Energetischer Kompass

Die energieautarken Mehrfamilienhäuser der VR-Bank Ostalb eG

Nachhaltiges und verantwortungsvolles Wirtschaften sind wesentliche Triebfedern unserer Gründungsgeschichte. Wir richten unsere Geschäfte schon seit jeher nach ökologischen, ökonomischen, ethischen und sozialverantwortlichen Grundsätzen aus. So übernehmen wir ganz bewusst und aus Überzeugung Verantwortung für unsere Heimat und auch für die nachfolgenden Generationen.

Für die Region. Für die Zukunft. Im Sinne der Nachhaltigkeit haben wir das Projekt energieautarke Mehrfamilienhäuser in Aalen-Unterrombach ins Leben gerufen. Zusammen mit dem Team des Energieexperten Prof. Dipl.-Ing.Timo Leukefeld haben wir ein innovatives Energiekonzept erarbeitet und umgesetzt.  

Unsere Vision

Die Lösung ist die Sonne. Das Konzept der Energieautarkie verwandelt Häuser von Energieverbrauchern zu Energieerzeugern. Konsequent wird dabei die krisensichere Energiequelle Sonne genutzt. Dank Solarenergie versorgt sich das Mehrfamilienhaus weitestgehend selbst mit Strom und Wärme.

Auf Basis einer intensiven Nutzung erneuerbarer Energien in einem energetisch optimierten Gebäude ist es unser Ziel, Energiekosten zu senken und den Bezug von Energie aus dem öffentlichen Wärme‐ und Stromnetz zu minimieren. Die künftigen Mieter der beiden Mehrfamilienhäuser kommen in den Genuss einer festen Pauschalmiete. Außerdem kann ein Großteil ihres Energiebedarfs an Wärme und Strom im Haushalt über das Gebäude gedeckt werden.

Das Energiekonzept

Ein kurzer Überblick

Prinzipiell erfolgt die Versorgung des gesamten Gebäudes mit Wärme für Heizung und Warmwasser sowie mit Strom für elektrische Verbraucher mittels der Energieträger Sonne, Erdgas und aus dem öffentlichen Stromnetz. Die Besonderheit liegt in dem Verhältnis der genutzten Energiequellen. Das Gebäude wird zu mehr als 70 % durch die Sonne versorgt.

Herzstück der Anlage ist ein thermischer Langzeitspeicher. Über die Kollektoren der Solarthermieanlage wird Wärmeenergie gewonnen und in den Langzeitspeicher eingebracht. Unterstützend kann zukünftig ein Wärmeeintrag auch über eine Heizpatrone erfolgen. Aus dem Langzeitwärmespeicher wird die benötigte Wärmeenergie sowohl für die Heizung als auch für die Warmwasserbereitung fast ganzjährig bereitgestellt. Für die Bereitstellung jener Anteile, die nicht mittels der Sonne gedeckt werden können wird für eine Wärmeversorgung durch eine Brennwerttherme gesorgt.

Neben der Wärmeversorgung erfolgt die Stromversorgung des Gebäudes ebenfalls zu mindestens 70 % durch die Sonne. Dies ermöglichen eine Photovoltaikanlage auf dem Dach sowie ein großer E‐Speicher. Der gewonnene Strom steht mit Hilfe des Speichers dann auch nachts zur Verfügung, wenn die Sonne nicht scheint. Auch hier sieht das Konzept vor die von März bis Oktober anfallenden Überschüsse vor Ort zu verbrauchen oder einzuspeisen.

Eine vollkommene Autarkie ist auf Grund der begrenzten Solarflächen und einer sehr geringen Sonneneinstrahlung im Winter jedoch nicht zu 100 % zu erreichen bzw. wirtschaftlich nicht sinnvoll, sodass eine Redundanzversorgung notwendig ist.

© Prof. Dipl.-Ing.Timo Leukefeld 

Der Unterschied zu einem üblichen Gebäude

Wenn das Gebäude energetisch, technisch und betriebswirtschaftlich verglichen werden soll, gibt es zwei Möglichkeiten. Die energetische Betrachtung erfolgt mit einem Referenzgebäude, welches die gleichen bauphysikalischen Eigenschaften wie das energieautarke Gebäude besitzt. Der Unterschied liegt bei der genutzten Versorgungstechnik. In einem üblichen Gebäude erfolgt die Stromversorgung lediglich über das öffentliche Netz, ohne Photovoltaik. Die Wärmebereitstellung wird mittels üblicher Versorgungstechnik (Gastherme, Fernwärme, Öl‐ oder Biomassekessel), aber ohne Solarthermie realisiert. Dadurch ist die Bestimmung des energetischen Nutzens in Form der effektiven Energieeinsparung möglich.

Die zweite Vergleichsmöglichkeit bietet das Standardgebäude, welches die aktuellen gesetzlichen Bestimmungen der EnEV 2016 erfüllt. Die energetischen Anforderungen lassen sich am Beispiel der KfW‐Effizienzhäuser veranschaulichen: Der Neubaustandard nach EnEV 2016 entspricht dem bisherigen alten Standard eines KfW‐Effizienzhauses 70, das damit nicht mehr als förderwürdig gilt. Die Unterschiede des energieautarken Hauses zu diesem Gebäudetyp sind:

  • bessere Gebäudehülle,
  • Nutzung von Photovoltaik und Solarthermie in Verbindung mit Langzeitspeichern,
  • größerer Platzbedarf des Technikraums und statische Verstärkung tragender Bauteile für die Speicher im Gebäude,
  • Lüftungsanlagen und Belüftung der Speicherräume
  • Infrastruktur für Vernetzung (Nahwärme‐ und Stromleitung, Ladestationen)
  • höhere Sensordichte zum Erfassen der Energieströme,
  • mehr Steuerungs‐ und Regelungstechnik,
  • ausschließlich Niedertemperaturheizung,
  • hocheffiziente Technische GebäudeAusstattung (LED Beleuchtung, Elektrogeräte, etc.)

© Prof. Dipl.-Ing.Timo Leukefeld 

Die Anlagentechnik
Allgemeine Angaben
Kollektorfläche 60 m² Großflächenkollektor
Langzeitwärmespeicher 12.530 Liter / Höhe 4,8 m / Ø 2,3 m
Ausdehnungsgefäß Solar 500 Liter
Ausdehnungsgefäß Speicher/Heizung 1.600 Liter
Gasbrennwertherme 20 kW
Frischwasserstation FWS (Plattenwärmetauscher 40)
Zirkulation ja
Wärmeverteilung Niedertemperatur‐Flächenheizung
 
Die Photovoltaikanlage
Photovoltaik‐Generator 9,9 kWp
Wechselrichter PV‐Anlage Kostal Plenticare Plus 10
Anlagenleistung 9,87 kWp (spezifische Modulleistung 235 Wp)
Moduleigenschaften Polykristallin (Si‐Basis), Glas‐Laminat‐Modul
Ausrichtung Wie Haus (0 ° Süd)
Neigung Die Neigung der Module liegt bei 45 °
Anzahl der Module 42 Module
Anzahl der Bänder 3 Bänder übereinander
Anzahl Module je Band 15 Module ‐ 3 Module in der mittleren Reihe
Flächenbedarf 62,6 m² Bruttofläche
Wechselrichter Multistring‐Wechselrichter mit 10 kW Leistung
Montagesystem In‐Dach‐System mit Hinterlüftung
 
Der Elektrospeicher
Wechselrichter Elektrospeicher 2 x Senec V2.1 7,5kWh
Elektrospeicher 15 kWh
 
Die Lüftungsanlage
Lüftungsanlage Wohnung dezentrale Lüftungsanlage mit WRG
Lüftungsanlage Speicherräume Abluftanlage (einfach, ohne WRG)

Die Anlagentechnik - allgemeine Fakten

Das Gebäude ist als Einspänner mit einem zentralen Zugang zu den einzelnen Wohneinheiten konzipiert. Das Gebäude ist teilunterkellert und besitzt zwei Etagen (Erdgeschoss, erstes Obergeschoss) sowie einen ausgebauten Dachspitz. Das Dach wurde als große geschlossene Dachfläche mit 45 ° Neigung und zwei kleinen Dachfenstern geplant und wird sowohl mit Solarthermie als auch mit Photovoltaik erschlossen. Weitere solare Flächen sind nicht vorgesehen.

Die Solarthermieanlage - Funktionsprinzip und allgemeine Informationen

Solarkollektoren absorbieren die Sonnenstrahlung und wandeln diese in Wärme um (schwarzes Blech wird in der Sonne heiß). Das in Rohren zirkulierende Transportmittel (ein Wasser‐Frostschutz‐Gemisch) wird so im Kollektor auf bis zu 95 °C erhitzt. Eine Umwälzpumpe zirkuliert das erwärmte Gemisch bis zum solaren Schichtenspeicher und überträgt die Wärme anschließend mittels eines Wärmeübertragers (lange Rohrregister) an den Pufferspeicher. Das abgekühlte Gemisch wird erneut nach oben zum Kollektor gepumpt und der Kreislauf wiederholt sich. Der Pufferspeicher ist in der Lage große Wärmemengen über einen längeren Zeitraum effektiv zu speichern. Er gleicht die Schwankungen zwischen Angebot der Sonne und Nachfrage im Haus aus. Die gespeicherte Sonnenwärme kann je nach Jahreszeit und Größe des Speichers das Gebäude bis zu mehreren Tagen mit warmen Duschwasser und Heizungswärme versorgen, ohne dass die Sonne scheint. Solarthermieanlagen werden schon seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt und stellen eine verlässliche Technologie dar, die bei guter Planung, Installation und Wartung/Instandhaltung in den nächsten zwei bis drei Jahrzehnten keinerlei zusätzlichen Aufwand erforderlich machen sollte.

Die Kollektoranlage auf dem Dach
Fläche 60 m²
Ausrichtung Die Ausrichtung ist gleich der des Hauses (Süd)
Neigung 45 °
Der thermische Speicher
Speichervolumen Langzeitspeicher ‐ 12.530 Liter = 12,53 m³
Durchmesser 1.900 mm / 2.300 mm (mit/ohne Dämmung)
Dämmung Mineralwolle oder Polyesterfaservlies
Dämmstärke mindestens 200 mm ‐ Wand
etwa 200 mm ‐ Deckel
etwa 100 mm ‐ Boden

© Prof. Dipl.-Ing.Timo Leukefeld 

Der kalkulierte Strom- und Wärmebedarf
Parameter Wert
Gebäudestandard „KFW Effizienzhaus 40 Plus“
Lüftung (de)zentrale Lüftung mit WRG
Nutzfläche 396,65 m²
Wohnfläche 227,63 m²
Heizwärmebedarf mit WRG 7.356 kWh/a
Warmwasserbedarf 3.564 kWh/a
theoretischer Nutzenergiebedarf 10.920 kWh/a
Strombedarf je Wohnung 1.200 kWh/a (3.600 kWh/a)
Strombedarf gesamtes Gebäude 4.350 kWh/a
Verschattung keine direkte Verschattung

Der kalkulierte Strombedarf im Detail

Position Strombedarf in kWh/a
Wohnungen 3.600
Pumpen und Allgemeinstrom 250
Steuer‐ und Regelungstechnik 50
Lüftungsanlage 450
Gesamtstrombedarf 4.350

In den energieautarken Häusern in Freiberg liegt der Stromverbrauch bei 4 bis 5 Personen und ohne Komfortverzicht zum Vergleich bei etwa 2.100 KWh/a. Darin enthalten sind der Stromverbrauch der Brunnenpumpe sowie ein Bussystem mit 500 kWh/a. Der reale und deshalb vergleichbare Strombedarf dürfte daher deutlich unter 2.000 kWh/a liegen.

Um Verbrauchergewohnheiten und eventuellen Mehrbedarf zu berücksichtigen, wird je Wohneinheit ein Strombedarf von 1.200 kWh/a (+ 5,6 %) angesetzt. Der Strombedarf aller Wohneinheiten eines Gebäudes liegt somit bei 3.600 kWh/a.

Für den Stromverbrauch der Heizungspumpen (135 kWh/a, laut Simulation) und den Allgemeinstrom (115 kWh/a, beruhend auf Erfahrungen und Messwerten) wird ein Gesamtbedarf von 250 kWh/a veranschlagt.

Die Anlagentechnik verzeichnet für Steuerung und Regelung sowie Pumpen ebenfalls eine gewisse jährlichen Stromaufnahme, welche in Höhe von 50 kWh/a berücksichtigt wird.

Neben den bereits genannten Verbrauchern fällt der Strombedarf für die Lüftungsanlage mit Wärmerückgewinnung (WRG) an. Um den Strombedarf der Lüftungsanlage abschätzen zu können, muss als erstes das auszutauschende Luftvolumen berechnet werden. Die Berechnung erfolgte nach DIN 1946/6. Der Volumenstrom liegt unter Berücksichtigung aller Schrägen bei 200 m³ pro Stunde. Der Strombedarf der Lüftungsanlage hängt jedoch noch von weiteren Faktoren ab. Der hier angegebene spezifische Strombedarf entspricht den Allgemeinen Herstellerangaben bzw. üblichen Durchschnittsverbräuchen in Abhängigkeit zum Volumenstrom. Der zugrunde gelegte Verbrauch der Ventilatoren berücksichtigt das eingebaute Kanalnetz. Die jährliche Laufzeit wird mit 6.000 h berücksichtigt. Dabei wurden Urlaubstage, Tage der Abwesenheit sowie Wartungs‐ und Instandhaltungsintervalle ebenfalls berücksichtigt. Auf dieser Grundlage konnte ein jährlicher Strombedarf von 450 kWh für die Lüftungsanlage definiert werden.  

Allgemeine Angaben
Gebäudestandard Neubau im KFW 40 Plus Standard
Heizung und Warmwasser Solarthermie und Gas
 
Energiebedarf nach Gebäude‐Simulation
Gebäudehülle HT' 0,204
Wärmebedarf Qh (ohne WRG) 12.510 kWh/a
Wärmebedarf Qh (mit WRG) 7.356 kWh/a
Warmwasserbedarf Qtw 3.564 kWh/a
theoretischer Nutzenergiebedarf 10.920 kWh/a

Der Nutzenergiebedarf beruht auf dem kalkulierten Heizwärmebedarf des Gebäudes und dem Bedarf für die Warmwasserbereitstellung. Dieser Wert dient als Richtwert bzw. Orientierung. Er entspricht nicht zu 100 Prozent dem realen Bedarf des Gebäudes, denn hierzu bedarf es der Berücksichtigung zweier weiterer Faktoren: den Anlagenverlusten des Heizungssystems und der Abwärme des Speichers. Der Endenergiekennwert stellt somit den späteren realistischen Energiebedarf dar.

© Prof. Dipl.-Ing.Timo Leukefeld 

Entdecken Sie die energieautarken Mehrfamilienhäuser

 

 

Timo Leukefeld GmbH
Im Energieautarken Haus

Franz-Mehring-Platz 12 D
09599 Freiberg

Tel.: +49 3731 41 93 860
Mail: kontakt@timo-leukefeld.de