Wärmepumpe, Solarthermie, Photovoltaik, Blockheizkraftwerk (BHKW) und inzwischen auch diverse Kombinationen davon - immer mehr Möglichkeiten für innovative Energiekonzepte fordern von Hausbesitzern, Installateuren und Energieberatern eine komplexe Entscheidung. Heizungsexperte Adi Golbach organisierte in Berlin für das Netzwerk "Aktionskreis Energie" einen Workshop, der Ordnung in die Variantenvielfalt für Objekte ab 30 Kilowatt Heizlast brachte.
Michael Viernickel, der als Anlagendesigner des Projektierers Geo-En Energiekonzepte für etliche Gebäude entworfen hat, stellte den typischen Planungsprozess dar und zeigte auch einen Vergleich der Grenzkosten von zusätzlichem Wärmeschutz und zusätzlicher Photovoltaik-Fläche am Beispiel eines 8-stöckigen Gebäudes. Demnach fielen die Vermeidungskosten für eine Kilowattstunde Primärenergie bis 12 cm zugunsten der Dämmung aus, ab da zugunsten der Photovoltaik
Berechnungszeitraum spielt wichtige Rolle
Ob und welches Gewicht dieser Faktor allerdings für die Entscheidung des Bauherrn habe, müsse am Anfang des Planungsprozesses abgeklärt werden. Eine wesentliche Eingangsgröße sei dabei der Betrachtungszeitraum: Auch bei ansonsten gleichen Parametern könne es einen großen Unterschied machen, ob man für 1, 5 oder 15 Jahre rechne. Sind die Grundlagen erfasst, stehe mit "Semergy" eine neue, relativ einfach zu bedienende, in der Grundversion kostenlose, browserbasierte Plattform zur Verfügung, die die Maßnahmenoptionen eigenständig optimiere.
Viernickel selbst setzt eine speziellere Software mit einer Simulation in stündlicher Auflösung ein ("Beopt"), die für einen Rechendurchlauf allerdings auch auf einem schnellen PC mehrere Stunden benötige. Damit lässt sich eine Punktewolke mit Dutzenden von Varianten des mehr oder weniger intensiven Einsatzes von Effizienz- und Anlagentechnik erzeugen, die zum Beispiel nach den Jahreskosten als der Summe von Betriebs- und Kapitalkosten geordnet ist.
Sonnenschutz ist für Simulation sehr wichtig
Interessanter Nebeneffekt einer solchen dynamischen Gebäudesimulation ist zum Beispiel, dass sich damit gut zeigen lässt, wie ein richtig geplanter Sonnenschutz (außen, nicht innen oder mit Sonnenschutzglas) den Energiebedarf für die Kühlung fast auf ein Drittel senken kann, obwohl der Heizenergiebedarf dadurch nur um 4 Prozent steigt. Der Anlagendesigner erinnerte bei dieser Gelegenheit daran, dass das Fenster von allen das billigste System sei, um Raumwärme bereitzustellen.
Ebenso machte er auf eine weitere kleine, aber wirksame Möglichkeit - jetzt auch für den Altbau - aufmerksam: die selbstlernende Temperaturabsenkung für Einzelräume. Ein Sensor misst, wann die Bewohner die Heizung herunterdrehen. Nach einer gewissen Zeit kann die Steuerung über einen nachrüstbaren Zusatz am Heizkörperventil die Regelung selbst übernehmen.
Simulationsstudie lohnt erst ab 30 kW Heizlast
Trotz der IT-Unterstützung gebe es, so Viernickel, eine untere Grenze, ab der sich der Aufwand für eine ausführliche Simulationsstudie erst lohne. Sie liege bei einer Heizlast von 30 kW. "Wir konzentrieren uns erst einmal auf solche Objekte." Kleinere Systeme setzten voraus, dass der Bauherr selbst in die Haustechnik einsteigen könne.
Michael Viernickel kam auch auf die aktuelle Baupraxis zu sprechen. Er rechnet derzeit mit folgenden Betriebskosten für eine Kilowattstunde (kWh) Heizwärme: 3,0 Cent für die Kombination Erdwärmepumpe/BHKW; 4,2 Cent für eine Erdwärmepumpe; 7,7 Cent für einen Erdgaskessel. Er geht dabei für die Wärmepumpe von einem Strompreis von 19 Cent/kWh und einer Jahresarbeitszahl von 4,5 aus. Ähnliche Kosten wie bei der Erdwärmepumpe entstehen, wenn als Wärmequelle Solarthermie herangezogen wird - das zeigt ein <link heizung-warmwasser aktuelles artikel himmel-und-erde-setzt-auf-geothermie-und-sonne-5278.html von erde und>in Berlin-Pankow verwirklichtes Gebäude.
Solarthermie oder Photovoltaik plus Wärmepumpe?
Besonders interessant: die Einschätzung Viernickels - der sowohl Projekte mit Solarthermie als auch solche mit Photovoltaik gemacht hat und privat eine Thermie-Anlage betreibt - zur Frage "Solarthermie oder Photovoltaik plus Wärmepumpe"? Für ihn hat die Version Photovoltaik plus Wärmepumpe die Nase vorn. Viernickel führte dafür außer wärmetechnischen Vorteilen auch die Wartung angesichts der Situation im Handwerk an: Während viele Installateure mit komplexer Hydraulik überfordert seien, könne auch ein "mittel begabter" Elektriker ein defektes Photovoltaikmodul tauschen.
Allerdings wird in Viernickels Unternehmen gerade an einer Synthese von Photovoltaik und Wärmenutzung der Sonneneinstrahlung gearbeitet. Photovoltaikmodule in der typischen Anordnung eines umgekehrten "V" für die Ost-West-Ausrichtung werden dabei hinterlüftet. Die außen eingesaugte, kalte Zuluft erwärmt sich unter den betrahlten Modulen. In der Mitte nimmt ein Wärmetauscher die Wärme auf, so dass sie der Wärmepumpe zugeführt werden kann.
Grundwasser-Wärmespeicher mit Genehmigungshürde
Auch auf sein ursprüngliches Spezialgebiet kam Viernickel zu sprechen. Er zeigte, dass in den meisten Fällen das Erdreich einschließlich Grundwasser (Aquiferspeicher) sinnvoll als Wärmespeicher nutzbar wäre. Nicht selten scheitere es aber an der Genehmigungsbehörde: "Der Verwaltungsangestellte arbeitet eben sein Leitblatt ab", und obwohl mit einer richtig geplanten Zirkulation das Grundwasser sogar sauberer werde als ohne einen Aquiferspeicher an dieser Stelle, sei eine Genehmigung schwierig und aufwendig.
Dabei sei gerade Grundwasser energetisch der günstigste Speicher: In einem Simulationsbeispiel konnte damit die Jahresarbeitszahl der eingesetzten Wärmepumpe auf 4,5 gesteigert werden - gegenüber etwa 3,6 bei einem Erdspeicher oder Eisspeicher. Dazu ist der Aquiferspeicher sogar viel billiger als ein Wassertank, wie Viernickel an einem Beispiel mit der Speicherung von 160 Megawattstunden zeigte: Die spezifischen Kosten für die Kapazität, um eine Kilowattstunde Wärmeenergie speichern zu können, lägen mit einer Betonzisterne bei 8 Euro, mit einem Aquiferspeicher dagegen nur bei 0,65 Euro. von Alexander Morhart