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PV und Wärmepumpe im Stadthaus

Erneuerbare Energien für Kombi-Lösung

Auf einen Blick Naturnahes Bauen setzt vorzugsweise auch auf Umweltenergie, wobei architektonische Konzepte sich nur durch entsprechende fachhandwerkliche Kompetenz umsetzen lassen

In einem Projekt in Celle setzen Architekt, Bauherr und Fachhandwerker auf eine Kombination aus PV-Anlage und Luft/Wasser-Wärmepumpe, die später um einen Batteriespeicher ergänzt wird
Für den Architekten und Innenarchitekten Axel Nieberg aus Hannover war die Aufgabenstellung für dieses Neubauprojekt anspruchsvoll: Auf einem 2000 m2 großen Grundstück direkt am Wald sollte ein Wohnhaus entstehen, das sich trotz eigenständigem Charakter sehr gut in das gewachsene Umfeld am Rande der 70.000-Einwohner-Stadt Celle einfügt. Von außen betrachtet sollte das Haus möglichst schlicht und unauffällig sein. Innen wünschten sich die Bauherren eine Atmosphäre, die ruhig und friedlich, geräumig und ausladend, natürlich und komfortabel ist – aber weder zu extravagant noch »futuristisch«.

So entstand ein modernes Stadthaus mit zurückhaltender Flachdach-Architektur und einer Wohnfläche von rund 320 m2 (Bild 1).

Klimafreundlich geplant und gebaut

Quelle: nieberg architect
Quelle: nieberg architect
Das Gebäude ist nach KfW 70-Standard errichtet. Um den Neubau umweltfreundlich mit Wärme und Warmwasser zu versorgen, setzte der Fachbetrieb ProHeSa Gebäudetechnik aus Hannover auf ein ausbaufähiges Haustechnikkonzept.

Geschäftsführer Ferdi Günaydin schlug vor, zwei Technologien miteinander zu kombinieren: eine inverter­geregelte Luft/Wasser-Wärmepumpe als Heizungsanlage sowie eine Photovoltaik-Anlage, die im Jahresdurchschnitt rund 90 % des Strombedarfs im Haushalt deckt. Überschüsse werden ins Netz eingespeist. Von dem Konzept waren Architekt und Bauherr gleichermaßen überzeugt. ProHeSa übernahm die komplette Planung des Systems einschließlich der Anlagenberechnung sowie die komplette Ausführung.

Die einzelnen Komponenten im Detail

Bild 2: Die hier individuell verkleidete Luft/Wasser-Wärmepumpe WPL 25 A ist schall­optimiert aufgestellt. Die Wärmepumpenregelung steigert den Eigenverbrauch von erzeugtem Solarstrom durch den optimal gesteuerten Betrieb der Wärmepumpe; Quelle: Florian Arp für Stiebel Eltron
Bild 2: Die hier individuell verkleidete Luft/Wasser-Wärmepumpe WPL 25 A ist schall­optimiert aufgestellt. Die Wärmepumpenregelung steigert den Eigenverbrauch von erzeugtem Solarstrom durch den optimal gesteuerten Betrieb der Wärmepumpe; Quelle: Florian Arp für Stiebel Eltron
Bei der Wahl der Luft/Wasser-Wärmepumpe entschied sich der erfahrene Fachbetrieb für die außen aufgestellte Wärmepumpe WPL 25 A (Bild 2). Der Schallleistungspegel der Kompakteinheit beträgt nach EN 12102 56 dB(A). Aufgrund der modulierenden Betriebsweise passt sich die WPL 25 A an den mit der Außentemperatur schwankenden Wärmebedarf des Gebäudes an und arbeitet vor allem im Teillastbetrieb effizient. Dazu reguliert sie permanent und stufenlos die Drehzahl des Verdichters. Die Laufzeiten des Verdichter-Kompressors werden verlängert, die Taktfrequenz minimiert, was Energie einspart und die Lebenszeit der Wärmepumpe erhöht.

Die Vorteile der Inverter-Technologie spürt die Familie vor allem in den Übergangszeiten, wenn Tages- und Nachttemperaturen stark schwanken: Auch dann bleiben die Raumtemperaturen nahezu gleichmäßig. Dank der Dampf- und Nassdampfzwischeneinspritzung kommt die WPL 25 A mit nied­rigen ­Außentemperaturen zurecht und bewährt sich an kalten Wintertagen: Je niedriger die Außentemperatur, desto höher die mög­liche Leistung.
Bild 3: Die Ausrichtung der PV-Anlage auf dem Flachdach gewährleistet gute Solarstrom­erträge. Der von den Solarmodulen erzeugte Strom wird durch die Wärmepumpe auch im Heizungskeller genutzt; Quelle: Florian Arp für Stiebel Eltron
Bild 3: Die Ausrichtung der PV-Anlage auf dem Flachdach gewährleistet gute Solarstrom­erträge. Der von den Solarmodulen erzeugte Strom wird durch die Wärmepumpe auch im Heizungskeller genutzt; Quelle: Florian Arp für Stiebel Eltron
Auf dem Dach des Wohnhauses befindet sich die nach Süden ausgerichtete Photovoltaik-Anlage (Bild 3). Unbeschattet erzielen die Solarmodule eine Leistung von 3,7 kWp. Die Photovoltaik-Anlage steigert den ökonomischen Betrieb der Luft/Wasser-Wärmepumpe, indem sie den größtmöglichen Anteil ihres Strombedarfs mit selbsterzeugtem ­Solarstrom deckt.

Ein Wechselrichter übernimmt das Strommanagement im Haus. Zum einen wandelt er den gewonnenen Sonnenstrom (Gleichstrom) effizient in Netzstrom (Wechselstrom) um, zum anderen stellt er den Eigenstrom vorrangig bereit – vor dem des Stromanbieters – für sämtliche ­Abnehmer wie Haushaltsgeräte, Beleuchtung und eben auch die Wärmepumpe.

Heute Wärme speichern – in ein paar Jahren auch Strom

Bild 4: Pufferspeicher und Trinkwarmwasser-Standspeicher SBB 300 Trend sind gedämmt, sodass keine Wärme verloren geht. An der gegenüberliegenden Wand befinden sich der Wechselrichter (rot) und der Doppeltarifzähler; Quelle: Florian Arp für Stiebel Eltron
Bild 4: Pufferspeicher und Trinkwarmwasser-Standspeicher SBB 300 Trend sind gedämmt, sodass keine Wärme verloren geht. An der gegenüberliegenden Wand befinden sich der Wechselrichter (rot) und der Doppeltarifzähler; Quelle: Florian Arp für Stiebel Eltron
Als Speicherlösung kommen von Stiebel ­Eltron ein 200-l-Pufferspeicher SBP 200 E zur Heizungsunterstützung und ein 300-l-Trinkwarmwasserspeicher SBB 300 Trend zum Einsatz (Bild 4). Die Wärmepumpe gewinnt Umweltwärme aus der Umgebungsluft und erwärmt mit dieser Energie das im Pufferspeicher bevorratete Heizungswasser sowie das Warmwasser im separaten Trinkwasserspeicher.

Im Idealfall nutzt die Heizung als Antriebsenergie den selbst produzierten Solarstrom vom Dach. Erst wenn der aktuelle Bedarf der Wärmepumpe und aller anderen Stromverbraucher im Haushalt gedeckt ist, speist die PV-Anlage überschüssigen Strom ins Netz ein. Ebenso wird manchmal weiterhin Strom aus dem Netz bezogen. Installiert ist deshalb ein Doppeltarifzähler, der in den vom Netzbetreiber definierten Zeiten vom Hochtarif auf den günstigeren Niedertarif umschaltet (Bild 4).

Von der PV-Anlage lassen sich im Jahresdurchschnitt rund 30 % des Strombedarfs für die Wärmepumpe decken. »Wenn man nur die Anschaffungskosten betrachtet, ist das Zusammenspiel von Wärmepumpe und PV-Anlage nicht unbedingt die wirtschaftlichste Lösung. Ganz anders sieht es aus, wenn das System einen Stromspeicher enthält, weil dadurch die Effizienz des gesamten Haustechnik-Konzeptes erheblich steigt«, berichtet Ferdi Günaydin. Solch ein Speicher lässt sich auch nachrüsten.

Für die Umwelt lohnt sich die Nutzung der Sonnenwärme ­jedoch schon jetzt. »Und für die spätere I­nvestition in einen Stromspeicher, der die Familie nahezu autark von Energieversorgern macht, sind bereits alle wichtigen Vorkehrungen getroffen«, erläutert der Fachmann. Noch halten die Bauherren diese Anschaffung zurück. Sie hoffen auf fallende Preise für haushaltsgeeignete Batteriespeicher und weitere Verbesserungen bei der Speicher­kapazität.

Effiziente Wärmeverteilung

Mit niedrigen Vorlauftemperaturen arbeitet die Luft/Wasser-Wärmepumpe besonders ­effizient. Deshalb ist die optimale Wärmeverteilung ein wichtiger Bestandteil im Heizkonzept. Sie erfolgt im gesamten Haus über eine Fußbodenheizung. Rund 2300 m Fußbodenheizung sind verlegt und tragen maßgeblich zur Behaglichkeit bei. Auch unter gestalterischen Gesichtspunkten war sie die erste Wahl. Architektur und Wärmekomfort stehen somit im Einklang. Mit dem Energiekonzept ist auch Architekt Axel Nieberg mehr als zufrieden: »Dieses Haus hat Vorbildcharakter, denn es nutzt das Potenzial klimafreund­licher Technologien konsequent aus.«
Über den Autor
Autorenbild
Manja Zander

Seifer-PR, Stuttgart

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