter jedoch keinen Sinn und braucht viel Strom. Und die EnEV wäre damit auch kaum einzuhalten gewesen. So werden im Vergleich zu einer Gasheizung, die sich im verdichteten Berliner Siedlungsraum ja ebenfalls angeboten hätte, nur die Häfte der Brennstoffkosten fällig. Der Komfort durch die Gebäudekühlung ist hingegen fast zum Null-Tarif zu haben.

Geo-En rechnet mit einem Primärenergieverbrauch von 27 kWh/m² und Jahr und etwa 3 Cent je kWh für Wärme und Kälte. Eine konventionelle Gas-Klimaanlagen-Lösung hätte bei 80 kWh/m² und bei den derzeitigen Berliner Gaspreisen von 9 Cent zuzüglich der Stromkosten für Kühlung ungefähr 8.000 € Mehrkosten jährlich gegenüber der jetzigen Lösung gebraucht.

Zwei Speicher

Zur Anlage gehören zwei je 4.000 l fassende Warmwasserspeicher – einer für die Brauchwassertopladung und einer für dessen Vorwärmung. Für die Planung benötigte Geo-En sechs Monate. Dabei wurde in mehreren Schritten die Anlage immer wieder modifiziert um zur jetzigen optimalen Auslegung und Betriebsweise der einzelnen Komponenten zu gelangen. Die Anlagensteuerung musste aufgrund der Komplexität eigens entwickelt werden. Die Berliner Planer und Errichter übernehmen zudem für zwei Jahre die Überwachung und Betriebsoptimierung der Anlage.