Schmallenberger Sauerland

Energie-Plus-Haus

Das Wohnhaus mit 125 m² Wohnfläche hat aufgrund seiner Bauweise und Ausrichtung einen niedrigen Wärmebedarf. Mit konsequenter Nutzung der Sonneneinstrahlung zur Wärmeerzeugung über eine Luftwärmepumpe, eine Solarthermieanlage und eine spezielle Fassade wird so viel Wärme erzeugt wie benötigt. Mit der Photovoltaikanlage wird in Summe mehr Strom erzeugt, als die 5-köpfige Familie Schäfers für Wärmepumpe und Haushalt verbraucht. Damit wird das Haus zum Energie-Plus-Haus.

Das 2006 errichtete Haus war das erste Energie-Plus-Haus in Nordrhein-Westfalen. Dach und Wintergarten konnten an diesem Standort optimal nach Süden ausgerichtet werden. Um die Auskühlung der Gebäudehülle durch Wind zu reduzieren, wurde der Baukörper gegenüber der Umgebung abgesenkt. Das Haus ist konventionell in Holzständerbauweise errichtet, die Außenwände mit einer 28 cm dicken Wärmedämmung aus Zellulose isoliert. Süd- Ost- und Westwand sind mit einer Lucido-Fassade verkleidet: hinter einer vorgesetzten Verglasung als Wetterschutz nehmen waagerecht geschlitzte und zur Verbesserung der Wärmeaufnahme grau eingefärbte Holzbohlen die solare Einstrahlung auf.

Der Wintergarten ist gleichzeitig Eingangsbereich und Aufgang zum Obergeschoss, als Temperaturpuffer im Übergang zum Wohnbereich wird er nicht beheizt. Sobald die Sonneneinstrahlung ausreicht, werden die Türen zum Haus beiseite geschoben und der Wintergarten wird Teil des Wohnbereiches. Im Wintergarten sorgen die Photovoltaikmodule bei hoch stehender Sonne im Sommer für eine Verschattung, bei flach stehender Sonne wird der Wintergarten direkt erwärmt.

Der Wärmeverbrauch ist minimiert durch die gut gedämmte Gebäudehülle und die Wandflächenheizungen. Diese geben über die Innenwände als große Heizflächen, ähnlich wie eine Fußbodenheizung, schon bei niedrigen Vorlauftemperaturen genug Wärme in den Raum ab. Aufgrund der Strahlungswärme der Wände wird das Raumklima auch bei einer Raumtemperatur von 2 Grad unter dem normalen Niveau als angenehm empfunden. Die niedrigen Vorlauftemperaturen wiederum sind Voraussetzung für den wirtschaftlichen Betrieb der Wärmepumpe.

Auch der Stromverbrauch wurde konsequent minimiert: Beim Einzug wurden energiesparende Beleuchtung und Haushaltsgeräte angeschafft, die Waschmaschine arbeitet mit Warmwasser aus dem Solarspeicher, das über ein Vorschaltgerät temperiert wird. Damit wird der Haushaltstrombedarfs gegenüber einem Durchschnittshaushalt auf etwa 2.000 kWh halbiert – ohne Abstriche beim Lebensstandard.

Haustechnik

Mit 3 Wärmeerzeugern verfügt das Haus über eine anspruchsvolle Gebäudetechnik mit hohem Regelungsaufwand zwischen Wärmepumpe und Solarthermie. Den Kern der Wärmeversorgung bilden 2 Pufferspeicher mit 1.500 und 500 l Volumen. Diese werden primär von der 17 m² messenden Solarthermieanlage gespeist, reicht deren Beitrag nicht aus, unterstützt die Luft-Sole-Wärmepumpe. Dazu werden im Jahr 3.800 kWh Strom verbraucht. Damit erzeugt die Wärmepumpe etwa 13.000 kWh Wärme, etwa 9.000 kWh liefert die Solarthermieanlage.

Drei Photovoltaikanlagen, auf dem Dach des Hauses, auf dem Carport und auf dem Wintergarten mit zusammen 9 kW Leistung erzeugen im Jahr 7.800 kWh Strom, die in das Netz eingespeist werden. Bilanziell bleibt nach dem Stromverbrauch für Wärmepumpe und Haushalt ein Überschuss von 2.000 kWh. Dieser Überschuss macht das Haus zu einem Energie-Plus-Haus.

Klimaneutral leben

Mit der CO2-Einsparung aus dem Stromüberschuss können in der Klimaschutz­bilanz der Familie Schäfers auch die privaten PKW-Fahrten fast vollständig neu­tralisiert werden.

Umweltwärme

Boden, Oberflächenwasser, Grundwasser und die Luft enthalten Wärme. Boden und Grundwasser haben in einer Tiefe unter 10 m das ganze Jahr über eine Temperatur von etwa 9 °C. Die Lufttemperatur schwankt, doch auch bei Frost enthält die Luft Wärme, erst am absoluten Nullpunkt von -273 °C wäre alle Wärme entzogen (und die Luft wäre ein eisähnlicher fester Stoff).

Oberflächenwasser und Luft und genauso Fassaden von Gebäuden werden von der Einstrahlung der Sonne gewärmt, die Wärme in tiefen Bodenschichten erneuert sich aus dem heißen Kern der Erde.

Im System Luft-Wärmepumpe wird der Umgebungsluft die Wärme über einen Luft / Sole-Wärmetauscher entzogen und der Wärmepumpe zugeführt.

Solaranlagen: Photovoltaik erzeugt Strom - Thermie erzeugt Wärme

Unter Photovoltaik versteht man die Umwandlung der Energie des Lichts, in diesem Fall des Sonnenlichts, in elektrische Energie. In einem photoelektrischen Prozess wird in den zu Modulen gebündelten Zellen bis zu 20 % der Sonneneinstrahlung in Gleichstrom umgewandelt, der mit einem Wechselrichter zu netzfähigem Wechselstrom umgewandelt wird.

Eine Solarthermieanlage wandelt das Sonnenlicht um in Wärme, diese heizt die Solarflüssigkeit auf, die in einem Rohrsystem zirkuliert, das heiße Wasser wird gespeichert und heizt über einen Wärmetauscher das Brauchwasser im Haushalt und unterstützt die Heizung.


Wärmepumpe - für jedes Gebäude?

Eine Wärmepumpe erzeugt Heizwasser mit niedrigen Vorlauftemperaturen. Höhere Temperaturen sind erreichbar, der Stromverbrauch steigt dann stark an. Deshalb ist eine Wärmepumpe geeignet für effiziente Gebäude mit niedrigem Wärmebedarf und mit Flächenheizungen wie Wand- oder Fußbodenheizungen, die schon bei niedrigen Vorlauftemperaturen für eine angenehme Raumwärme sorgen. Die Wirtschaftlichkeit einer Wärmepumpe hängt neben Investitions- und Wartungskosten vor allem von den Stromkosten ab. Der benötigte Strom kann von der Menge her mit einer Photovoltaikanlage erzeugt werden, doch erzeugt diese den Strom hauptsächlich in den hellen Monaten des Jahres, während die Wärmepumpe den Strom in den dunklen und kalten Monaten benötigt.

Eine Luft-Sole-Wärmepumpe nutzt Umgebungsluft als Energiequelle
Foto: Max Weishaupt GmbH


Wärmepumpe

Gasverdichter und -entspanner

Eine Wärmepumpe bringt die mit niedriger Temperatur anfallende Umweltwärme in einem thermodynamischen Prozess auf ein höheres, zu Heiz­zwecken nutzbares Temperaturniveau.

In der Wärmepumpe zirkuliert ein Arbeitsmedium, dessen Siedepunkt sehr stark vom Druck abhängt. Als Arbeitsmittel werden Stoffe verwendet, die bei niedrigen Temperaturen – bei einer Luft-Wärmepumpe unter -25 °C – verdampfen und gleichzeitig viel Wärme transportieren können. Es sind nur chlorfreie Arbeitsmittel zugelassen, diese haben keinerlei ozonschädigende Auswirkung.

Im Verdampfer der Wärmepumpe verdampft das flüssige Arbeitsmedium bei niedriger Temperatur, dabei wird der Sole Wärme entzogen. Anschließend wird das Gas mechanisch verdichtet, dabei heizt es sich auf. Dieser Effekt lässt sich ähnlich an einer Luftpumpe beobachten. Das heiße Gas wird durch einen Verflüssiger geführt, gibt darin seine Wärme an das Heizungswasser ab, kühlt ab, wird auf Normaldruck entspannt und wieder flüssig. Das Umwälzen des Arbeitsmittels und das Verdichten benötigen elektrische Energie, eine Wärmepumpe benötigt etwa 1 kWh Strom, um 4 kWh Wärme zu erzeugen.

Funktionsweise einer Wärmepumpe
Grafik: www.energiesparen-im-haushalt.de