Wärme-/Kältequellen: Geothermie, Eisspeicher, Luft-Wärmepumpe

Diese Seite ist Teil der Dokumentation Bauprojekt HAUS21: ein Haus für das 21. Jahrhundert. Einfamilienhaus mit Büro zum Wohnen und Arbeiten, klimaneutral beheizt und gekühlt, nachhaltig errichtet zur langfristigen flexbilen Nutzung, in wesentlichen Aspekten altersgerecht und barrierefrei.

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Ein modernes Haus ist so gut gedämmt, dass die Kühlung fast wichtiger ist als die Heizung. Aus diesem Grund, und natürlich um der Erderwärmung Rechnung zu tragen, sehen wir Heizung und Kühlung als gleichermaßen relevant an und berücksichtigten nur Technologien, die beides ermöglichen.

Geothermie – keine Lösung für die Stadt

Die Grundidee bei der Geothermie (sog. Erdwärme) besteht darin, dem Boden im Winter Wärme zu entnehmen und sie ihm im Sommer wieder zuzuführen. Im Jahresmittel ergibt sich so idealerweise eine ausgeglichene Bilanz. Klingt elegant, funktioniert aber nur auf großen Grundstücken, die in der Stadt kaum verfügbar sind. Zudem sind wasserschutzrechtliche Rahmenbedingungen zu beachten. Konkret:

Grundwasser

In Köln ist das Grundwasser (nur) etwa 20-30 m tief. Bohrungen für Erdwärmesonden dürfen die Grundwasserschicht nicht durchstoßen, so dass ein einzelne Bohrung kaum mehr als 20 m tief gehen kann. Für eine Wohnfläche von knapp 300 m2 wurde uns eine erforderliche Bohrtiefe von 200 m berechnet, was auf 10 (!) Bohrungen à 20 m Tiefe hinausliefe. Da die Bohrungen sowohl untereinander als auch zu den Nachbargrundstücken einige Meter Mindestabstand benötigen, muss das Grundstück schon recht groß sein, und man muss es durchlöchern wie einen schweizer Käse.

Es kommt erschwerend hinzu, dass unser Grundstück in einer wasserwirtschaftlich kritischen Zone (3B/3C) liegt. Wie eine Anfrage bei der Stadt Köln ergab, hat der Schutz des Grundwassers vor Verschmutzung und Bakterien oberste Priorität. Wärmeentnahme aus dem Boden zum Heizen im Winter wäre möglich, Einbringung von Wärme zum Kühlen im Sommer dagegen nur begrenzt und mit aufwendigem Monitoring. Wenn sich dabei herausstellen sollte, dass die Grundwassertemperatur steigt, würde die Einbringung von Kälte – und damit das Kühlen des Hauses – untersagt. Damit schied die Geothermie für uns (leider) aus.

Nützliche Links

  • Geothermie in NRW – Standortcheck: gibt nach Eingabe einer Adresse Auskunft über die Einsatzmöglichkeiten von Erdwärmekollektoren und Erdwärmesonden inklusive Informationen zum geothermischen Potenzial, zu Wasserschutzgebieten und zu Bereichen, die aus hydrogeologischer Sicht ungünstig sind.
  • Informationen zur Geothermie der Stadt Köln

Fernwärme und -kälte

Fernwärme kombiniert mit Fernkälte stellt meiner Meinung nach in Städten die einzige Option zum klimaneutralen Heizen und Kühlen von Wohngebäuden (und sicher auch Bürogebäuden) dar. In Kopenhagen schon Realität, ist dies in Deutschland leider noch Zukunftsmusik (ggf. mit Ausnahme von München). Hier wird sehr schnell sehr, sehr viel passieren müssen, das vermutlich kommende Verbot von Öl- und Gasheizungen muss schließlich von Alternativangeboten begleitet werden.

Luft-Wasser-Wärmepumpe

Luft-Wärmepumpen nutzen die Energie der Außenluft. Sie sind jedoch bei tiefen Temperaturen nicht besonders effizient, zudem arbeiten sie nicht geräuschlos: die Ventilatoren können nicht unerhebliche Geräusche erzeugen. Aus diesen beiden Gründen entschieden wir uns dagegen.

Eisspeicher

Funktionsprinzip

Das Grundprinzip ist so pfiffig wie einleuchtend: ein Wassertank mit 10 m3 Fassungsvermögen wird in die Erde eingelassen. Im Winter wird aus dem Tank Wärme entnommen, wobei das darin enthaltene Wasser sich immer weiter abkühlt und schließlich gefriert. Im Sommer wird der mit Kälte aufgeladene Eisspeicher zur Kühlung verwendet, wobei der Prozess umgekehrt wird.

Komponenten: Eisspeicher, Wärmepumpe, Luftabsorber

Der Eisspeicher wird zusammen mit einer Sole-Wasser-Wärmepumpe verwendet, die nicht nur Wärme zum Heizen bereitstellt, sondern auch die Warmwasserversorgung übernimmt. Übers Jahr gesehen ist der Wärmebedarf unter anderem dadurch deutlich höher als der Kältebedarf, dem System muss also Wärme zugefügt werden. Das geschieht über einen Luftabsorber, der Wärme aus der Umgebungsluft aufnimmt.

Anbieter

De facto gibt es in Deutschland nur einen Anbieter für Eisspeichersysteme für Einfamilienhäuser. Viessmann holte sich das Know-How 2011 durch Übernahme des Startups isocal ins Haus.

Nützliche Links

Auswahl und Entscheidung

Nachdem sich herausstellte, dass Erdwärme aufgrund von Grundstückgröße und Beschränkungen der Kühlfunktion für uns ausschied, und Luft-Wärmepumpen Nachteile beim Geräusch und der Effzienz haben, landeten wir beim Eisspeicher.

Warum ist der Eisspeicher (bislang) eine Nischenlösung?

Der Grund warum diese Technologie bislang eher selten verwendet wird, liegt vermutlich an den Investitionskosten. Zwar liegen diese in etwa im gleichen Bereich wie bei Erdsonden, aber für den reinen Heizbetrieb verfügen die Erdsonden über ein besseres Temperaturniveau und somit über günstigere Betriebskosten. Der Vorteil des Eisspeichers gegenüber den Erdsonden kommt erst mit der freien Kühlung zum Tragen. Da die meisten Bauherren bei Ein- und Mehrfamilienhäusern aber keine Kühlung vorsehen, fällt die Entscheidung gegen den Eisspeicher aus. Hinzu kommt, dass derzeit vorwiegend Luft-Wasser-Wärmepumpen verbaut werden, da diese in der Investition noch viel günstiger sind (da keine Bohrungen nötig sind). Dass hier die Betriebkosten deutlich höher liegen, interessiert leider vielen Bauherren zunächst nicht.