In einem Mehrfamilienhaus in der Bremer Neustadt befinden sich 13 Wohneinheiten mit einer Gesamtwohnfläche von 1069 m2 auf vier Etagen verteilt. Die Immobilie ist eine Besonderheit, denn sie wurde zwischen den Grundmauern eines ehemaligen Luftschutzbunkers errichtet, der größtenteils abgetragen und aus baurechtlichen Gründen nur noch als Restbestand erhalten geblieben ist. Anders als bei reinen Neubauten sind hier das Fundament und die Grundmauern des alten Luftschutzbunkers mit in die Fachplanung eingeflossen.
Das energieeffiziente Gebäude wurde 2020 als KfW-Effizienzhaus 55 nach der Energieeinsparverordnung (EnEV) fertiggestellt und erfüllt durch das energetische Gesamtkonzept ebenfalls die Anforderungen des GEG vom Juli 2021 für ein Effizienzhaus EH 55 EE. Neben den obligatorischen dreifach verglasten Fenstern wurde bei der Gebäudehülle ein Wärmedämmverbundsystem mit einer 20-cm-Außendämmung verwendet. Im Zusammenspiel mit einer Lüftungsanlage, die auch aufgrund der innen liegenden Bäder erforderlich war, wird bei dem Gebäude ein Endenergiebedarf für Heizung und Warmwasser von 12,9 kWh/(m2a) und ein Primärenergiebedarf von 23,2 kWh/(m2a) erreicht.
Für das gut gedämmte Mehrfamilienhaus stand eine CO2-arme Wärmeversorgung im Vordergrund, also eine klimaneutral erzeugte Wärmeenergie für Heizung und Warmwasser. Hierzu wurde ein Luft/Wasser-Wärmepumpensystem mit Zubadan-Invertertechnologie von Mitsubishi Electric als Dreier-Kaskade im Außenbereich und einem Vier-Leiter-Netz mit Frischwasserstationen in jeder Wohnung verbaut.
Warum Wärmepumpen als Dreier-Kaskade?
Die drei Ecodan-Luft/Wasser-Wärmepumpen erbringen insgesamt 33,6 kW Wärmeleistung, also 11,2 kW pro Gerät. Die Wärmepumpen wurden als Dreier-Kaskade im Außenbereich installiert und können die Heizlast des Gebäudes problemlos abdecken. Gleichzeitig steht noch genügend Wärme für die Trinkwarmwasserbereitung zur Verfügung.
Der Betrieb einer Kaskade ist durch den großen Modulationsbereich effizienter, als nur ein Modul in Volllast zu fahren. Die Einheiten können gleichzeitig im Teillastbetrieb arbeiten, wodurch die Gesamtlaufzeiten der Einzelmodule reduziert und die Langlebigkeit erhöht wird. Die Kaskadenregelung besitzt eine Auto-Adapt-Funktion, die das Betriebsverhalten optimiert und sich automatisch den jeweils besten Betriebspunkt für die Anlage sucht. Zudem bietet eine Kaskade eine Redundanzfunktion bei der Wartung der Einzelgeräte, wodurch eine erhöhte Betriebssicherheit erreicht werden kann.
Welcher Außentemperaturbereich wird abgedeckt?
Ein Merkmal der verwendeten Heiztechnik ist, dass die Wärmepumpen über die patentierte Zubadan-Verdichtertechnologie verfügen. Das hierbei eingesetzte Einspritzverfahren optimiert die verfügbare Heizleistung, wodurch die Wärmepumpen auch bei sehr niedrigen Außentemperaturen von bis zu minus 15 °C noch 100% ihrer Heizleistung erbringen. Der untere Einsatzbereich liegt bei minus 28 °C Außentemperatur. Damit ist es möglich, auch bei tiefen Außentemperaturen auf die Unterstützung eines elektrischen Heizstabes oder eines zusätzlichen Wärmeerzeugers zu verzichten.
Um die in der Außenluft enthaltene Energie zu nutzen, wird die von den Wärmepumpen aufgenommene Umweltwärme auf ein im geschlossenen Kreislauf zirkulierendes Kältemittel übertragen. Im Kältemittelverdichter wird der Druck erhöht, sodass das Temperaturniveau ansteigt. Über einen Wärmeübertrager erfolgt der Energieaustausch vom Kältemittel an das Heizungswasser. Für jede der drei Außeneinheiten steht ein Hydromodul im Technikraum zur Verfügung. Dies ist eine unkomplizierte Art, die Heiz- und Wärmepumpenkreisläufe hydraulisch voneinander zu entkoppeln und gleichzeitig einen konstanten Kältemittelvolumenstrom zu gewährleisten.
Welche Vorlauftemperaturen für Heizung und Warmwasser?
Darüber hinaus ist ein Pufferspeicher in das Anlagenkonzept eingebunden, der die Wärme speichert, bis sie abgerufen wird und auch zur Überbrückung von Sperrzeiten des Stromversorgers genügend Wärme liefert. Gleichzeitig stellt der Pufferspeicher Energie für die Abtauung der Außenmodule im Winter bereit. Das Mehrfamilienhaus verfügt über Fußbodenheizungen, die über ein dynamisches Ventil für den automatischen hydraulischen Abgleich voreingestellt ist und über Einzelraumregler individuell gesteuert werden können.
Zur Trinkwarmwasserbereitung befindet sich im Technikraum ein 800-Liter Schichtenpufferspeicher. Hier wird bei einer Brauchwassertemperatur von 53 °C ausreichend Wärme für die Trinkwasserbereitung vorgehalten. Zur Versorgung verfügt jede Wohneinheit über eine eigene Frischwasserstation, die parallel zur Heizungsverteilung die Trinkwarmwasserdistribution übernimmt. Die Auslauftemperatur in jeder Wohneinheit beträgt 50 °C. Durch die indirekte Übertragung der Wärme auf das frisch gezapfte Trinkwasser entfällt die Gefahr von Legionellen.
Fazit
Der Wärmebedarf für Heizung und Warmwasser kann mit Luft/Wasser-Wärmepumpen als Dreier-Kaskade vollständig abgedeckt werden. Die niedrige Vorlauftemperatur der Fußbodenheizung sowie die Bereitstellung von Trinkwarmwasser über Wohnungsstationen ermöglichen einen sparsamen und energieeffizienten Betrieb im Niedrigtemperaturbereich. Durch die Zubadan-Verdichtertechnologie ist der Einsatz eines zusätzlichen Wärmeerzeugers bei niedrigen Außentemperaturen nicht mehr erforderlich.
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Bild: Mitsubishi Electric
Bild: Mitsubishi Electric
Bild: Mitsubishi Electric
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