5.15 Gebäudeebene
Das sogenannte „Low-Exergy“-Gebäudekonzept (Meggers et al. 2012) kombiniert eine Reihe der in Woche 4 vorgestellten Technologien zu einem hocheffizienten Wärme- und Kältesystem:
Es besteht aus folgenden Komponenten:
- Wärmepumpe mit hohem COP
- PVT-Hybridkollektoren
- Zweizonen-Erdsonden
- Niedertemperatur-Warmwasserspeicher
- Abluft-Wärmerückgewinnung
- Abwasser-Wärmerückgewinnung
Den Kern des Systems stellt eine Wärmepumpe mit sehr geringem Temperaturhub und dementsprechend hohem Wirkungsgrad dar.
Alle Komponenten zielen darauf ab, die Temperaturdifferenz zwischen Nutzenergie, sprich Heizwärme, Warmwasser und abzuführender Raumwärme zur Kühlung, und den bereitstehenden Energiequellen Abluft, Erdwärme, Abwasser und Sonne zu minimieren.
Die primäre Wärmequelle des Systems sind Erdsonden mit zwei separaten Temperaturzonen:
Während konventionelle Erdsonden nur das Temperaturniveau einer bestimmten Tiefe anzapfen, können durch zwei Sonden in unterschiedlicher Tiefe von ca. 300 m und 50–150 m ein wärmeres und ein kühleres Niveau realisiert werden. Diese Entkopplung hat den Vorteil, dass damit Be- und Entladung getrennt und zeitgleich möglich sind (Claesson et al.1988).
Eine Bauteilaktivierung (siehe Pkt. 5.18) erhöht die effektive Heiz- und Kühlfläche und senkt damit die im Gebäude benötigten Vorlauftemperaturen.
Warmwasser wird nur auf einem Temperaturniveau von 45 °C bereitgestellt, was der durchschnittlichen Nutztemperatur entspricht.
Dies kann direkt mittels Solarthermie realisiert werden. Alternativ können kombinierte PVT-Hybridkollektoren Wärme bei ca. 35 °C bereitstellen, die mittels Wärmepumpe auf die benötigte Nutzungstemperatur gehoben werden kann.
Wenn Sie die Technologiebeschreibungen zu Wärmepumpe und Solarthermie nachlesen wollen, finden Sie diese in Woche 4 „Urbane Energietechnologien“ in den jeweiligen Kapiteln.
Höhere Nutztemperaturen können mittels elektrischer Direktheizung realisiert werden, was exergetisch insgesamt günstiger ist, als regelmäßig heißes Wasser mit kaltem zu mischen.
Die PVT-Wärme kann auch in einem Niedertemperatur-Warmwasserspeicher gespeichert werden, dessen Verluste durch das niedrige Temperaturniveau geringer sind als bei herkömmlichen Speichern (Meggers et al. 2011).
Ein dezentrales Zuluftsystem ermöglicht die Nutzung des natürlichen Winddrucks auf die Fassade und hilft dabei, den Stromverbrauch für Ventilation zum Ausgleich von Druckverlusten zu minimieren. Auch die Zuluft kann durch eine entsprechende Einbettung von Kanälen bzw. Rohren in der Bauteilaktivierung konditioniert werden.
Ein Großteil der sensiblen und latenten Wärme der Abluft kann durch einen Wärmetauscher zurückgewonnen werden. Auch die Abwärme des verwendeten Warmwassers kann durch Wärmetauscher zu einem guten Teil wieder nutzbar gemacht werden.
Während der Heizperiode kann die seichte Erdsonde durch die PVT-Hybridkollektoren abgekühlt und für den Kühlfall im Sommer regeneriert werden.
Die tiefe Erdsonde liefert die Grundlast für Heizung mittels Wärmepumpe, Bauteilaktivierung und Zuluftkonditionierung sowie für die Warmwasserbereitung mittels Wärmepumpe, Abwasser-Wärmetauscher und elektrischer Nachheizung.
Im Kühlfall im Sommer kann die Raumwärme durch die Bauteilaktivierung abgeführt und in die seichte, kühlere Erdsonde abgegeben werden. Dies kann bei einer Sondentemperatur von 8–12 °C über direkte Kühlung der Bauteilaktivierung realisiert werden. Die Zuluft wird analog zum Betrieb im Winter vorkonditioniert, allerdings nicht bis auf die gewünschte Raumtemperatur.
Gleichzeitig kann überschüssige Wärme bei der Warmwasserbereitstellung der PVT-Anlage verwendet werden, um die tiefe Erdsonde zu regenerieren.
