Gebäudetechnik

Welches Energiekonzept ist für ein Gebäude mit TBA grundsätzlich möglich?

  1. Solarthermie (Pufferspeicher mit Bypass, Abbildung)
  2. Photovoltaik und Wärmepumpe
  3. Strom über Wärmepumpe – möglichst hoher Anteil Erneuerbarer Energie (vorwiegend Windenergie)
  4. Fernwärme
  5. Kombination mit Erdspeicher/Sondenfeld

Die Warmwasserbereitung wird von Beginn an mit berücksichtigt.

 

Wie findet man aus diesen Möglichkeiten die geeignete? 

Dazu sind einige Vorarbeiten erforderlich:

  • Standortanalyse: Klimadaten, HGT, Solarpotential (PV, ST), Beschattung, Fernwärmeanschlussmöglichkeit, Eignung des Untergrundes für energetische Nutzung (siehe z.B.  https://portal.geoplasma-ce.eu/webgis/vienna)
  • Nutzungsanforderungen: Thermischer Komfort Sommer/Winter, warmer Heizkörper gewünscht?, Anforderungen an die Regelung, Warmwasserbedarf; Platz für Speicher, Grad der Energie-Autarkie etc.
  • Die Auslegung der TBA (Registerfläche, Positionierung, Temperaturniveaus ect.) können Sie – sobald Sie eine Heizlast ermittelt haben – mit dem einfachen Excel-Rechner (s.u.) rasch abschätzen
© Simon Handler

Diskussion von Varianten: 

Energieversorgung über Solarthermie

+ Nutzung von Sonnenenergie vor Ort

+ hohe Deckungsgrade trotz geringem Pufferspeichervolumen

+ hohe Deckungsgrade bei vergleichsweise niedrigen Investitionskosten

+ einfache und robuste Technologie

+ größtmögliche Unabhängigkeit von Energieversorgern erreichbar

+ geringste CO2-Emissionen erreichbar

– Meteorologie und Topologie der Umgebung beeinflussen den Deckungsgrad

– Energieertrag im Sommer oftmals nicht voll nutzbar, ev. an Nachbargebäude

– aktive oder passive Kühlung ohne zusätzliche Systeme nicht möglich

Die Einbindung der Solarthermie in das Gesamtwärmeversorgungssystem kann auf zwei Arten erfolgen:

Direkt: Hier wird die Solaranlage direkt mit der Bauteilaktivierung verbunden, sprich die Bauteilaktivierung von dem Solarmedium durchströmt. Der fehlende Wärmetauscher bietet den Vorteil, dass die Solaranlage auf einem sehr niedrigen Betriebstemperaturniveau betrieben werden kann, wodurch der Wirkungsgrad höher ist als bei Verwendung eines Wärmetauschers. Nachteilig ist hingegen, dass üblicherweise eine Anbindung an die Nachheizung schwieriger ist.

Indirekt: Die Solaranlage ist über einen Wärmetauscher mit dem System verbunden. Die Bauteilaktivierung wird in diesem Fall üblicherweise aus dem Pufferspeicher versorgt, welcher als hydraulische Weiche eingesetzt wird.

© Simon Handler

Photovoltaik und Wärmepumpe

+ Nutzung von Sonnenenergie vor Ort

+ geringe Energiekosten, aber Verbindung zum Stromnetz vorhanden

+ solarer Energieertrag auch außerhalb der Heizperiode voll verwertbar

+ aktive oder passive Kühlung mit geringen zusätzlichen Investitionen möglich

+ lediglich ein Energieträger für die gesamte Versorgung eines Gebäudes

– solarer Ertrag zum Zeitpunkt des höchsten Bedarfs an Wärme sehr beschränkt, daher meist Kombination mit anderer Stromversorgung

– Meteorologie und Topologie der Umgebung beeinflussen die Systemperformance

Für die Versorgung großvolumiger städtischer Gebäude/Quartiere zeigen die wissenschaftlichen Untersuchungen, dass es vielfach möglich ist, den Bedarf für die Konditionierung durch die Nutzung der Wärmequellen am Standort zu decken: Sonne, Erdreich, Geothermie, Abwärme, Luft etc. Die TBA kann dabei als flexibles System wesentliche Funktionen übernehmen. Bei Siedlungen kann die Verteilung mittels Anergienetz, also eines Niedertemperatur-Verteilnetzes, in das verschiedene Wärmequellen sowie Wärmesenken angeschlossen sind, erfolgen. Auch der Einsatz von Hybridkollektoren (Solarthermie plus PV, PVT) ist hier eine Option, Innovative Konzepte zur Versorgung großvolumiger städtischer Gebäude/Quartiere mit PV und Geothermie

Die Nutzung des Grundwassers ist wasserrechtlich geregelt. Im Allgemeinen wird in Österreich, vor allem in Ballungsgebieten, ein signifikanter Grundwassertemperaturanstieg festgestellt. Demnach wäre eine Wärmeentnahme weniger problematisch als allfällige Erwärmung im Kühlfall. Trends der Grundwassertemperatur

© Simon Handler

Windenergie und Wärmepumpe

+ lediglich ein Energieträger für die gesamte Versorgung eines Gebäudes

+ aktive oder passive Kühlung mit geringen zusätzlichen Investitionen möglich

+ Meteorologie und Topologie der Umgebung beeinflussen die Effizienz nicht

+ geringe Investitionskosten

+ geringe Energiekosten (Wärmepumpe arbeitet sehr effizient, flexible Tarife möglich)

+ Kombinierbar mit Eigenversorgung

– Abhängigkeit vom Energieversorger (aber: neue Angebote zu erwarten)

– Energiekosten abhängig von den jeweiligen Stromtarifen

 

Abbildung: Das Grundprinzip der Regelstrategie zur Speicherung von thermischer Energie aus Netzstrom innerhalb der Gebäudestruktur (S. Handler, 2015). Windfreigabe steht für billigen Strom eines Windkraft-Energieversorgers.

Spezielle Stromtarife dazu bieten derzeit aWATTar  und ENAMO  sowie die WEB an. Die Wärmepumpe wird in Zeitfenstern mit günstiger oder kostenloser Energie aktiviert. Ohne Komfortverlust kann man so die Energiekosten um bis zu 20 Prozent senken.

Damit man diesen neuen Stromtarif nützen kann, ist aktuell zu beachten:

aWATTar bietet den Tarif „Hourly“ und das Hardware- und Softwarepaket SYNCER (Betaversion) an. Optimiert wird damit der Stromverbrauch der Wärmepumpe unter Berücksichtigung von: Strompreis an der Börse, eigene PV-Anlage, Außentemperaturvorhersage. SYNCER ist prinzipiell mit allen Wärmepumpen kompatibel, die “Smart Grid Ready” sind.

Einziger Anbieter für eine Wärmepumpe, die die technischen Voraussetzungen für den ENAMO Tarif derzeit schon erfüllt, ist die KNV Energietechnik GmbH. Der Haushalt muss in jedem Fall einen freigeschalteten Smart Meter haben und die Wärmepumpe braucht auch Zugang zum Internet.

→ Mehr zu Wärmepumpe

Die Strom-Direktheizung einer TBA  ist im Vergleich zu Wärmepumpenheizungen deutlich energieintensiver, da die Wärmepumpe mit den für TBA typischen niedrigen Systemtemperaturen sehr günstige Jahresarbeitszahlen erreicht.

Fernwärme

Bauteilaktivierte Gebäude stellen auch für Nah- und Fernwärmenetze ein Flexibilisierungspotential dar. Erzeugungsspitzen durch erneuerbare Wärmeerzeuger im Wärmenetz können in diese dezentralen Speicher eingebracht bzw. zeitlich bekannten Lastspitzen kann durch rechtzeitiges Bespielen der Bauteile entgegengewirkt werden. Dies führt zusätzlich zu einer Erhöhung der Leistungskapazitäten von bestehenden Anlagen.

Die niedrige Betriebstemperatur von Bauteilaktivierung ist für eine netzgebundene Wärmeversorgung ein Vorteil: bauteilaktivierte Gebäude können aus dem Rücklauf der Fernwärme versorgt werden. Die Erhöhung der Temperaturdifferenz zwischen Netzvorlauf und -rücklauf erhöht die Leistungskapazität weiter.

Auch hier können Nutzer Kostenvorteile durch flexible Wärmetarifmodelle erwarten.

Die Nutzung von Abwärme stellt insbesondere über Mikronetze oder auch Anergienetze zu benachbarten Gebäuden ein interessantes Potential dar.

 

Kombination mit Erdspeicher/Sondenfeld

Ab einer Tiefe von rund 10 bis 20 Metern herrscht das ganze Jahr über eine gleichmäßige Temperatur von 10 bis 12 ° C. Die entzogene Erdwärme wird im Heizfall mit Hilfe einer Wärmepumpe auf ein höheres Temperaturniveau gebracht. Im Kühlfall wird Wärme ins Erdreich eingebracht, damit kann im Sommer das Sondenfeld mit Abwärme regeneriert werden. Für einen Wohnbau mit 160 Wohneinheiten wurden beispielsweise 30 Erdsonden mit je 150 Meter Tiefe gebohrt. [1] MGG22,

 

Warmwasser

Die Warmwasserbereitung ist in Abstimmung mit der TBA zu konzipieren. Eine Möglichkeit ist eine (zweite) Wärmepumpe mit höherem Temperaturniveau, auch diese kann in Verbindung mit einem Warmwasserspeicher flexibel und damit netzdienlich betrieben werden.
Eine vorteilhafte Art der Warmwasserbereitung ist beispielsweise die Nutzung von Abwärmen, damit es nicht zu einer „Wärmeverschmutzung“ der Umgebung kommt – in Ballungsräumen zunehmend relevant, siehe „heat island effect“:

Die Warmwasserbereitung kann im Sommer auch als Senke für die Rückkühlung beim Betrieb einer Wärmepumpe zur Kühlung im Rahmen der TBA dienen. Beziehungsweise besteht auch die Möglichkeit mit dezentralen Wärmepumpen, die Wärme aus dem Rücklauf der Bauteilaktivierung zu nutzt.
Beim Einsatz von photovoltaisch-thermischen Hybridkollektoren (PVT-Kollektoren) deren thermischer Ertrag im Heizfall direkt in die Bauteilaktivierung eingebracht wird, kann durch intelligente Nutzung des sommerlichen Wärmeertrags z.B. für die Grundlast der Warmwasserbereitung herangezogen werden.

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