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 Energiewende im Inselbetrieb:
Low-Tech für Wohn-Bürohaus
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"Energiewende im Inselbetrieb" (Teil 1)
hier Teil 2 "LowTec für Wohn-Bürohaus":


Nach der Beschreibung der Stromversorgung (Teil 1) für das 1988 im Inselbetrieb fertiggestellte Büro-Wohnhaus geht es in diesem Artikel um natürliche Kreisläufe, wie die freie Lüftung, die ohne viel Technik und Hilfsenergie auskommen.

Das war bei dem Bauprojekt ein weiterer radikaler Selbstversuch. Diese natürlichen Kreisläufe, die freie Lüftung für das Gebäude, die Doppelfassade als Luftkollektor mit Hypokaustenheizung im Gebäude, wurden bereits in der Planungsphase mit dem selbst entwickelten Computerprogramm (DK Solar, die Grundlage für das heutige DK Integral) dynamisch simuliert. Das war ein weiteres  innovatives Feature, die Überprüfung und Dimensionierung von Konzepten mittels dynamischer Simulation im Jahr 1984.

Nur so war mit einfachen Mitteln und nachvollziehbarer Technik ein LowTec-Gebäude ohne Förderung, ob staatlich oder über Investoren, machbar.

Anmerkung: Das Büro-Wohnhaus ist mit einer Stromversorgung ausgestattet, die eine sehr hohe Betriebssicherheit und seit Weihnachten 2019 zu 100 % die Stromversorgung sichergestellt hat, ohne dass die zuvor nötige KWK-Anlage benötigt wurde.

Gleichzeitig wurden mit einem solar geladenen E-Roller seit Sommer 2019 in 14 Monaten mehr als 3.400 km gefahren. Weil mit dem E-Roller meist deutlich kürzere Wege gefahren werden können, sind das deutlich mehr Autokilometer, die eingespart wurden.

Das heutige Plusenergiehaus begann als Niedrigenergiehaus im Inselbetrieb 1988

Damit ein Gebäude im Inselbetrieb gut funktioniert, ist eine einfache und robuste Technik notwendig. Dabei ist es wichtig die natürlichen Ressourcen optimal zu nutzen. Hier kommen die Natur- und Ingenieurwissenschaften ins Spiel. Bei diesem Projekt wurde auf  Technik möglichst verzichtet, denn was nicht existiert, kann nicht kaputt gehen und nicht ausfallen, benötigt keine Wartung und Energie.

Zusammengefasst heißt das, dass der Standort für Wärmespeicher, Energiewandler und Energieerzeuger immer eine optimale Position haben muss.

Diese Erkenntnis ist nicht neu, aber durch die Verfügbarkeit an Technologie wie Pumpen und Gebläsen, etc. ist dieses Wissen/Denken verloren gegangen. Wird gegen die natürliche Luftbewegung gearbeitet, muss das Gebläse eben etwas größer sein, das gleiche gilt für Wasserkreisläufe und auch für die Entlüftung von Wasserkreisläufen. Die Rohrleitungen werden häufig mit vielen Schleifen verlegt, so dass sich Luftsäcke bilden können und diese müssen mit starken Pumpen beseitigt werden, damit die Funktion wieder hergestellt wird.

Ohne diese Hilfsmittel wurden bis in die 1960er Jahre Thermosyphonanlagen gebaut, die ohne Kreislaufpumpen ausgekommen sind. Die Entlüftung erfolgte immer am höchsten Punkt. Da die Rohrleitungen mit einer leichten Steigung versehen waren, hat die Luft im System immer den richtigen Ausgang an der höchsten Stelle im Rohrleitungssystem gefunden.

Solche Systeme sind im Betrieb sehr robust, aber in der Planung deutlich aufwändiger. Deshalb haben sich die Lösungen mit den etwas größeren Pumpen oder Gebläsen und dünneren Rohrleitungen durchgesetzt.
Planungskosten minimal, Anlagenkosten maximal, das ist bequem und  ergibt so nebenbei den maximalen Gewinn. Kommt die regelmäßige Wartung noch dazu, erhält man noch eine planbare Auslastung und Einkommensquelle. Ergebnis für den Kunden: Störanfällige Anlagen mit hohen Wartungskosten.

Wo sind in dem Wohn-Büro-Gebäude von 1988 die natürlichen Kreisläufe versteckt?:

Wasserkreisläufe:
1. Die in die Fassade integrierte Solaranlage lieferte
    die Wärme an den darüber eingebauten
    Brauchwasserspeicher, sobald die Temperatur
    im Solarkollektor höher war als im Speicher.
2. Wärmespeicher im Keller: Dieser Speicher wurde
    mit solarem Überschuss geladen. Dafür war eine
    solar betriebene Wasserpumpe notwendig, dafür
    funktionierte die Wärmeabgabe in die Hypokausten
    für die Heizung und das Nachladen des
    Brauchwasserspeichers im Dachgeschoss ohne
    Pumpe. Da im Heizbetrieb aus dem Speicher im
    Keller in der Regel die Sonne nicht scheint, ist das
    optimal, da die Strombatterien nicht zusätzlich
    belastet wurden.

Luftkreisläufe:
1. Doppelfassade als Luftkollektoren: Die in die
    Fassade integrierte Solaranlage lieferte Wärme
    in das Gebäude, sobald die Temperatur in den
    Luftkollektoren höher ist als in den Hypokausten
    für die Gebäudeheizung. Damit die Luft nicht
    umgekehrt strömt und das Gebäude die
    Doppelfassade heizt, wurde eine einfache
    Folie als Rückschlagklappe im unteren
    Bereich der Doppelfassade eingebaut.
2. Die Hypokaustenheizung wird über einen zentral
    im Gebäude integrieren Energieschacht, der
    gleichzeitig die Verteilerfunktion hat, gespeist.
    Der Energieschacht wird bei Sonneneinstrahlung
    über die Luftkollektoren mit Wärme versorgt, ohne
    Sonne über den Warmwasserspeicher im Keller und
    beim Betrieb der Kraft-Wärme-Koppelungsanlage
    direkt über die Abwärme. Ein Kachelofen liefert
    ebenfalls mit einem natürlichen Luft-Kreislauf, wie
    die Luftkollektoren, Wärme in den Energieschacht.
    Die meisten Räume werden durch eine abgehängte
    Decke und aufgeständerten Fußboden beheizt.
    Dabei strömt die warme Luft (ca. 25°C) von dem
    Energieschacht in die Deckenhypokauste, kühlt
    dort ewas ab und fällt so über einen Kanal in die
    Bodenhypokauste und von dort nach einer weiteren
    Wärmeabgabe zurück in den Energieschacht, wo
    sie wieder erwärmt wird. Da die Räume im
    Untergeschoss „natürlicherweise“ schlechter
    versorgt werden, wurden für diese Aufgabe
    hocheffizienten Papst-Lüfter eingebaut, die auch
    nach 32 Betriebsjahren effizient diese Aufgabe
    erfüllen.

Wenig belastete Systeme haben eine natürliche lange Haltbarkeit, was die Umwelt ebenfalls entlastet.

Mit DK-Integral können diese natürlichen Kreisläufe effizient analysiert und optimiert werden. Die natürlichen Kreisläufe auf Luft- und Wasserbasis haben sich bewährt. Hervorzuheben ist, dass die Erwartungen an die Betriebssicherheit, die einfache Wartung und Haltbarkeit in vollem Umfang erfüllt wurden.

Diese Strategie auf weitere, auch sehr große Projekte zu übertragen, hat sich ebenfalls bewährt. Neben der reinen thermischen Analyse hat sich die Kombination mit der Feuchtedynamik mit DK-Integral (hygrothermische Simulation) von Doppelfassaden, Spezialkonstruktionen ganzheitlich zu untersuchen in der Praxis bewährt, so kann das Kondensatrisiko bewertet werden und eine Optimierung der Bauteile und Anlagen ist somit im Vorfeld kostengünstig machbar.

Referenzprojekte:
Mobimo Tower, Zürich
Altes Rathaus, Lörrach,
Masoala Halle Zoo Zürich
Möbel Höffner, Headquarter Berlin
NATO, Headquarter Brüssel
Tozeret Haaretz, Tel Aviv

Autor:
Siegfried Delzer, Delzer Kybernetik, Lörrach
   
  
 
 
 
 
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Der Restbedarf für die KWK-Nutzung konnte weiter reduziert werden, obwohl der Stromverbrauch aufgrund der Nutzung von E-Mobilität gestiegen ist. (Grafik: Delzer)
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