Wärmepumpenkaskade mit ausgefeiltem Regelsystem - Ferienwohnanlage heizt mit Umweltwärme aus Sonne, Luft und Eisspeicher

Insgesamt versorgen drei Wärmepumpen das Feriendomizil "Boardinghouse", das über eine Nettogeschossfläche von rund 3250 m² im Herzen Potsdams verfügt. Damit präsentiert sich der Wohnungskomplex nicht nur durch seine attraktive Lage mit Panoramablick auf den Tiefen See an der Havel, sondern auch durch seine innovative Wärmeerzeugung. Denn das Heizungssystem des Herstellers MHG aus dem niedersächsischen Buchholz setzt zur Wärmegewinnung ausschließlich auf erneuerbare Energiequellen. Dies war Vorgabe des Oldenburger Immobilienunternehmens Norddeutsche Boden AG, das grundsätzlich beim Bau neuer Wohnungsprojekte auf eine regenerative Wärmeerzeugung setzt. Der installierende Fachhandwerker, Martin Böcker, erinnert sich noch gut an die Anforderungen: "Bereits vor Baubeginn hat der Bauträger festgelegt, dass die Energieversorgung ohne fossile Energieträger wie Heizöl, Gas oder Fernwärme erfolgen muss, was uns natürlich erst einmal vor eine schwierige Aufgabe gestellt hat."
Ausgehend von diesen Vorgaben, fertigte SHK-Unternehmer Böcker in Abstimmung mit MHG ein erstes Energiekonzept an. Dabei entschieden sich die Heizungsexperten zunächst für eine regenerative Energieerzeugung auf Basis einer Sole/Wasser-Wärmepumpe. Ausschlaggebendes Argument hierfür war die unmittelbare Nähe zur Havel. Aufgrund der hohen Wasserdurchdringung liefert der Uferboden ganzjährig eine vergleichsweise hohe Erdtemperatur, wodurch eine Wärmepumpe deutlich weniger elektrische Energie zur Wärmeerzeugung aufwenden muss und somit einen deutlich höheren Effizienzwert erreichen kann.

Kontaminierter Boden

Eine unvorhergesehene Hürde machte allerdings recht schnell eine Planänderung notwendig: Bei ersten Probebohrungen zeigte sich, dass der Boden, welcher via Erdwärmesonden die notwendige Energie für die Wärmeversorgung des Gebäudes liefern sollte, kontaminiert war. Es stellte sich heraus, dass ein Unternehmen vor der Wende auf dem für den Bau des Boardinghouse vorgesehenen Gelände chemische Abfallprodukte entsorgt hatte. Dies führte letztlich zu einer toxischen Kontamination des Bodens und machte nun die für die Erdwärmesonden notwendigen Tiefbohrungen unmöglich.

Hybridwärmepumpen und Eisspeicher

Um das Problem des kontaminierten Bodens zu umgehen, entwickelte Böcker zusammen mit dem MHG Wärmepumpen-Experten Maik Zöhler ein neues Energiekonzept: Statt der geplanten Energiegewinnung mittels Erdwärmesonden sah es die Wärmegewinnung durch eine hybride Wärmepumpenanlage, die dazugehörigen Außeneinheiten, zwei Eisspeicher mit jeweils zwei integrierten Wärmetauscheranlagen sowie einen Außenluftabsorber vor. Zöhler dazu: "Die Kombination von einer hybriden Heizungsanlage, Eisspeicher und Absorbereinheit hat uns vor allem bei der Einrichtung des Regelungssystems vor eine große Herausforderung gestellt. Denn das Zusammenspiel all dieser Komponenten muss optimal aufeinander abgestimmt sein, damit die Anlage ihre Energieeffizienz voll ausspielen kann." Die hybride Wärmepumpen-Kaskadenanlage setzt sich bei dem aufgestellten Heizungssystem aus drei "ThermSelect"-Wärmepumpen mit einer jeweiligen Leistung von 37,7 kW zusammen.
Dazu wurden zwei Eisspeicher mit 50 000 l Fassungsvermögen eingesetzt. Ein Eisspeicher besteht aus einem großen Wassertank, in den zwei Wärmetauscher integriert sind. Über den ersten Wärmetauscher entzieht die Wärmepumpe dem Wasser Wärme und kühlt es dabei zunächst bis auf den Gefrierpunkt ab. Wenn das Wasser einfriert, werden pro Kilogramm Wasser 93 Wh Kristallisationswärme nutzbar. Bei dem Phasenwechsel wird 80-mal mehr Wärme abgegeben, als wenn die gleiche Menge Wasser um 1 °C abgekühlt wird. Der zweite Wärmetauscher ist mit dem Außenluftabsorber verbunden, der auf dem Dach des Boardinghouse installiert ist. Sobald die Außentemperatur über dem Gefrierpunkt liegt oder die Sonne ausreichend scheint, kann über den Außenluftabsorber Umgebungswärme genutzt werden, um das Eis wieder zu schmelzen.
Für den Fall, dass der Wärmeabsorber auf dem Dach des Gebäudes über einen längeren Zeitraum hinweg kein Warmwasser für den Eisspeicher generieren kann, schaltet ein automatischer Schutzmechanismus die Eisspeicher ab. Für die weitere Wärmeerzeugung schaltet dann die hybride Wärmepumpen-Kaskadenanlage auf ihre Luft/Wasser-Funktion um und versorgt so auch bei länger andauernden Kältephasen unter Einbeziehung der Außeneinheiten das Wohnungsobjekt weiterhin mit Wärmeenergie. Udo Schmidtke, Dipl.-Ing. und Bauleiter vom Projektmanagementbüro Freytag von der Linde, stellt fest: "Die Kombination der einzelnen Geräte in einem Regelungssystem stellt die eigentliche Leistung der Heizungsanlage dar. Eine solche Kombination der Anlage dürfte es nicht allzu häufig geben."

Betriebskosten

"Unsere ersten vorsichtigen Schätzungen gehen von ca. 8000 Euro Betriebskosten im Jahr aus", so Schmidtke weiter und erläutert: "Bei einer konventionellen mit Gas betriebenen Heizungsanlage wäre ungefähr mit dem doppelten Betrag zu rechnen gewesen. Bei einer jährlichen Preissteigerung bei den fossilen Energieträgern von 5 % käme man bei einer konventionellen Gasheizung über zehn Jahre sogar auf 177 000 Euro. Bei unserer hybriden Heizlösung sind wir dagegen nur bei 102 000 Euro. Eine Ersparnis also von 75000 Euro." Damit sei die Anlage nicht nur besonders ressourcenschonend, sondern mit einer Jahresarbeitszahl von voraussichtlich 4,97 auch effizient in der Wärmeerzeugung.
Für Böcker spielte überraschenderweise aber auch ein ganz anderes Argument bei der Entscheidung für die MHG Heizungsanlage eine wichtige Rolle. "Der Heizungskeller des Boardinghauses ist verhältnismäßig klein ausgefallen, weshalb wir auch eine Heizungsanlage benötigten, die auch auf kleinstem Raum den hohen Wärmebedarf für das Boardinghouse liefern konnte. Auf dem Markt gab es allerdings nur sehr wenige Heizanlagen wie die Wärmepumpe von MHG, die unter diesen Größenverhältnissen ausreichend Wärmeenergie generieren konnten", so Böcker.