Unterirdische Speicher

Kita und Jugendzentrum in Köln-Finkenberg

„Energetik beginnt mit dem Entwurfskonzept“, beschreibt Architekt Werner Wittkowski seine Überlegungen, die der Planung für das Gebäude des Helmut-Grau-Hauses in Köln-Finkenbach zugrunde liegen. Der Neubau beherbergt eine Kita mit sechs Gruppen und ein davon räumlich getrenntes Jugendzentrum. Zum energieeffizienten Bauen gehört für Wittkowski eine wärmebrückenreduzierte Gebäudehülle, die bei diesem Bauprojekt mit einer massiven Konstruktion aus verfüllten Mauerwerksziegeln umgesetzt wurde. Die monolithischen Außenwände mit 42,5 cm Wand- und 46 cm Konstruktionsstärke mussten dank der integrierten Mineralwolledämmung nicht zusätzlich gedämmt werden, denn die Anforderungen der EnEV 2016 werden mit dem U-Wert von 0,22 W/m²K bereits erfüllt. Neben der Robustheit der massiven Außenwandschale und der damit verbundenen Unempfindlichkeit gegen spielerische Attacken durch Kinder oder Jugendliche schätzt Wittkowski vor allem die Speicherfähigkeit des Mauerwerks: Im Sommer werden heiße Außentemperaturen im Innenraum durch die gespeicherte Nachtkühle gemildert, im Winter wird die Heizwärme im Mauerwerk gepuffert und zeitversetzt wieder abgegeben. Das Gebäude wurde nach Nord-Süd ausgerichtet, was bedeutet, dass die Gruppenräume nach Wes-ten orientiert werden konnten und damit sommers wie winters eine optimale Tageslichtausbeute verzeichnen. Weit auskragende Dächer und Fluchtbalkone verschatten die großflächigen Fenster und helfen im Sommer, Kühllasten zu verringern und Blendwirkung zu vermeiden. In den Übergangsmonaten steht die Sonne tiefer und die passive Solareinstrahlung kann genutzt werden.

Das Energiekonzept

Zu einem Leuchturmprojekt für die Stadt Köln wurde das Projekt durch das intelligente Speicherkonzept. Bereits in einem früheren Bauprojekt hatte das Architekturbüro ein Energiekonzept mit Eisspeichertechnik erfolgreich umgesetzt. Zusammen mit den Fachplanern von PBS Energiesysteme wurde nun für das Jugendzentrum in Köln-Finkenberg ein erweitertes Speicherkonzept entwickelt, das auf einer Wärmepumpenanlage in Kombination mit einem Latentwärmespeicher auf Wasser-/Eisbasis und einem Erdspeicher als Wärmequelle basiert. Die Energiegewinnung erfolgt auf dem Dach durch eine absorberunterstützte Photovoltaikanlage und Flachdachabsorber. Die Wärmepumpenanlage greift über eine Temperatur-Differenzregelung immer auf die optimale Wärmequelle zu. So werden die Wärmepumpen mit einer möglichst hohen Wärmeeintrittstemperatur betrieben und eine maximale Jahresarbeitszahl erreicht.

Der Erdspeicher

Der Erdspeicher ist als saisonaler Solarspeicher unter der Bodenplatte des Gebäudes angeordnet. Dafür wurden Soleregister in einem Abstand von 35 cm schichtenweise ins Erdreich eingebracht. In sechs Lagen wurden insgesamt 4 000 m vernetzte PE-Rohre verlegt, die einzelnen Lagen mit Kies aufgefüllt und dann jede einzelne Lage separat abgedrückt und protokolliert. Im Vorfeld waren dafür einige Versuchsfelder angelegt worden, um das Verfahren auszuloten.

Das Einpuffern von Wärmeenergie in den Erdspeicher erfolgt ganzjährig. Die Energie wird auf dem Hauptdach des Gebäudes gewonnen, das als sogenanntes Kraftdach ausgeführt wurde. Wittkowski meint damit eine Photovoltaikanlage mit einer Gesamtleistung von 252 kW_p, deren Module 45 000 kWh Strom im Jahr erzeugen und damit 69 % des Energiebedarfs für die Wärmepumpe sicherstellen. Auf der Rückseite der Module sind Absorber angebracht, die die aufstauende Wärme, die sich zwischen PV-Kollektor und Dach-

Die eingelagerte Energie steht für die Beheizung des Objekts zur Verfügung. Wird in der Übergangszeit Wärme für die Heiz- oder Lüftungsanlage benötigt, kann diese dem Erdspeicher mithilfe der Wärmepumpe entzogen werden. Damit wird der Eisspeicher entlastet, sodass durch die Kombination von Eis- und Erdspeicher das Volumen des Eisspeichers um 40 000 l verkleinert und die Absorbertechnik minimiert werden konnte.

Das Zukunftskonzept rechnet sich

Das Energiekonzept wird einem Monitoring unterzogen. Im ersten Jahr gab es einige Nach-

justierungen, aber die Werte geben keinen Anlass, das Prinzip in Frage zu stellen. Ganz im Gegenteil: Die gesamten Energiekosten für Beheizung, Kühlung, Lüftung, Warmwasserbereitung, Nebenaggregate und Beleuchtung liegen mehr als 20 % unter den angestellten Prog-nosen und wesentlich unterhalb der gegenwärtigen Richt- und Durchschnittswerte von 1,55
− 2 €/m² im Monat. Der tatsächliche Energieverbrauch für den gemessenen Zeitraum von November 2015 bis Oktober 2016 wurde mit 28 117 kWh ermittelt und die daraus resultierenden Betriebskosten mit 50,41 €/m²a bzw. 0,38 €/m² pro Monat angegeben. Die Herstellungskosten für die Anlage lagen zwar erheblich höher als für eine konventionelle Heizungsanlage, mit größeren Investitionen rechnet Wittkowski jedoch nach Ablauf der Amortisations-

zeit von 15 Jahren nicht. „Die Kopplung Erdspeicher-Eisspeicher ist für uns eine optimale Ergänzung, das gilt nicht nur für dieses Projekt. Beides sind geschlossene Systeme, die keinen Wartungsbedarf haben – ein weiteres Plus,“ so Wittkowski. Das Konzept eignet sich damit auch für andere Nutzungen und wird in einem geplanten Großprojekt in Köln für Mehrfami-lienhäuser bereits erneut Anwendung finden. ISCH