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Strom aus der Sonne, Wärme aus der Umwelt

In Gewerbeimmobilien lassen sich Wärmepumpen sinnvoll mit PV-Anlagen koppeln, wie Praxisbeispiele zeigen

Green Factory: Eine sich selbst reinigende PV-Anlage mit 833 kWp wurde bei dem Haustechnikspezialisten Alois Müller installiert. Bild: Urbansky

Beide Gebäude des Klima- und Kältefachbetriebs Seleq werden jeweils von einer Luft-Wärmepumpe mit je 22 kW via Fußbodenheizung versorgt. Unterstützt werden diese dabei von VRF-Klimasystemen und einer 100-kWp-PV-Anlage. Bild: Seleq / Aumer

Im Passivhausstandard errichtet: Das House of Energy wurde mit einer 40,5-kWp-PV-Anlage ausgestattet, die vier Mal so viel Energie erzeugt, wie im Gebäude selbst verbraucht wird. Bild: Urbansky

 

Im Wohnungsneubau hat die Wärmepumpe längst ihren Siegeszug angetreten. Jedes dritte verkaufte Gerät fußt auf dieser strombasierten Technologie, meist in der Luft-Wasser-Variante. Doch auch im Gewerbe lassen sich Wärmepumpen sinnvoll einsetzen. Und damit ihr Betrieb durch die hohen Stromkosten nicht zu teuer wird, kann man sie mit einer eigenen Photovoltaikanlage zumindest teilweise versorgen. Nachfolgend werden drei Beispiele vorgestellt.

Wärmepumpen sind effizient. Selbst Luft-Wasser-Wärmepumpen bringen es auf eine Jahrearbeitszahl von 4. Sie wandeln also aus 1 kWh Strom mindestens 4 kWh Wärme um. Dennoch ist Effizienz nicht gleich Wirtschaftlichkeit. Denn die Stromkosten in Deutschland sind hoch. Selbst günstige Wärmepumpentarife liegen bei 25 Ct./kWh. Womit man bei einem Wärmepreis von über 6 Ct./kWh läge – teurer als Gas oder Heizöl, aktuell jedenfalls.
Deswegen ist es vernünftig, bei der Versorgung der Wärmepumpe auf eigen­erzeugten Strom zu setzen. Der ist zwar nicht ganz umsonst. Aber abgesehen von Investition, gelegentlicher Reinigung und Wartung liegen die Kosten doch deutlich unterhalb der Stromtarife. Mit einer modernen Anlage lässt sich elektrische Energie für rund 5 Ct./kWh erzeugen – unschlagbar auf dem Strommarkt. Allerdings muss man die Energie – um einen kontinuierlichen Betrieb zu ermöglichen – speichern. Doch selbst dann können sich die Kosten auf unter 20 Ct./kWh belaufen. Und das ist immer noch sehr gut. Mit einer intelligenten Steuerung ist so ein hoher Deckungsgrad eines Gebäudes sowohl mit Wärme als auch Strom möglich (siehe auch IKZ-HAUSTECHNIK 11/2017, ab Seite 33: „Sonnenenergie geschickt genutzt“). Genau diese Kombination entdecken immer mehr Unternehmer, die so ihre Firmen mit Wärme (oder im Sommer mit Kühle) versorgen.

Beispiel 1: Green Factory der Alois Müller GmbH in Ungerhausen
Der Haustechnikspezialist Alois Müller (nicht zu verwechseln mit der gleichnamigen Großmolkerei) produziert auf seinem Firmengelände in Ungerhausen Großwärmepumpen. Es lag also nicht ganz fern, einen 2800 m² großen Hallenneubau mit Erdwärme zu versorgen, zumal die Produktionsstätte gleichzeitig als Showroom dienen sollte. Installiert wurden zwei Grundwasserwärmepumpen sowie eine sich selbstreinigende PV-Anlage mit 833 kWp nebst Stromspeicher. Die Anlage ist in der Lage, 350 000 kWh im Jahr zu produzieren, deutlich mehr, als verbraucht wird. Besonderer Clou: Der Betrieb der Wärmepumpe folgt dabei der Produktion der PV-Anlage. Damit die Diskrepanz nicht zu groß wird, wurden auch die Produktionsabläufe an die solaren Erträge angepasst. An sonnenreichen Tagen etwa werden besonders energieintensive Arbeiten erledigt. Abgesehen von wenigen Zeitfenstern im Jahr versorgt sich die Halle komplett selbst mit Wärme und Strom.
Die Heizlast liegt bei 48 000 kWh. Zur Wärmespeicherung dienen eine Betonkernaktivierung sowie die 1000 m² große und 0,6 m starke Betonplatte im Boden. Kleiner Schönheitsfehler: Nach Angaben von Firmenchef Andreas Müller haben die noch zu hohe Verluste. Und: Die Wärme kann nur auf Vorrat für maximal drei Wochen produziert werden. Im Sommer dient die Wärmepumpentechnik der Kühlung. Die Kühllast liegt bei etwa 30 000 kWh jährlich.
Das Gebäude ist komplett smart, alle Verbraucher sind mit Zählern ausgestattet. Eine Steuerung erlaubt es zudem, bei zu hoher PV-Last den überflüssigen Strom zur Stickstoffproduktion einzusetzen. Dieser wiederum wird in der Produktion bei der Metallbearbeitung benötigt und kühlt einen Laserschneider.

Beispiel 2: Firmengebäude von Seleq in Sulzbach-Rosenberg
Auch beim nächsten Beispiel ist ein SHK-Spezialist Pionier in Sachen Wärmepumpe und Photovoltaik. Der Klima- und Kältefachbetrieb Seleq aus Sulzbach-Rosenberg errichtete 2013 auf 300 m² ein neues Bürogebäude und daneben auf knapp 700 m² ein neues Gewerbegebäude. Beide werden jeweils von einer Luft-Wärmepumpe mit je 22 kW via Fußbodenheizung versorgt. Unterstützt werden diese dabei von VRF-Klimasystemen, die die Kühllast übernehmen, zum Teil aber auch den Heizprozess unterstützen. Die Wärmepumpen laufen nie unter Vollast, weil die Invertertechnologie in der Teillast erhebliche Einsparungen von 10 bis 15 % unter der Nennlast bringt, das wiederum etwa um 30 bis 40 % den Energieverbrauch senkt.
Die Wärme wird in mehreren Pufferspeichern mit insgesamt 3700 l zwischengespeichert. Die Hydraulik wurde auf niedrige Vorlauftemperaturen ausgelegt. In der Halle wird mit Vorlauftemperaturen von 21 °C bei -10 °C Außentemperatur gefahren. In den Büros liegen sie bei 23 bis 24 °C, wenn es noch kälter würde, maximal bei 26 bis 27 °C. Diese Effizienz führt zu Gesamtenergiekosten von lediglich 5000 Euro im Jahr.
Für einen Teil des benötigten Stromes sorgt eine 100-kWp-PV-Anlage. Firmenchef Franz-Josef Aumer wollte soweit wie möglich unabhängig von anderen Energiequellen sein, auch wenn sich dadurch erhöhte Energiekosten einstellen. Zwar wird der Strom derzeit für insgesamt fünf Jahre komplett eingespeist, da dies wirtschaftlicher ist. Dennoch sei die Anlage, so Aumer, jetzt schon so eingerichtet, dass der Sonnenstrom jederzeit sofort die Wärmepumpe versorgen könne, und das zu fast 100 %. Dafür würde auch nur ein Drittel des erzeugten PV-Stroms benötigt. Auch Werkhalle und Bürogebäude würden von der PV-Anlage komplett mit versorgt.
Bei der PV-Anlage wurden polykristalline Module verwendet, da diese mehr Energieeffizienz bei diffusem Licht erzeugen. „Wenn die Sonne scheint, produziert die Anlage sowieso genug Strom.
Unsere Priorität war, dass sie auch bei schlechtem oder diffusem Licht Energie produziert“, erklärt Aumer. Wenn der PV-Strom endgültig zur Versorgung des Gebäudes genutzt wird, will der Firmenchef auch einen Batteriespeicher installieren, um auch noch die letzten Spitzen abzufangen.

Beispiel 3: House of Energy in Kaufbeuren
Bei dem dritten Beispiel ist ebenfalls ein Haustechnikspezialist Vorreiter. Markus Meyer ist Planer für Haustechnikanlagen mit Schwerpunkt Klima und Heizung. Seine Idee war ein vollkommen energieautarkes Gebäude. Gelungen ist ihm dies auf der Grundlage des Passivhausstandards. Das wurde ihm vom Passivhausinstitut sogar 2015 mit der Stufe „Premium“ bestätigt – als erstem Gebäude überhaupt.
Passivhäuser benötigen mit 8 kWh je m² und Jahr nur noch wenig Restwärme. Im Fall des „House of Energy“ waren es gerade mal 8 kWh. Für diese Wärme sorgt eine 10,5-kW-Erdwärmepumpe mit drei Sonden und einer JAZ von 4,9. Gespeist wird daraus eine Schwerkraftheizung. Die Bewegung des Heizwassers erfolgt über acht kleine Minipumpen, die es in allen drei Etagen des Gebäudes in einer Fußbodenheizung verteilen. Gespeichert wird mithilfe eines Pufferspeichers. Der kann zudem mittels Heizstab und überschüssiger PV-Energie aufgeheizt werden. Denn die 40,5-kWp-PV-Anlage erzeugt vier Mal so viel Energie, wie im Gebäude selbst verbraucht wird.
Der finanzielle und bauliche Aufwand blieb nach Meyers Aussagen erstaunlich gering. Die Baukosten lagen nur 2,7 % über denen eines konventionellen Bauwerks nach KfW 55.

Autor: Frank Urbansky

 


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