Ideen umsetzen

Mit der Umsetzung der EU-Richtlinie über die Gesamtenergieeffizienz von Gebäuden (EPBD) verpflichten sich alle Mitgliedsländer die Energieeffizienz von Gebäuden zu erhöhen und verbindliche Emissionsreduktionsziele festzulegen. Die Umsetzung der Richtlinie in nationales Recht obliegt jedem Land. Dementsprechend ist ein Vergleich zwischen Ländern in vielen Hinsichten nicht trivial. Ich begleite das Luxemburger Ministerium seit 2005 fachlich bei der Umsetzung dieser Richtlinie. Da Luxemburg ein kleines Land ist, ist auch der damit betraute Personenkreis überschaubar. Das hat in diesem Fall Vorteile und die Ambitionen in Luxemburg sind vergleichsweise hoch. Und wenn man überwiegend nur das eigene System kennt, kann ein vergleichender Maßstab zur Einordnung hilfreich sein. In verschiedenen Beiträgen wird das Luxemburger System mit dem Deutschen verglichen.

Seit 2011 wohne ich in meinem eigen "Laboratorium". Der Wärmeschutz ist etwas effizienter als der heutigen KfW40-plus Standard und die Konstruktionen basieren überwiegend auf der Basis biotischer Baumaterialien. Das Gebäude ist mit sehr viel Messtechnik ausgestattet, wodurch ein tiefer Einblick in jedes Detail der Systeme und wissenschaftliche Auswertungen ermöglicht werden. Es sind 17 fest verbaute Stromzähler und einige mobile, sowie mehrere Wärmemengenzähler integriert. Bestimmte Technologien wurden mehrfach vorgesehen (zum Beispiel eine Beheizung über die Lüftungsanlage und/oder eine Fußbodenheizung), um auch Systemvergleiche in der praktischen Anwendung zu ermöglichen.

Beim technischen Konzept wurden auch unkonventionelle Wege beschritten. So ist bei Gebäuden mit niedrigem Heizwärmebedarf meist keine vollflächige Fußbodenheizung erforderlich. Das stößt immer wieder auf Ablehnung - auch mit normativem Hintergrund. Die Fußbodenheizung wurde nur 1 m tief am Gebäuderand verlaufend vorgesehen. Insgesamt etwa 24% der Wohnfläche. Darüber wird das Gebäude seit knapp 10 Jahren wohltemperiert. Einzelraumregelungen (die normativ erforderlich sind) gibt es nicht. Die Wassermengen wurden korrekt eingestellt und aufgrund der sehr geringen erforderlichen Oberflächentemperatur (23°C bei -12°C) regelt sich die Wärmeabgabe von selbst - ganz ohne permanenten Stromeinsatz für Ventile. Zudem wurde konsequent auf Baustoffe mit bedenklichen Inhaltsstoffen verzichtet, was sich auch im Rahmen einer Schadstoffmessung bestätigt.

Mit "Wunne mat der Wooltz" hat die Stadt Wiltz in Luxemburg sich zum Ziel gesetzt ein neues Stadtviertel zu schaffen und dabei im Hinblick auf eine nachhaltige Stadt- und Regionalentwicklung ein Vorzeigeprojekt zu entwickeln. Im Wesentlichen sind die folgenden Punkte einbezogen.

Die Entwicklung eines nachhaltigen und effizienten Energiekonzeptes, das für ein Baugebiet, das zeitlich gestreckt in unterschiedlichen Phasen erschlossen wird, ist nicht trivial und es müssen viele Aspekte berücksichtigt werden. Die Einbindung von Umweltenergie und eine möglichst hohe Autarkie waren hier ausschlaggebend. Viele Akteure arbeiten mit an der Entwicklung eines Gesamtkonzeptes im Masterplan und es war eine sehr inspirierende und lehrreiche Erfahrung, einen tiefen Einblick in die vielen unterschiedlichen Facetten zu erhalten und persönlich am Gesamtkonzept mitzuarbeiten.

Die energetische Optimierung von Baugebieten kann über ein individuelles Solarkartaster gestützt werden. Neben der Identifikation sinnvoller Flächen für die Nutzung von Solarenergie am Gebäude, können so auch Abständen zwischen einzelnen Gebäuden optimiert und die passive Solarenergienutzung gesteigert werden. Des weiteren können Flächen und Bereiche im urbanen und öffentlichen Raum identifiziert werden, die sich besonders gut für die solare Stromerzeugung eignen.

Der Austausch und der Blick darauf "wie andere Länder es machen" ist auch im Bereich des Klimaschutzes wichtig. Jedes Land hat andere Schwerpunkte und Themen und Erfolge wie Misserfolge. Davon kann man profitieren. Der Austausch von Wissen und Erfahrungen helfen auch den eigenen Blickwinkel zu verändern und gegebenenfalls aus seinem bisherigen Denkmuster auszubrechen. Deshalb ist es wichtig Erfahrungen zu teilen. Gerade, wenn man im eigenen Land eine Veränderung vorhat, die immer wieder auf gemäßigte Gegenliebe stößt – vielleicht wurden in anderen Ländern bereits Lösungen dafür entwickelt und Dinge erfolgreich umgesetzt.

Mit dem HeizungsCheck steht in Luxemburg ein Werkzeug zur Verfügung, mit dem die energetische Qualität von Heizungsanlage über ein einfaches Punktesystem bewertet werden können. Das System basiert auf der EN 15378 und der Umsetzung des Verbands der deutschen Zentralheizungswirtschaft e.V. und wurde methodisch und inhaltlich auf Luxemburg angepasst. Änderungen waren erforderlich, damit eine Kopplung mit dem Energiepass ermöglicht wird und zudem Auslegungshilfen zur Leistungsdimensionierung, usw. integriert werden konnten. Das Zertifikat zum HeizungsCheck wird in der vom Layout bekannter Form des Energiepasses ausgestellt. Dadurch finden sich Anwender schnell zurecht.

Mit dem Projekt „Entwicklung einer Methodik zur vereinfachten Bewertung der Wärmepumpentauglichkeit von Wohngebäuden“ wird der Frage nachgegangen, ob sich ein Gebäude zur Beheizung mit einer Wärmepumpe eignet. Üblicherweise erfordert dies eine detaillierte Berechnung der Heizlast für jeden Raum, was jedoch häufig nicht durchgeführt oder in frühen Projektphasen nicht umgesetzt werden kann. Die vereinfachte Bewertung soll als erste Orientierung dienen, um diese Hürde zu verringern. Die grundlegende Idee besteht darin, die Heizleistung anhand der Daten des Energiepasses oder nach dem Baujahr eines Gebäudes abzuschätzen und darauf aufbauend zu beurteilen, ob die vorhandenen Heizkörper in den einzelnen Räumen geeignet sind, um die Räume mit den geringeren Temperaturen einer Wärmepumpe zu beheizen. Zusätzlich soll die Methodik die Möglichkeit bieten, den Einfluss zusätzlicher Heizflächen oder den Austausch einzelner Heizkörper einzubeziehen. Die entwickelte Bewertungsmethodik wird in einem Lernwerkzeug („HPready-Check“) umgesetzt. Das Lernwerkzeug soll es ermöglichen, die Eignung eines Gebäudes für die Nutzung von Wärmepumpen zu veranschaulichen und soll im Rahmen von Schulungs- und Ausbildungsmaßnahmen bei der Chambre des Métiers (Handwerkskammer Luxemburg) eingesetzt werden.

Es existieren bereits einige einzelne Werkzeuge mit denen in der Regel aber nur Teilaspekte bewertet werden können. So zum Beispiel die Leistungsfähigkeit von Heizkörpern bei anderen Systemtemperaturen oder die Bewertung der Raumheizlast. Das Ziel des neuen Werkzeugs HPready-Check ist die Bewertung möglichst ganzheitlich und über alle Aspekte durchzuführen - und das mit möglichst wenig Aufwand. Die Eingabe der Gebäudedaten erfolgt vereinfacht und basiert auf 8 Eingabegrößen. Darüber werden die Gebäudegeometrie, die Gebäudehüllflächen und bauphysikalischen Kenndaten abgeschätzt. Darüber hinaus müssen die Nutzfläche der beheizten Räume und die vorhandenen Heizflächen erfasst werden. Die über das integrierte Gebäude-Geometriemodell erfassten Gebäudehüllflächen werden über einen Verteilungsschlüssel auf die Räume verteilt und dabei die Lage/Situation des Raums im Gebäude berücksichtigt (z.B. Eckraum unter dem Dach, oder ein überwiegend innenliegender Raum). Das Modell ist jederzeit präzisierbar.

Damit Wärmepumpen effizient arbeiten können sind möglichst niedrige Vorlauftemperaturen erforderlich. Maßgebend für die Beheizbarkeit eines Gebäudes mit einer Wärmepumpe ist also weniger die Gesamtleistung des Gebäudes, sondern die Leistung (Leistungsreserve) vorhandener Heizkörper in den Räumen. Die sind in der Vergangenheit oft zu groß dimensioniert worden (z.B. Einbau nach Fensterbankbreite) und können bei niedrigeren Vorlauftemperaturen gegebenenfalls ausreichend Wärme abgeben. Folgendes Bild zeigt Leistungskurven eines Heizkörpers für unterschiedliche und fest definierte Systemtemperaturen.

Im Werkzeug HPready-Check (Heat Pump Ready-Check) steht eine umfangreiche Datenbank mit Heizkörpern aus verschiedenen Zeitperioden zur Verfügung. Die Leistung kann auf beliebige Temperaturrandbedingungen bezogen werden (Vorlauf-, Rücklauf- und Raumtemperatur). Mit dem integrierten Werkzeug können die Heizkörper schnell und einfach erfasst werden. Es sind lediglich der Typ und die Abmaße (Breite und Höhe) erforderlich.

Die vorhandenen Heizkörperkenndaten werden bei anderen Systemtemperaturen beurteilt und mit der berechneten Raumheizleistung abgeglichen. Der Einfluss von einer Fußbodenheizung kann ebenfalls mit berücksichtigt werden. Darüber erkennt man schnell, ob die vorhandene Heizkörperleistung ausreicht. Maßgebend dafür ist der sogenannte kritische Raum. Das ist der Raum in dem die vorhandenen Heizkörper die geringste Leistungsreserve aufweisen.

Anders als bei oft üblichen Ansätzen (angenommene Vor- und Rücklauftemperatur und Spreizung) bewertet HPready-Check für jeden Raum die erforderliche Vorlauftemperatur, mit der die Heizkörper betrieben werden müssten, um die Raumheizlast zu decken. Der kritische Raum hat die höchste Vorlauftemperatur. Dieses Temperaturniveau muss vom Wärmeerzeuger bereitgestellt werden. Damit werden auch alle anderen Räume versorgt und es stellen sich jeweils unterschiedliche Rücklauftemperaturen bzw. Spreizungen ein. Pauschale Festlegungen zur Bewertung der Heizkörperleistung (z.B. 50/40) können zwar erste Hinweise liefern, aber darüber lassen sich keine guten Aussagen zum Volumenstrom oder zur Regelbarkeit ableiten - das ist insbesondere dann relevant, wenn die Überdimensionierung der Heizkörper über alle Räume nicht gleichmäßig ist.

Oft werden die Volumenströme vereinfacht über eine pauschale und angenommene Spreizung bestimmt (zum Beispiel mit 10 K; bei Vorlauf 50 °C und Rücklauf 40 °C) und voreingestellt. Das berücksichtigt jedoch nicht die individuelle Leistung der Heizkörper im Vergleich zur jeweiligen Raumheizlast. In der Vergangenheit wurden Heizkörper z.B. oft auf die Fensterbankbreite "erweitert" ausgelegt. In dem Fall sind ggf. Leistungsreserven vorhanden und es wäre eine entsprechend niedrigere Vorlauftemperaturen erforderlich, um die Raumheizlast zu decken. Da sich die Vorlauftemperatur für das Gesamtsystem an dem Raum orientiert, für den die höchste Vorlauftemperatur erforderlich ist, kann ein pauschaler Ansatz, mit einer angenommenen Spreizung für alle Räume, zu einer deutlichen Über- oder Unterversorgung führen.

Neben einer ungleichen Raumversorgung kann das auch dazu führen, dass am Wärmeerzeuger eine relativ niedrige gemischte Rücklauftemperatur vorliegt. Die Spreizung wäre dann größer als angenommen. Je nach Anlagenkonzept kann das für Wärmepumpen problembehaftet sein, da diese in der Regel nur eine feste Spreizung zwischen 5 und 10 K bereitstellen können. Das ist insbesondere dann relevant, wenn kein Pufferspeicher vorgesehen ist. Liegt die sich einstellende Rücklauftemperatur über alle Heizkörper deutlich niedriger als zuvor angenommen, so kann die erforderliche (maximale) Vorlauftemperatur unter Umständen nicht dauerhaft erreicht werden. Dadurch kann die Beheizbarkeit der Räume mit den kleinsten Leistungsreserven an sehr kalten Tagen beeinträchtigt werden. Die Regelung der Heizkörper über Raumthermostate relativiert das sicherlich, da ein Überschwingen der Raumtemperatur in einem überversorgten Raum mit einem Abschalten einhergeht. Es schadet aber sicher nicht, hier einen genaueren Blick darauf zu legen und das System hydraulisch entsprechend voreinzustellen.

Die Grundlage für die Bewertung der Volumenströme in Heat Pump Ready-Check sind die sich einstellenden und individuellen Rücklauftemperaturen über alle Heizkörper in einem Raum, wenn diese mit der eingestellten Vorlauftemperatur betrieben werden. Sind mehrere Heizkörper in einem Raum vorhanden, wird der Volumenstrom zudem für jeden Heizkörper ausgegeben. Zudem kann geprüft werden, ob die vorhandenen Anbindeleitungen der Heizkörper groß genug für den Betrieb mit ggf. geringeren Spreizungen sind (hier auch zur Begrenzung von Strömungsgeräuschen). Die erforderlichen Daten, um einen hydraulischen Abgleich durchzuführen, werden mit ausgegeben.

Nach Aussage der Chambre des Métiers gibt es für das Jahr 2024 bereits über 500 Einschreibungen für den entsprechenden Weiterbildungskurs - für Luxemburg eine beachtliche Zahl.