Erdwärme und Sonnenenergie zur Beheizung und Kühlung einer Schule

Im Neubau der Hauptschule Otto-Seeling-Promenade in Fürth arbeiten Erde und Sonne im Team, um das 5.400 m2 große Gebäude so klimaneutral wie möglich zu heizen und zu kühlen. Wärmequelle ist ein Erdwärmesondenfeld mit 30 rund 90 m tiefen Doppel-U-Erdwärmesonden. In diesen Sonden kreist Wasser mit einem Frostschutzmittel (Sole), das die Wärme aus dem Boden entnimmt. Die meisten der Bohrungen befinden sich unterhalb des Schulgebäudes.

Die Sonden sollen jedoch nicht nur im Winter heizen, sondern auch im Sommer für ein angenehmes Lernklima sorgen. Das System heißt also: “Wärme im Winter raus aus dem Boden rein ins Haus – Wärme im Sommer raus aus dem Haus rein in den Boden”. Im Winter wird Wärme aus dem Boden entnommen, der sich dabei langsam abkühlt, im Sommer kann sich das System regenerieren, in dem Wärme aus dem Untergrund nachfließt und zugleich aus dem Gebäude Wärme in den Untergrund eingespeist wird. Die relativ kühlen Bodentemperaturen werden während dieser Zeit gleichzeitig genutzt, um die Schule mit Klimakälte zu versorgen. Eine solche Anlage funktioniert aber nur dann sinnvoll, wenn über das Jahr betrachtet, sich Wärme- und Kälteentnahme bzw. -einspeicherung im Gleichgewicht befinden.

Im Fürther Fall reicht im Sommer der Wärmeeintrag aus dem Gebäude allerdings nicht aus, die Temperaturen im Boden wieder so erhöhen, dass im Winter genug Energie für die Heizung zur Verfügung steht. Im Gegensatz zu Verwaltungs- und Bürogebäuden müssen Schulen eben nicht den gesamten Sommer über klimatisiert werden: Während der Großen Ferien macht auch die Versorgungstechnik Pause.

Wenn es jetzt noch etwas in der Nähe gäbe, das ebenfalls seine überschüssige Wärme loswerden wollte und ein wenig Kühlung vertragen könnte.

Die mit der Planung der Erdwärmeanlage beauftragten Ingenieure der CDM Consult GmbH aus Nürnberg lösten das Problem, in Zusammenarbeit mit dem Fachingenieur Haustechnik,  auf elegante Weise. Und zwar auf dem Dach.

Dort wurde eine Fotovoltaik-Anlage installiert. Ursprünglich war geplant, herkömmliche  Module einzubauen. Ein Teil von ihnen wurde durch gekühlte ersetzt. Wenn eine Fotovoltaik-Anlage Sonnenlicht in Strom umwandelt, entsteht dabei auch Wärme. Was dazu führt, dass weniger Strom in das Netz eingespeist werden kann. Gekühlte Module arbeiten effizienter. In Fürth wird überschüssige Wärme in den Boden eingespeist.

Hört sich zwar erst einmal einfach an, aber ein paar technische Kniffe waren doch noch nötig. Einer davon war, die 30 Bohrungen des Erdwärmsondenfelds im Verhältnis von 13:17 hydraulisch in zwei Teilfelder zu trennen. Der Boden um die Sonden des einen Bereichs wird nun im Sommer durch die Wärme aus dem Schulgebäude wieder aufgeheizt, der des anderen durch die Abwärme der Solarstromanlage.

Die Temperaturen im Boden liegen bei uns in Mitteleuropa normalerweise zwischen 7 und 12 °C. Diese reichen natürlich nicht aus, um ein Gebäude direkt zu beheizen. Deswegen schaltet man eine Wärmepumpe dazu, deren Technik dafür sorgt, dass dieses Temperaturangebot auf das Niveau angehoben wird, das man im Haus braucht. Im Fall der Fürther Hauptschule Otto-Seeling-Promenade holt sich dieses Gerät die Wärme aber nicht nur aus dem Boden. Denn auch im Winter liefert die Solaranlage Strom – und also auch Abwärme. Zu schade zum Wegwerfen, wird sie in den Rücklauf der Sole eingespeist, also auf dem Weg von der Wärmepumpe in den Boden. Da deswegen der Boden allein weniger Energie bereitstellen muss, wurden weniger Bohrmeter benötigt. Das sparte Kosten.

“Probetrieb erfolgreich bestanden”, konnten Planer und Betreiber am Ende der ersten Heizperiode zufrieden feststellen. Denn auch nach der Inbetriebnahme wird das System laufend überwacht, damit die Kühlung der Fotovoltaik-Anlage, Beheizung und Kühlung des Gebäudes die die Erwärmung des Rücklaufs der Sole optimal aufeinander abgestimmt werden können.

Dieses System verspricht während des gesamten Jahres ein behagliches Klima im Gebäude und das bei weitgehender CO2-Neutralität. Denn der für den Betrieb der Erdwärmepumpen benötigte Strom kommt von den Solarmodulen auf dem Schuldach.

Quelle: MEDIAfrac

 


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