Emissionsfrei wohnen 07.02.2023, 14:50 Uhr

Umweltneutrale Wärmeversorgung: Eiskalt Energie eingespart

Mit einem Eisspeicher, Abwärme der Abwässer, Solarkollektoren und Wärmepumpen lassen sich 170 Neubauwohnungen in der Schweiz mit warmem Wasser und Heizwärme versorgen. Dank grünen Stroms gibt es keine Emissionen.

Drei Mehrfamilienhäuser mit insgesamt 170 Neubauwohnungen werden energieeffizient mit Wärme versorgt.

Foto: B.Vogel

Drei Mehrfamilienhäuser mit insgesamt 170 Neubauwohnungen werden energieeffizient mit Wärme versorgt.

Foto: B.Vogel

Mit ungewöhnlichen Mitteln hat das Planungsunternehmen eicher+pauli in der Schweizer Hauptstadt Bern 170 Neubauwohnungen im Osten der Stadt auf einen kaum vorstellbar niedrigen Energiestandard gedrückt, ohne die Kosten auf unerträgliche Höhen zu treiben. Die Gebäude werden mit Solarkollektoren, der Wärme von Abwasser und, besonders ungewöhnlich, einem Eisspeicher ganzjährig mit Wärme versorgt.

Das Energieniveau entspricht dem Schweizer Standard „2000-Watt-Areal“. Zu diesen Gebäudekomplexen zählen die, die es den Bewohnern ermöglichen, pro Kopf mit einem Primärenergieverbrauch, der Strom, Wärme und Mobilität umfasst, von 2000 Watt zurechtzukommen. Heute benötigt jeder Schweizer 5500 Watt, der weltweite Durchschnitt liegt bei 2500 Watt. Die weltweiten Energiereserven lassen mehr als 2000 Watt pro Kopf nicht zu.

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Es begann mit vielen Unmöglichkeiten

Zunächst waren die Planer mit vielen Unmöglichkeiten konfrontiert. Für die Energieversorgung des Neubaukomplexes kamen verschiedene gängige Systeme nicht in Frage. Das Grundwasser reichte für die Wärmeerzeugung mit Wärmepumpen nicht aus. Die Nutzung der Außenluft als Energiequelle für Wärmepumpen wiederum hätte zu einem zu hohen Strombedarf geführt, verbunden mit dem Risiko von Einsprachen wegen der zu erwartenden Schallemissionen. Auch eine Holzheizung schied aus, denn sie hätte die Luft zu stark belastet. Und Fernwärme stand nicht zur Verfügung.

Schema

Jedes Mehrfamilienhaus bezieht die Wärme für Heizung und Warmwasser von Wärmepumpen.

Foto: Weisskopf und Partner

Latente Wärme ist die Lösung

Beat Nussbaumer, der das Projekt für eicher+pauli betreute, prüfte mehrere ungewöhnliche Lösungen. „Lediglich das System mit Wärmepumpen, welche als Wärmequellen Solarkollektoren und das Abwasser nutzen, war zielführend“, erinnert sich der Planer. Er entschied sich für den Eisspeicher, der trotz seiner kalten Natur als Wärmespender funktioniert, jedenfalls im Verbund mit Wärmepumpen, die ihre Grundwärme aus dem gespeicherten Wasser bezieht, das letztlich gefriert.

Aufgetaut wird es mit Abwasser- und Solarkollektorwärme. Die Wärmeabgabe basiert auf dem Phasenübergang von flüssigem Wasser zu festem Eis, der so genannten latenten Wärme. „Das ergibt ein Energiesystem, das die Häuser in einem dicht bebauten städtischen Raum während allen Jahreszeiten zuverlässig mit Heizwärme und Warmwasser versorgt“, sagt Nussbaumer. Da die Wärmepumpen mit zertifiziertem Wasserstrom betrieben werden, ist die Versorgung zu 100 Prozent emissionsfrei.

Leicht höherer Investitionsbedarf

In einem vom Schweizer Bundesamt für Energie (BFE) unterstützten Pilot- und Demonstrationsprojekt wurde das System einem Monitoring und einer Betriebsoptimierung unterzogen. Hier bestätigte sich dessen Verlässlichkeit und Wirtschaftlichkeit. Es habe sich gezeigt, dass die „Eisspeicher-Technologie leicht höhere Investitionen gegenüber einer vergleichbaren Erdsonden-Wärmepumpen-Anlage auslöst, jedoch durch die hohe Effizienz nahezu ebenso wirtschaftlich betrieben werden kann“, hält der Projektschlussbericht fest. Die Jahresarbeitszahl (JAZ) liegt bei rund 4,5 und erreicht damit in etwa die von Sole-Wasser-Wärmepumpen.

Abwasser unterstützt die Solarkollektoren

Allein mit Solarkollektoren hätte das System nicht funktioniert, zeigten Vorab-Simulationen. Wenn sie beispielsweise mit Schnee bedeckt sind produzieren sie keine Wärme, sodass die Wärmepumpe, die Energie aus dem Eisspeicher entnimmt, ohne Anfangsenergie dasteht. Deshalb ergänzten die Planer das Energiesystem um eine Abwasser-Wärmerückgewinnung, auch, um ein mögliches „Performance Gap“ aufzufangen.

Damit wird ein plötzlicher Anstieg des Wärmebedarfs auf Grund von individuellen Gewohnheiten und Wetterkapriolen bezeichnet. Außerdem mussten die Planer die Größe des Eisspeichers optimieren, um einen Totalausfall der Wärmeversorgung zu verhindern. Denn wenn der Speicher nur noch Eis enthält kann er keine Wärme mehr abgeben – dem Wasser wird so lange Energie entzogen, bis er komplett eingefroren ist.

Nachrüstungsbedarf in nur einem Haus

Aus baulichen Gründen konnte bei einem der Häuser nur ein Drittel des Abwassers zur Wärmebereitstellung genutzt werden. Die Folge: Der Bedarf des Hauses konnte in der kalten Jahreszeit nicht vollständig gedeckt werden, so dass temporär eine mobile, mit Öl betriebene Heizzentrale einspringen musste. Nachträglich wird nun eine Luft-Wasser-Wärmepumpe zugebaut, die wegen ihrer geringen Größe kaum so viel Lärm machen wird, dass Anwohner sich beschweren.

Ein Beitrag von:

  • Wolfgang Kempkens

    Wolfgang Kempkens studierte an der RWTH Aachen Elektrotechnik und schloss mit dem Diplom ab. Er arbeitete bei einer Tageszeitung und einem Magazin, ehe er sich als freier Journalist etablierte. Er beschäftigt sich vor allem mit Umwelt-, Energie- und Technikthemen.

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