Haustechnikkonzept
Einfamilienhaus
als
Passivhaus
Familie
Degwer
Baugebiet
Geisecker Talstr. Zum Mühlenstrang 14
58239
Schwerte-Geisecke
1.Vorplanung /
Konzept
2.Technische
Planung
·Allgemeine Planung
·Hydraulikschema / Steuerung
·Dimensionierung
·Ausführungsplanung
3.Schlussbemerkung
Das freistehende Einfamilienhaus wird als Passivhaus geplant und
ausgeführt. Dies führt zu einem Energiebedarf von unter 15 kWh/m2 im Jahr.
Die maximale Heizleistung liegt bei ca. 10W/m2 beheizte Fläche.
Durch diese geringe Heizlast kann die Wärmeverteilung durch die Lüftungsanlage
erfolgen. Abweichend von den bisherigen Passivhäusern wird hier jedoch eine
Thermische-Bauteil-Aktivierung (TBA) der Bodenplatte und der Betonzwischendecke
bzw. des Estrichs im OG erfolgen.
Die Lüftungsplanung und Dimensionierung ist nicht Inhalt dieser
Planung. Die Dimensionierung erfolgt in einer separaten Planung
. Die Leitungsführung und Lüftungsdüsenplatzierung der Lüftungsanlage
erfolgte durch den Architekten bereits in der Vorplanung, bzw. ,
Grundsatzplanung des Bauvorhabens. Hier geht es nur um die Komponenten zur
Wärmeerzeugung, Speicherung, Abgabe und Verteilung zur Lüftungsanlage und der
WW-Versorgung.
Die hauptsächliche Energielieferung sollte durch die Solaranlage
erfolgen. Die Restheizung erfolgt durch einen Feststoffkaminofen mit
Wassermantel im Wohnbereich. Beide Energiequellen arbeiten in einen
Pufferspeicher. Dieser stellt die Energie für die WW-Versorgung und Heizung zur
Verfügung.
2. Technische Planung
· Allgemeine Planung
Die Solaranlage als Hauptenergielieferant sollte aus hochwertigen
Flachkollektoren errichtet werden um
auch im Winterhalbjahr einen möglichst hohen solaren Beitrag zur
Energielieferung zu erreichen. Als zweite Energiequelle soll ein Kaminofen im
Wohnbereich des Hauses installiert werden. Hier bietet sich ein Produkt der
Firma Gerco an. Der Gerco GD8-RLU als raumluftunabhängiger Kaminofen mit einer
maximalen Leistung von 1,5KW als Strahlungswärme und mit 6,5KW Leistungsabgabe in
den Wasserkreislauf, ist dieses Gerät für den geforderten Einsatz gut geeignet.
Ein, sicherlich besser zu regelnder, Pelletofen scheidet aus, da die
Flammenentwicklung nicht für den Wohnbereich von den Bauherren akzeptiert wird.
Drei getrennte Heizkreise dienen der Entnahme der Energie. Für die
Raumheizung ist eine Bauteilaktivierung als Grundheizung in der Bodenplatte
bzw. Zwischendecke/Estrich des OG vorgesehen. Diese Thermische
Bauteilaktivierung dient der Grundversorgung des Gebäudes mit Wärme. Da hier
ein maximales Temperaturniveau von 24 Grad benötigt wird, ist der
Pufferspeicher bis zu dieser Temperatur als Energielieferant
nutzbar. Weiterhin ist durch das niedrige Temperaturniveau der
Gesamtwirkungsgrad der Solaranlage sehr hoch. Zur Abdeckung kurzfristiger
Schwankungen des Energiebedarfes, z.B. bei längeren Fensteröffnungen, dient der zweite
Heizkreislauf in der Lüftungsanlage. Durch die wird dann die zusätzlich
benötigte Wärme verteilt. Gesteuert wird dieser über Raumthermostaten bzw.
durch die Lüftungssteuerung.
Für die WW-Versorgung ist ein dritter Kreislauf mit dem
WW-Speicher mit zwei Wärmetauschern für Solar und Heizungswasser aus dem
Pufferspeicher vorgesehen.
…Hydraulikschema / Steuerung
Die Beschreibung des Hydraulikschemas bezieht sich auf die als
Anlage 1 beigefügte Zeichnung des Hydraulikschemas.
Die Solaranlage arbeitet nach der Temperaturdifferenzmessung auf
den unteren Teil des Pufferspeichers und des WW-Speichers. In den Sommermonaten
wird hiermit der komplette Pufferspeicher durch die Thermodynamik im
Pufferspeicher beladen. Eine Trennung des Kreislaufes mit Sole-Wasser vom
Kreislauf mit Speicherwasser erfolgt durch die im Speicher befindlichen
Wärmetauscher. Die Solarregelung läßt ab einer einstellbaren Temperaturdifferenz
zwischen Kollektor und unterem Speicherinhalt die Pumpen P1 anlaufen. Die
Beladung der zwei Speicher wird durch eine Vorrangschaltung des WW-Speichers
erfolgen. (Regelung = Resol R20) Zur Vermeidung von Verlusten beim
Energietransport wird hier eine temperaturabhängige Drehzahlvariable Pumpe der
Firma WILO eingesetzt. (hohe Temperatur = hohe Drehzahl; niedrige Temperatur =
niedrige Drehzahl) Eine handelsübliche Sicherheitsgruppe mit Ausdehnungsgefäß,
Rückschlagventil, Be- und Entladehähnen und Thermometer wird in den Sole /
Wasser- Kreislauf eingebaut.
Der Festbrennstoffkessel GD8-RLU von Gerco wirkt, als zweiter
Energielieferant, über die eingebaute Steuerung auf den oberen Teil des
Speichers. Bei einem Erreichen von Temperaturen über 60°C schaltet sich die
eingebaute Pumpe P2 ein. Durch die notwendige
Rücklauftemperaturanhebung, Thermovar Rp, hier M1, sind
grundsätzlich Temperaturen zu erwarten, die direkt in den Entnahmekreisläufen
Verwendung finden können. Daher kann an der gleichen Stelle eine
Speicherentnahme stattfinden. Durch die Entnahme des Kaminkreislaufes unten am
Speicher kann mit dem Kaminofen eine komplette Schichtenbeladung des Speichers
erfolgen.
Wird im unterem Bereich des
Pufferspeichers eine höhere Temperatur als 80°C erreicht und ist somit der
Pufferspeicher komplett beladen, erfolgt eine Abschaltung der Solaranlage. Dies
erfolgt ebenfalls durch die Solarsteuerung R20 von Resol. Diese ist in der Lage
zwei Speicher mit zwei Energieerzeugern zu kombinieren. Die Restheizung der
WW-Bereitung erfolgt aus dem Pufferspeicher als separatem Heizkreis. Sollte
kein nutzbares Temperaturniveau im
Pufferspeicher vorhanden sein, wird die Nachheizung durch einen
Elektroheizstab erfolgen!
Die Entladung des Pufferspeichers zur Brauchwassererwärmung und
zur Raumheizung wird getrennt geregelt.
Für die Brauchwassererwärmung dient ein Wasser /
Wasser-Wärmetauscher im WW-Speicher. Hier wird, sobald der Temperaturfühler am
WW-Speicher eine Temperatur unter60 Grad meldet, bei entsprechendem
Temperaturniveau im oberen Teil des Pufferspeichers, durch das
Pufferspeicherwasser nacherhitzt. Ist das Pufferspeicherwasser unterhalb von 60
Grad wird der Elektroheizstab aktiviert um die WW-Versorgung zu sichern.
Als Grundheizung des Gebäudes dient der Heizkreis, der die
Bodenplatte bzw. die FB-Hzg im OG
beheizen soll. Diese thermische Bauteil Aktivierung (TBA) kann, durch
die Nutzung des extrem niedrigen Temperaturniveaus von maximal 24 Grad Vorlauftemperatur,
den Nutzungsgrad der Solaranlage wesentlich erhöhen. Ein Verlegeabstand der
Heizungsrohre im Beton von ca. 30cm reicht aus, um an der Betonoberfläche eine
Heizleistung von ca. 15 Watt bei einer Vorlauftemperatur von 24 Grad zu
erhalten.
Die Bauteiltemperatur wird in der Heizperiode konstant gehalten.
Die Pumpe P5 beliefert die Bauteile bis die Rücklauftemperatur den gewünschten
Wert von 24 Grad hat.
Sollte bei der Bauteilaktivierung einen andere Vorlauftemperatur
benötigt werden, als
bei der FB-Hzg im OG kann ein zweiter separater Mischer eingebaut werden. Dies
ist im HT-Raum jederzeit möglich.
Diese träge TBA wird für kurzfristigen höheren Heizenergiebedarf,
z.B. durch längere Fensterlüftung, unterstützt durch die Nacherwärmung der
Zuluft durch die Lüftungsanlage. Dies ist auch gleichzeitig der dritte
Heizkreis im Haus. Die Heizungssteuerung erhält über den Raumtemperaturfühler, RF, den erforderlichen
Impuls zum Ansteuern von Pumpe P4. Mittels dieser Steuerung wird auch der
Motormischer die benötigte Vorlauftemperatur für den Wasser/Luft-Wärmetauscher
bereitstellen. Hier wird, die Steuerung der Lüftungsanlage genutzt.
Der Pufferspeicher sollte so dimensioniert werden, das der
gespeicherte Energieinhalt für mehrere
Tage die komplette Energieversorgung des Haushaltes ausreicht. Durch das
benötigte extrem niedrige Temperaturniveau kann der Speicher kleiner ausgelegt
werden als ursprünglich geplant! Bei einem maximalen Heizenergiebedarf von 1,8
kW (180m2 * 10W) und einer Grundheizung durch die TBA die einen Vorlauf von
max. 25 Grad benötigt.
ist der verfügbare Energieinhalt des Speichers wie folgt zu
berechnen:
Max. Speichertemperatur : 90 °C
Mindesttemperatur Vorlauf: 25 °C
Speichervolumen: 750 ltr Wasser ==> m=750kg
C Wasser = 0,0018 kWh/( K*kg)
Qsp = m x C Wasser x Delta T
Qsp = 750kg x 0,0018kWh/(kg*K) x 65K
Qsp = 87,75 kWh
Somit kann mit diesem Speicher das Gebäude ca. 45 Stunden unter
Volllast beheizt werden, ohne das der Speicher nachgeladen werden muß. Hier
wurden dann aber keine internen Energiequellen, wie Bewohner, Herd,
Kühlschrank, usw. berücksichtigt. Ebenfalls keine Berücksichtigung finden hier
externen Energiequellen, wie die passive Solarenergienutzung durch die Fenster.
Bei Außentemperaturen die eine maximale Heizlast erfordern, ist
dies aber ein beträchtlicher Energieertrag. (Sonniger Wintertag, Bewohner mehr
im Haus als außerhalb.....) Die WW-Bereitung wird diesen Effekt allerdings
teilweise kompensieren. Weiterhin wurden die großen Speichermassen der Betonplatte
und der Geschossdecke in dieser Berechnung nicht
berücksichtigt.
Der Kaminofen benötigt für die komplette Beladung des
Pufferspeichers von 25°C auf 90°C bei voller Leistung von 6,5kW wasserseitig 12
Stunden. Da aber während der Aufladung Strahlungswärme mit einer Leistung von
1,5kW an den Wohnraum abgegeben wird, ist während dieser Zeit keine
Zulufterwärmung erforderlich. Somit kann durch die Nutzung des Kaminofens im
Falle des Absenken der Speichertemperatur unter 25°C zeitgleich unverzüglich
eine Raumheizung erfolgen und ebenfalls der Speicher geladen werden.
Als weiterer Energielieferant dient die Solaranlage die mit 12 qm
bei der hier vorhandenen Südausrichtung ausreichende Energie liefert. Siehe
hierzu die in der Anlage beiliegende computergestützte Berechnung.
Ausführungsplanung
Der Pufferspeicher von 750 ltr. Größe mit einem Durchmesser von
ca. 90cm wie auch der WW-Speicher (300ltr) werden gem. der Skizze im HT-Raum
aufgestellt.
Der Abstand der Heizschleifen im Betonplatte sollte nach
Erfahrungen mehrerer realisierter Projekte mit BTA ca. 30cm sein, um einen
gleichmäßige Temperatur an der Oberfläche zu erzeugen. Der Abstand zwischen
Oberfläche und dem Heizrohr sollte 10cm nicht unterschreiten. Im Obergeschoß
wird, aufgrund der benötigten Trittschalldämmung, ein Fußbodenheizungssystem
mit niedrigem Aufbau Verwendung finden. Würde hier die Betondecke erwärmt,
würde dies nur zu einer Deckenheizung im EG führen.
Dies würde sicherlich dann zu einer Überhitzung des EG
führen!
Die Raumkühlung erfolgt nicht durch die BTA, da hier die Gefahr
von Bildung von Tauwasser in Wohnhäusern
an den gekühlten Bauteilen bestehen könnte. Die Kühlung erfolgt durch die
Lüftungsanlage bzw. dem vorgeschalteten Erwärmetauscher von 45m Länge und 200mm Durchmesser. In den
Sommermonaten kann durch einen Bypass in der Lüftungsanlage, am Wärmetauscher
vorbei, gekühlte Luft die Räume auf ein angenehmes Temperaturniveau abkühlen!
Der Installationsschacht für die Solaranlage sollte über dem
Pufferspeicher im HT-Raum in die Abseite mit einer Öffnung von 10cm *40cm
führen. Von der Abseite sollte ein Installationskanal in gleicher Größe ins DG
führen. Die Installationsebene im DG wir die Holzbalkendecke. Diese wird im DG
auch zur Verlegung der Solaranlagenleitungen (18mm) genutzt.
In dem Installationskanal werden ebenfalls Lehrrohre für die
Telefonanlage, Datenkabel und Fernsehen verlegt. In der Installationsebene im
DG werden die Solaranlagen Vor- und
Rücklauf bis an die südliche Wand verlegt. Hier werden diese bis
unter die Kollektoranschlüsse geführt.
Der "kalte" Vorlauf sollte von außen gesehen unten links (im
Westen) am Kollektorfeld durchgeführt werden um den "heißen" Rücklauf
oben rechts (Ost) als kürzere Leitung zurück zum Pufferspeicher zu führen!
Hierdurch wird auch eine möglichst kurze Verlegung der Rohre außerhalb der
thermischen Hülle erreicht. Wenn notwendig, sollte die
Außenfühlerleitungen durch das geplante "Installationsleerrohr"
(100er Rohr) in der Bodenplatte neben der Einführung für die
Versorgungsleitungen geführt werden. Durch dieses Rohr werden sämtliche
außerhalb der thermischen Hülle benötigten Installationskabel (z.B. Zuleitung
Garage, Klingelkabel, Außenleuchten...) geführt. Nur die Satellitenanlage
benötigt, unterhalb der Sparren aus der Garage in die Installationsebene im DG,
vier Lehrrohre (16mm). Der Außenfühler wird dann, an der Nordfassade, rechts
(von außen) neben dem Garagentor installiert. Grundsätzlich sollte aber eine
Regeltechnik eingesetzt werden die unabhängig von der Außentemperatur arbeitet.
Ein einfaches Raumthermostat dürfte ausreichend sein.
Die Heizungsleitungen vom Gerco-Kaminofen zum Pufferspeicher /
HT-Raum
wurden durch die Bodenplatte verlegt.
3.Schlussbemerkung
Durch die geringe Menge an benötigter Heizenergie und dem
niedrigen Temperaturniveau kann durch die vorher beschriebene Anlagentechnik
ein maximaler Solarbeitrag an der Heizenergiebereitstellung erreicht werden.
Die gesamte benötigte Energiemenge ist natürlich stark abhängig
vom Nutzungsverhalten der Bewohner und kann erst nach einer oder zwei
Heizperioden endgültig festgelegt werden. Die Daten des PHPP sollten hier aber
als Grundwert angenommen werden.