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Projektinfos  – Energieforschung konkret

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Die Dachgeschosse der drei- und fünfgeschossigen Mehrfamilienhäuser wurden im Zuge der Sanierung ausgebaut und mit thermischen Solarkollektoren und PV-Modulen bestückt.
© Ingrid Scheffler
Sanierung Wohnanlage
Projektinfo 09/2017

Lageplan (nach Sanierung)
© GWG München

Zusammenfassung: Eingebaute Gebäudetechnik
© BINE Informationsdienst
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Gasmotor-Wärmepumpe versorgt sanierte Wohnanlage

Die energetische Sanierung von Mehrfamilienhäusern aus den Nachkriegsjahren sollte in Verbindung mit der Nutzung erneuerbarer Energien eine CO2-neutrale Energieversorgung ermöglichen. Das Kernstück des neuen Heizsystems bildet eine Gasmotor-Wärmepumpe, die Grundwasser als Wärmequelle nutzt. Diese versorgt nicht nur die Niedertemperaturheizung, sondern erwärmt gleichzeitig das Trinkwasser effizient. Der Prototyp konnte im Monitoringzeitraum allerdings nicht im geplanten Umfang zur Wärmeversorgung beitragen. Ursache waren bau- und regelungstechnische Probleme.

Der Komplex im Eigentum der städtischen Wohnungsgesellschaft GWG mit insgesamt 149 Wohnungen im Münchner Stadtteil Haidhausen war seit dem Bau in den 1950er Jahren nicht wesentlich verändert. Der Primärenergieverbrauch überstieg 300 kWh/m2a. Die GWG hatte das Ziel, den Primärenergiebedarf für Beheizung und Trinkwassererwärmung durch die Sanierung auf weniger als die Hälfte des zu Projektbeginn zulässigen Werts eines Neubaus nach EnEV 2007 zu senken. Erneuerbare Energien sollten die benötigte Restenergie erzeugen bzw. rechnerisch kompensieren. Die Mieter sollten einfache und robuste Haustechniksysteme erhalten, die kein aktives Mitwirken erfordern.

Die Fassaden erhielten eine Dämmung mit einer Wärmeleitfähigkeit von 0,022 W/mK. Um auch einen hohen Wärmeschutz an der Kellerdecke und auf der Straßenseite zu erreichen, an der aufgrund eines angrenzenden Gehwegs nur eine 10 cm starke Dämmung erlaubt war, wurde dort Vakuumdämmung eingesetzt. Die neuen Fenster sind in hochgedämmten Rahmen dreifach verglast.

Da die Altbauten ursprünglich mit Kohle bzw. Gas über Einzelöfen geheizt worden waren, musste eine Heizzentrale neu gebaut werden. Sie liegt zusammen mit der neuen Tiefgarage unter dem Innenhof.

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Low-Ex: Thermodynamisch optimiert Heizen

Exergie beschreibt den Anteil einer Energiemenge, der sich vollständig in nutzbare Arbeit umwandeln lässt. Mechanische und elektrische Energie sind Energieformen mit hohem Exergieinhalt. Thermische Energie lässt sich nur zum Teil in Arbeit oder in eine andere Energieform umwandeln. Je näher die Temperatur der thermischen Energie an der Umgebungstemperatur liegt, desto geringer ist ihre Exergie.

Der Ansatz von Niedrigexergie-Systemen (LowEx) ist es, möglichst exergiearme Energieformen, wie z. B. Abwärme oder Umweltwärme, für das Heizen bzw. Kühlen zu nutzen und so primärenergetisch effizient zu arbeiten. Voraussetzung für die Nutzung solcher Niedertemperaturwärme ist eine energetisch optimierte Gebäudehülle.

Ist Umweltwärme nicht auf einem direkt für die Heizung ausreichenden Temperaturniveau verfügbar, kann eine Wärmepumpe helfen. Diese benötigt zwar zusätzlich Exergie (z. B. in Form elektrischer Energie), bewirkt aber, dass die Menge der erzeugten Heizwärme mehrfach größer ist als die Menge der eingesetzten Primärenergie.

LowEx-Gebäudetechnik

Der Gebäudekomplex ließ sich nicht mit Fernwärme versorgen. Deshalb entschieden sich GWG und Planer, zur Wärmeerzeugung eine grundwassergekoppelte Gasmotor-Wärmepumpe mit einem Gasbrennwertkessel für die Spitzenlast sowie mit einer solarthermischen Anlage zu kombinieren. Siebzig Prozent der Wärme­erzeugung sollte die Wärmepumpe abdecken.

Der Wärmepumpentyp zeichnet sich dadurch aus, dass sich als Wärmequelle nicht nur das Grundwasser, sondern zusätzlich auch das Kühlwasser des Motors sowie die Abgaswärme über Wärmetauscher nutzen lassen. Dadurch liefert er gleichzeitig effizient Wärme auf zwei Temperaturniveaus: für die Niedertemperaturheizung und die Warmwasserbereitung. Ein großer Vorteil gegenüber herkömmlichen Wärmepumpen.

Die Wärmepumpenanlage besteht aus fünf miteinander verschalteten hydraulischen Kreisen. Der Primärkreis nutzt einen Grundwasserbrunnen als Energiequelle. Über einen Wärmetauscher ist ein Zwischenkreis eingebunden, der mithilfe einer drehzahlgeregelten Förderpumpe den Verdampfer der Wärmepumpe beschickt. Anschließend komprimiert der Verdichter das Kältemittel im Kondensator, der die gewonnene Wärme an einen Niedertemperaturkreis auskoppelt (max. 50 °C). Ein Großteil der Wärme wird von dort direkt genutzt. Der andere Teil dient als Rücklauf für den Hochtem­peraturkreis (60–70 °C). Dieser wird aus der Abwärme des Motors (Kühlwasser und Abgas) gespeist. Der ­Motor wiederum treibt über eine direkte Kupplung den Verdichter an, daher liefern Wärmepumpe und Motor stets gleichzeitig Wärme. Der innere Kühlkreis des ­Motors wird immer auf einer konstanten betriebsgünstigen Temperatur gehalten. Die ausgekoppelten Temperaturen richten sich nach den Anforderungen der Gebäudeleittechnik. Der Verdichter kann mit Teillast sowie einer um 20% variablen Drehzahl betrieben werden.

Drei in Reihe geschaltete Speicher puffern die erzeugte Wärme. Vorrang bei der Einspeisung hat die Solaranlage, gefolgt von der Wärmepumpe, da diese effizienter arbeitet als der Brennwertkessel. Elektronisch geregelte Hocheffizienzpumpen transportieren das Heizwasser von der Heizzentrale in die Häuser. Ein dezentrales System regelt die raumweise Beheizung bedarfsgerecht: Am Rücklauf jedes Heizkörpers ist eine Mikropumpe installiert. Sie läuft nur, wenn im Raum Wärme benötigt wird. Ein Vorteil dieses Systems besteht darin, dass die Heizungsanlage so prinzipbedingt in jedem Betriebszustand hydraulisch abgeglichen ist. Fensterkontakte stellen die Pumpe ab, sobald ein Fenster geöffnet wird, um überhöhte Lüftungsverluste zu verhindern. Die gesamte Steuerung erfolgt durch Server.

Projektinfo 09/2017:
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Merkzettel

Adressen

Energiekonzept und Monitoring
Fraunhofer IBP

Hersteller Prototyp Wärmepumpe
BLZ Geotechnik Service GmbH

Energiekonzept
Ebert-Ingenieure GmbH

Legionellenschutz
Hydrosystemtechnik GmbH

BINE-Projektinfo 09/2017
(PDF, 4 Seiten, 2,16 MB)

Links

Abschlussbericht des Forschungsprojekts
Kostenpflichtig bestellbar bei der TIB Hannover

Annex 50
Forschungsprojekt LowEx-Bestand

Aufstockung und Sanierung zur CO2-neutralen Wohnsiedlung
Projektpräsentation der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

ENERGIEWENDEBAUEN
Projekte, Berichte, Nachrichten
und Analysen aus der Forschungsinitiative ENERGIEWENDEBAUEN

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Forschungsförderung

Das Informationssystem EnArgus bietet Angaben zur Forschungsförderung, so auch zu diesem Projekt.