Wohnqualität schaffen, Versorgungssicherheit herstellen, Energieeffizienz fördern – dies ist das Kerngeschäft von Jürgen Leppig, dem langjährigen Energieberater und Vorsitzenden des deutschen
GIH-Bundesverbands. Sein derzeit progressivstes Projekt ist ein Eigenauftrag mit hohen konzeptionellen Anforderungen und einem klaren, wenig bescheidenen Ziel: die Effizienzpotenziale eines (fast) normalen Einfamilienhauses faktisch auf die Spitze zu treiben.
Jürgen Leppig erzählt: «Noch einmal bauen für die zweite Lebenshälfte, so die einfache Grundidee», «Ruhig und altersgerecht mit Wohlfühlcharakter und gerne ökologisch nachhaltig.»
Aus der soliden Planung eines modernen Alterswohnsitzes entwickelte sich im Laufe der Zeit der High-End-Showcase eines Hocheffizienzgebäudes, das heute schon vorwegnimmt, was den Wohnbau von morgen entscheidend mitprägen wird.
Vernetzt und überwacht: Betriebsoptimierung im Smarthome
«In den kommenden Jahren werden sich die energetischen Lastprofile im privaten Wohnbau mehr und mehr in Richtung Kälteseite verschieben. Objektplaner und TGA-Experten sind gefordert, diesem Trend schon in der gegenwärtigen Bauentwicklung Rechnung zu tragen und neue effiziente Versorgungsstandards im Gebäudesektor zu verankern. Unser Haus zeigt zukunftsfähige Lösungen für die Energiegewinnung, -verteilung und -speicherung auf, die später auch einem breiten Markt zugänglich gemacht werden sollen», so Leppig.
Die Betriebsparameter und Leistungskurven der verbauten Anlagen lassen sich per KNX-Steuerung und integrierter Simulationssoftware erfassen, auswerten und modifizieren.
Erzeugerseitig geht das Effizienzhaus mit dem Trend der Wärmepumpenversorgung. Drei Sonden-Bohrungen schaffen Zugang zur Erdwärme in 70 Metern Tiefe. Da die Sole-Wasser-Wärmepumpe über einen integrierten Kühltauscher verfügt, kann das Gebäude mittels Geothermie nicht nur geheizt, sondern auch natürlich gekühlt werden.
Voraussetzung für einen effizienzoptimierten WP-Betrieb ist eine störungsfreie Anlagenhydraulik, die es ermöglicht, Taktung, Arbeitstemperaturen und Laufzeiten konstant auf einem optimalen Niveau zu halten und gleichzeitig passive Energieverbräuche zu reduzieren.
Regenerativer Energiemix in hydraulischer Balance
Zur Erzeugung von Wärme, Kälte und Strom kombiniert das vernetzte Gebäude die Arbeit der modulierenden, 1.5 bis 6 Kilowatt starken Sole-Wärmepumpe mit photovoltaisch-thermischen Kollektoren (PVT). Die thermischen Energiekapazitäten lassen sich über ein duales Speicherkonzept vorhalten: Eine speziell entwickelte Green-Code-Klima- und Akustikdecke mit Betonkernaktivierung speichert Energie für circa 14 Tage. Raum- und Deckentemperaturen werden anhand effizienzoptimierter Regelstrategien angepasst und fortlaufend überwacht. Im Alltagsbetrieb stellen sich Heiz- und Kühlleistung des Deckenspeichers (wie auch der Betrieb von Wärmepumpe und PVT-Anlage) situativ flexibel und frühzeitig auf prognostizierte äussere Temperaturverhältnisse ein. Möglich wird die vorausschauende Anlagenfahrweise durch eine Verlinkung der KNX-Steuerung mit lokalen Wetterportalen, die aktuelle Daten an den Homeserver übermitteln.
Mit dem sogenannten Zortström von Zortea kommt ein zweites hochleistungsfähiges Speichersystem ins Spiel. Neben ihrer Pufferfunktion erfüllt die patentierte Technologie aus Hohenems / Österreich auch die Aufgaben einer hydraulischen Weiche und die eines Verteilers.
Bewährte Technologie in neuem Einsatzfeld
«Konventionelle Übergabe- und Verteillösungen kamen für das Haus schon allein aufgrund seiner technischen Komplexität nicht infrage. Es war absehbar, dass diese die hohen Anforderungen an eine maximal effiziente und laufruhige Betriebsweise kaum hätten erfüllen können», erinnert sich der Bauherr. «Umso faszinierender ist, dass der Zortström gerade komplizierte energetische Versorgungsbedingungen mit bestechender Einfachheit erfolgreich in den Griff bekommt.»
Die Anlage schafft einerseits optimale Betriebsbedingungen für die Erzeuger und den Deckenspeicher; gleichzeitig gelingt es, selbst geringe Niedertemperaturerträge effizient in die Versorgungsstruktur des Hauses einzubinden. Die sekundären Energieaufwände etwa für Pumpenstrom oder bedingt durch Speicher- und Verteilverluste sind minimal bis gleich null. Die grundlegende Funktionsweise des Zortströms ist in allen Einsatzfeldern und für alle Leistungsklassen identisch. Sie beruht im Wesentlichen auf der hydraulischen Entkopplung aller Volumenströme und einer exakten Temperaturtrennung in beliebig viele Temperaturstufen innerhalb eines Schichtspeichers.
«Dabei spielt es keine Rolle, ob die thermischen Wärme- und Kälteerträge von einem regenerativen oder konventionellen Erzeuger eingespeist werden», erläutert Christian Zortea-Soshko, Geschäftsführer und technischer Leiter von Zortea. «Die Solltemperaturen jeder Stufe im Zortström lassen sich durch die Leistung der Erzeuger regulieren. So ist es möglich, nicht nur die Vor-, sondern auch die niedertemperierten Rückläufe der verschiedenen Heiz- und Kühlkreise effizient durch Einbindung in die passende Temperaturstufe zu nutzen. Auf diese Weise kann die benötigte thermische Energie exakt nach Bedarf und mit hoher Präzision sowohl auf der Erzeuger- als auch auf der Abnehmerseite bewegt werden.»
Einfache Lösung für komplexe Anforderungen
Für das Effizienzhaus konzipierte Zortea eine zweigliedrige Anlage mit einem fünfstufigen Zortström Multi PG-H (806 Liter) für höhere Temperaturen sowie einem zweistufigen Zortström Multi HK (46 Liter) zur Einspeisung in die Klimadecke. Das grössere System (A) verfügt über zwei Gleitschichträume, wobei der obere, höher temperierte Gleitschichtraum das Wasser für die Frischwasserstation bereitstellt, während der untere die Flächenheizungen versorgt. Dabei wird überschüssige Wärme gleichmässig im Gleitschichtraum geladen und bei Bedarf wieder entladen. Ist der Ertrag der Solaranlage gering, heizt die Wärmepumpe entsprechend nach. Grundsätzlich kann die Wärmeenergie der Solaranlage auch bei schwacher Einstrahlung äusserst effizient genutzt werden, indem sie den Niedertemperaturbereich im Zortström vorwärmt und so den Wärmepumpenbetrieb entlastet.
Speziell im Niedertemperaturbereich für die Flächenheizungen und den kalten Rücklauf aus der Frischwasserstation erzielt die Wärmepumpe einen besonders vorteilhaften COP (coefficient of performance) – also ein insgesamt günstiges Verhältnis von Wärme- zu Antriebsleistung. In beiden Temperaturbereichen weist die Zortström-Anlage eine optimale Schichtungseffizienz auf und erreicht damit einen so hohen COP, dass die Stromaufnahme der Wärmepumpe auf einem konstant niedrigen Niveau gehalten werden kann. Im kleineren Zortström (B) regeln die Mischventile die Verteilung von Wärme und Kälte in Abhängigkeit von den Sollwerten der Heizkurve beziehungsweise der Kühlsollwerte. Dabei wird der Durchfluss temperaturgesteuert kontrolliert, das heisst, die Regelventile lassen nur so viel Wärme oder Kälte durch, wie für die gewünschte Temperatur in der oberen Schicht erforderlich ist.
Das Planerfazit
«Für den Erfolg der Energiewende ist der dominierende Einsatz regenerativer Energien alternativlos», resümiert Jürgen Leppig. «Die effiziente, nachhaltige Erzeugung von Wärme, Kälte und Strom, verbunden mit intelligenten Speicher- und Verteilkonzepten, beeinflusst nicht nur die gegenwärtigen energetischen Verbrauchs- und CO2-Emissonsbilanzen im Gebäudesektor positiv. Integriert in moderne Objektdesigns mit interaktiven, anpassungsfähigen Features, zeigt sie auch durchsetzungsfähige Lösungen für den Wohnbau von morgen auf.»
