Energie aus der Luft

Wärmepumpen – Als junges Unternehmen sind der Imkerei Retzer niedrige Betriebskosten und eine umweltfreundliche Energieerzeugung ein Anliegen. Mit einem Luft/Wasser-Wärmepumpen-System, abgerundet mit einer PV-Anlage, ist das Objekt nun nahezu autark.

11. Oktober 2019
Energie aus der Luft

Als Kleinstbetrieb gegründet, betreut Matthias Retzer eine Vielzahl von Bienenvölkern in der Region in und um Stuttgart. Ein besonderes Anliegen ist dem Imker ein umweltfreundlicher und nach haltiger Betrieb. Dies gilt sowohl für die Bienenhaltung und Honigproduktion als auch für das neu erstellte Betriebsgebäude mit angegliederter Lagerhalle und Wohnbereich. Das Wohn- und Gewerbeobjekt ist in Niedrigstenergie-Bauweise erstellt, weist also einen entsprechend geringen Energiebedarf auf. Gleichzeitig ist für die Honigproduktion eine Wärmekammer integriert, die ein konstantes Temperaturniveau benötigt.

Für Gebäude nach Niedrigstenergie-Bauweise liegt noch kein verbindlicher Standard wie beispielsweise für KfW-55-Häuser vor, heißt es in einer Pressemeldung von Mitsubishi Electric. Fest stehe aber, dass der Wärmeenergiebedarf in diesem zukunftsweisenden Gebäudetypus zu einem wesentlichen Teil aus erneuerbaren Energiequellen gedeckt werden müsse.

Da eine Energieerzeugung auf Basis fossiler Brennstoffe und auch andere Alternativen nicht infrage kamen, hat sich der Bauherr für ein Wärmepumpen-System entschieden. Zu seinem Vorhaben passte am besten eine Lösung, die die Außenluft als Energiequelle nutzt und keine behördlichen Genehmigungen oder aufwendige Baumaßnahmen benötigt. Ein Luft/Wasser-Wärmepumpen-System eignet sich dazu, auf energiesparende Weise die Wärme für die vorgesehene Fußbodenheizung, die Trinkwarmwasserbereitung und eine spezielle Wärmekammer bereitzustellen. Da eine Fußbodenheizung mit einer niedrigen Vorlauftemperatur versorgt werden kann, harmoniert sie sehr gut mit einer Luft/Wasser-Wärmepumpe. Darüber hinaus trägt ihr relativ großes Wasservolumen zur Verlängerung der Wärmepumpenlaufzeiten bei, sodass häufiges Takten vermieden wird.

Photovoltaikanlage mit Stromspeicher

Ein integraler Baustein des Energiekonzeptes ist die Photovoltaikanlage mit einer Leistung von zehn kWp. Der von der Solaranlage produzierte Strom wird so weit wie möglich direkt in der Imkerei verbraucht, sodass ein Großteil des erzeugten Stroms der Eigennutzung dient. Daran hat vor allem der Stromspeicher einen großen Anteil, der sich ebenfalls im Technikraum befindet. Im PV-Speichersystem werden die Energieüberschüsse bevorratet und können bei Bedarf jederzeit abgerufen werden. Nur überschüssiger Strom, der nicht verbraucht und nicht gespeichert wird, wird gegen eine Einspeisevergütung ins öffentliche Netz abgegeben. Bei entsprechender Sonneneinstrahlung versorgt die PV-Anlage das Gebäude und die Wärmepumpe zu einem großen Anteil mit regenerativer Energie. Das schlägt sich positiv auf der Habenseite nieder. Durch die Kombination von Photovoltaik- und Wärmepumpenanlage kann schon jetzt eine rechnerisch nahezu autarke Versorgung mit Strom und Wärme realisiert werden. Für den Gebäudebetreiber ergeben sich aus dieser Kombination dauerhaft niedrige Betriebskosten. Wobei die Anlage in zwei weiteren Abschnitten noch um jeweils neun kWp Leistung erweitert werden soll.

Eine besondere Herausforderung war bei diesem Objekt die Integration einer Wärmekammer für die Honiglagerung. Mit Alexander Mahr, Geschäftsführer eines Heizung- & Sanitärunternehmens aus Reichenbach stand ein Fachhandwerksbetrieb zur Verfügung, der die Planung und Ausführung eines Gebäudes in Niedrigstenergie-Bauweise sowie die Integration einer Wärmekammer realisieren konnte. »So eine Wärmekammer kann nur individuell für den speziellen Anwendungsfall berechnet werden. Dafür gibt es keine Mustervorlagen«, erklärt Mahr. Der studierte Gebäudetechniker hat diese Aufgabe mit einem selbst entworfenen Rechentool gelöst.

Die Wärmekammer hat eine Flächenheizung und benötigt bis zu vier kW Wärmeleistung. Dafür ist an den Wänden mit Klemmschienen eine offene Wandheizung installiert. Die große Strahlungsfläche gewährleistet eine möglichst gleichmäßige Abstrahlung von allen Seiten. Der Temperaturbereich liegt bei konstanten 43 °C im Vorlauf und einer nur geringen Temperaturdifferenz im Rücklauf. »Der Honig muss in den Lagerbehältern aufgetaut werden. Die Wärmekammer benötigt dafür ein konstantes Temperaturniveau zwischen 38 °C und 42 °C, um die Inhaltsstoffe und die Werthaltigkeit des Honigs zu erhalten«, erklärt Inhaber Retzer.

Energieeffiziente Wärmeerzeugung

Zum Einsatz kommt eine Ecodan-Luft/Wasser-Wärmepumpe von Mitsubishi Electric vom Typ PUHZ-SHW-140YHA mit einer Heizleistung von 14 kW und einem Speichermodul für Heizung und Trinkwassererwärmung. Die Luft/Wasser-Wärmepumpe steht im Außenbereich und gewährleistet eine hohe Energieeffizienz mit überdurchschnittlichem COP (Coefficient of Performance), heißt es in einer Mitteilung. Dazu trage der leistungsgeregelte Verdichter (Inverter) mit Zubadan-Technologie bei. Aufgrund der weltweit patentierten Zubadan Technologie erreiche das System auch bei Minustemperaturen von bis zu -15 °C noch 100 Prozent Heizleistung. Die einwandfreie Funktion gewährleistet der Hersteller nach eigenen Angaben sogar bis -28 °C, um auch bei extremen Außentemperaturen eine für den Heizbetrieb nutzbare Temperatur zur Verfügung zu stellen. Dadurch ist das Zuheizen durch einen elektrischen Heizstab in den meisten Anwendungen nicht nötig und die Wärmepumpe kann als monovalenter Wärmeerzeuger eingesetzt werden. Das kompakte Außengerät ist mit Vollinvertertechnologie ausgerüstet. Dadurch arbeitet das System deutlich effizienter als Anlagen, die nur den On/Off-Modus kennen, heißt es. Die Modulation liegt bei dieser Wärmepumpen-Serie zwischen 30 und 100 Prozent und passt die Heizleistung permanent, automatisch und kostenoptimiert an den jeweiligen Wärmebedarf an.

Intelligenter Systemaufbau im Technikraum

Im Haustechnikraum sind ein Speichermodul zur Trinkwarmwasserbereitung und ein Pufferspeicher aufgestellt. Das Speichermodul wurde speziell auf das Split-Außengerät abgestimmt und bildet die Schnittstelle zum Wärmeverteilsystem. Der integrierte Wärmepumpenregler übernimmt vollautomatisch die Steuerung aller Funktionen der kompletten Anlage. Um den energiesparenden Betrieb auch bei der Bereitstellung von Trinkwarmwasser sicherzustellen, verfügt das Speichermodul über ein innovatives Ladekonzept. Die Trinkwarmwassererwärmung erfolgt über einen externen Plattenwärmetauscher, der im Gehäuse des Speichermoduls untergebracht ist. Dies verspricht eine deutliche Effizienzsteigerung.

Zur optimalen Wärmeverteilung gibt es einen Pufferspeicher, der zwei Heizkreise versorgt. Der Pufferspeicher übernimmt die Funktion eines Trennspeichers zur hydraulischen Systementkoppelung und sorgt für die Bereitstellung notwendiger Abtauenergie. Ein Heizkreis dient der Versorgung der Fußbodenheizung im Wohnbereich und der Betonkernaktivierung im Produktionsbereich. Die Fußbodenheizung und die Betonkerntemperierung sind so ausgelegt, dass sie mit den gleichen Temperaturanforderungen arbeiten. Der zweite Heizkreis versorgt die bereits beschriebene Wandheizung in der Wärmekammer. ls

Erschienen in Ausgabe: 06/2019
Seite: 46 bis 47