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Passivhaus mit saisonalem Solarspeicher im Erdreich

Autoren: Søren Peper, Dr. J. Schnieders, Dr. F. Ochs (Uni Innsbruck), Prof. Dr. W. Feist - Passivhaus Institut, Darmstadt

Mit einem über drei Jahre durchgeführten Monitoring mit anschließenden Simula-tionsberechnungen wurde ein neues Versorgungskonzept für energieeffiziente Ge-bäude unter Realbedingungen untersucht. Die Wärmeversorgung wird durch eine solarthermische Anlage realisiert, welche ihre Überschusswärme nach der Erwärmung eines Warmwasser-Kombispeichers unter dem Gebäude im Erdreich einspeichert. Unter der Bodenplattendämmung ist kostengünstig ein Horizontal-Erdreich-Wärmeübertrager verlegt. Über diesen wird die Wärme im Erdreich eingespeichert. Bei Wärmeanforderung für Heizung und Warmwasser wird über das gleiche System mittels einer Wärmepumpe dem Erdreich Wärme entzogen. Es handelt sich um ein monovalent mit Strom versorgtes Gebäude. Im Vergleich zu einem Erdwärmesonden-Wärmepumpensystem ist das Versorgungssystem kosten-günstiger, funktioniert aber - da Frostfreiheit der Bodenplatte gewährleistet werden muss - nur in Verbindung mit einer thermischen Solaranlage.

Die Messungen zeigen, dass es sich um ein funktionierendes Passivhaus handelt. Die gesamte Anlagentechnik verbraucht insgesamt 16,7 kWh/(m²a) Strom, was auf einen Primärenergiekennwert von 43,5 kWh/(m²a) führt (Bezug auf AN nach EnEV 31 kWh/(m²a)). Damit ist die Funktionstüchtigkeit dieser Versorgungsvariante belegt. Simulationsberechnungen zeigen, dass durch Fehlerbehebung und Optimierung des Systems ein PE-Kennwert von 32 kWh/(m²a) erreicht werden könnte.

Die Wärmepumpe erreicht mit der Wärmequelle Erdreich eine JAZ von 3,1 (nur Gerät). Unter Berücksichtigung der Primär- und Sekundär-Umwälzpumpen sinkt diese auf nur 2,3 ab. Bei Optimierung der überdimensionierten Solepumpe könnte aber eine System-JAZ von 2,9 erreicht werden. Durch eine Verringerung der Wärmepumpenleistung sind noch weitere Verbesserungen zu erreichen. Die Simulationen zeigen u.a., dass eine saisonale Speicherung von solarer Überschusswärme unter der Bodenplatte bei den gegebenen Dimensionen eines Einfamilienhauses nur sehr eingeschränkt erfolgreich ist. Im Erdreich-Wärmespeicher könnten auch mit noch größerer Solaranlage nur geringfügig höhere Temperaturen erreicht werden. Es kann daher eher von einer solaren Regeneration des Erdreichs als von einem Wärmespeicher gesprochen werden.

Mit dem vorgestellten System gelingt es, abgestimmte Dimensionierung der Kompo-nenten und intelligente Regelung vorausgesetzt, eine effiziente Wärmeversorgung für Passivhäuser bereitzustellen. Dies allerdings bei relativ hohem Investitionsauf-wand und mit komplexer und damit relativ fehleranfälliger Anlagentechnik. Zwingende Voraussetzung für die Funktionsfähigkeit dieser Versorgungstechnik bleibt dabei eine besonders energieeffizientes Bauweise.

Das Monitoring entstand mit Förderung des Bundesamtes für Bauwesen und Raumordnung (BBR), E.ON und dem PHI.

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