Das Institut für Gebäudeenergetik (IGE) in Stuttgart bestätigt anhand einer Praxissimulation, dass es mit dem ROTEX System „Comfort 365“ möglich ist, die Raumtemperaturen in einem typischen Einfamilienhaus ganzjährig in einem behaglichen Bereich zu halten. Selbst im Sommer werden Raumtemperaturen von 26°C nicht überschritten. Und das bei überschaubaren Kosten.
Das ROTEX System Comfort 365 steht für 365 Tage Wohnkomfort. Die wesentlichen Bestandteile dieses Systems sind die ROTEX Luft-/Wasser-Wärmepumpe HPSU mit integrierter Kühlfunktion und die ROTEX Fußbodenheizung, die im Winter die Wärme ins Haus bringt und an warmen Tagen abkühlt, indem sie die Sommerhitze zuverlässig aufnimmt und über die Wärmepumpe nach außen bringt - soweit die Theorie.
Jahreszeitlicher Verlauf der operativen Raumtemperatur im Wohnraum mit und ohne sanftem Kühlen.
Für den Fachhandwerker, der auch kritischen Kunden Rede und Antwort stehen muss, ist es natürlich immens wichtig, was er in der Realität wirklich vom ROTEX System Comfort 365 erwarten kann. Ist die Kühlfunktion ausreichend, um ganzjährig für ein angenehmes „Wohlfühlklima“ zu sorgen? Überzeugt das Verkaufsargument Kühlung auch in der Praxis? Um den eigenen Kunden diesbezüglich Sicherheit zu geben, haben die Spezialisten von ROTEX gemeinsam mit dem Institut für Gebäudeenergetik (IGE) in Stuttgart eine aufwändige TRNSYS-Simulation durchgeführt. Ganz konkret sollte die Frage beantwortet werden, ob in einem typischen Einfamilienhaus, welches die Anforderungen der ENEV 2009 erfüllt, die Raumtemperaturen mittels Fußbodenheizung in einem behaglichen Bereich gehalten werden können und mit welchen Kosten gerechnet werden muss. Das wichtigste Ergebnis vorweg: Mit dem ROTEX System Comfort 365, also mit der sanften Kühlung mittels Fußbodenheizung, können die Temperaturen ganzjährig in einem definierten Komfortbereich gehalten werden. Selbst in den simulierten Hitzeperioden stieg die Temperatur während der Raumnutzung nie über 26 °C
Die Simulation
Um belastbare Ergebnisse zu erhalten, wurden die Werte für die „wärmesensibelsten“ Räume eines typischen Einfamilienhauses simuliert: Das Wohnzimmer und ein Schlafraum im Obergeschoss. Das Wohnzimmer befindet sich im Erdgeschoss und ist nach Westen ausgerichtet, sodass vor allem am Abend, wenn die Sonne tief steht, mit hoher Sonneneinstrahlung zu rechnen ist. Das Schlafzimmer liegt im Dachgeschoss. Die Dachschräge ist ebenfalls nach Westen ausgerichtet, die Giebelseite orientiert sich nach Süden. Dieses Schlafzimmer mit den nach Süden und Westen orientierten Außenflächen wurde bewusst gewählt, da gerade hier im Sommer mit erhöhter Wärmeeinstrahlung zu rechnen ist. Die Simulationssoftware TRNSYS berechnete für jede Stunde des Jahres die Lufttemperaturen sowie die empfundenen Temperaturen in den Räumen.
Die Randbedingungen
Es wird von einem Standardluftwechsel in einem Neubau mit kontrollierter Wohnraumlüftung ausgegangen. Zudem wird angenommen, dass ab einer direkten Sonneneinstrahlung von mehr als 200 W/m² in Verbindung mit einer Außentemperatur von mehr als 16 °C die Fenster zu 80 Prozent verschattet werden. Damit wird das natürliche Verhalten der Bewohner nachgezeichnet, die ab einer gewissen Temperatur und Sonneneinstrahlung mittels z. B. Jalousien die Räume verschatten.
Das Wetter: Standard Wetterjahr und Extremjahr
Zur Simulation der Witterung wurden die Daten eines Standard-Testreferenzjahres des Deutschen Wetterdienstes genutzt. Um ein Extremjahr abzubilden, führte man zudem für die Monate Juni bis August eine zusätzliche Berechnung durch, um auch einen extrem heißen Sommer simulieren zu können.
Natürlich wurden auch die Nutzungsgewohnheiten und Vorlieben der Bewohner in die Berechnungen einbezogen. Allein die Anwesenheit einer Person entspricht einer zusätzlichen Wärmeleistung von ca. 200 Watt. Dazu kommt noch die Abwärme von elektrischen Geräten sowie der Beleuchtung.
Für den Wohnraum betrachtete man zwei unterschiedliche Nutzungsprofile: Profil I sieht eine auch tagsüber intensive Nutzung des Wohnraums vor, während sich bei Profil II die Nutzung auf die Morgen- und Abendstunden konzentriert. Für den Schlafraum gilt jeweils das gleiche Nutzerprofil.
Um die benötigte Kühlleistung und deren Kosten zu ermitteln, wurden für die beiden Räume Temperaturen vorgegeben, bei denen sich Personen besonders wohl fühlen. Diese sollten erreicht bzw. gehalten werden. Die Temperaturen ergaben sich aus der so genannten „Komfortzone“. Die obere Komfortgrenze bei 26 °C und die untere Komfortgrenze von 23,5 °C sollten nicht über bzw. unterschritten werden, da Temperaturen außerhalb dieser Komfortzone als unbehaglich empfunden werden.
Nutzungsprofile, Sollwerte, innere Lasten.
Ausnahmen wurden während der Simulation lediglich nachts zugelassen oder wenn die Räume nicht genutzt wurden. Im Wohnraum sollte die Temperatur ganzjährig zwischen 21 °C und 26 °C liegen. Wenn der Raum nicht genutzt wird, sind auch eine Absenkung im Winter und eine Erhöhung im Sommer um 2 °C zugelassen. Im Schlafraum wurde eine Temperaturspanne von 20 °C bis 26 °C während der täglichen Nutzung vorgegeben. Während der Nacht durfte die Temperatur bis auf 16 °C absinken.
Aufbau des Heiz- bzw. Kühlsystems
Das simulierte Heiz- und Kühlsystem bildete ein ROTEX Heizsystem mit Monopex Systemplatten Protect-Integral 33-3 ab, welches im Kühlfall mit einer Vorlauftemperatur von 22 °C betrieben wurde. Bei dieser Vorlauftemperatur lässt sich bei mitteleuropäischen Klimaverhältnissen die Bildung von Kondenswasser an den Leitungen und am Fußboden ausschließen. In der Realität können diese Temperaturen mit der ROTEX Luft-Wasser-Wärmepumpe HPSU erreicht werden, da diese durch eine Umkehrung des Kältekreislaufes (Verdampfer wird zum Kondensator und umgekehrt) auch zur Kühlung verwendet wird.
Die ROTEX Wärmepumpe ist sowohl beim Heizen als auch beim Kühlen der ideale Partner für eine Flächenheizung. Denn die Geräte arbeiten dann besonders effizient, wenn der Temperaturunterschied zwischen der Außenluft als Wärmequelle (Heizen) bzw. Wärmesenke (Kühlen) und gewünschten Vorlauftemperatur möglichst gering ist. Beim Heizen sollte die gewünschte Vorlauftemperatur also möglichst niedrig und beim Kühlen möglichst hoch sein. Dies ist bei einer Fußbodenheizung der Fall.
Die Vorteile der Kühlung mittels Luft-/Wasser-Wärmepumpe liegen auf der Hand. Im Zusammenspiel mit der Fußbodenheizung arbeiten die Geräte äußerst effizient und beziehen einen Großteil der benötigten Energie aus der Umgebungsluft. Noch ein weiteres Argument spricht für die „sanfte Kühlung“ mittels Fußbodenheizung: Die Absenkung der Temperaturen erfolgt ohne unangenehme Zugerscheinungen.
Die Ergebnisse der Simulation
Nachdem die Testparameter gesetzt waren, wurde zunächst das normale Testreferenzjahr mit einem mittleren, typischen Wetterverlauf simuliert, wie es auch zur Berechnung von Heizungsanlagen genutzt wird. Dabei zeigte sich, dass durch eine Fußbodenheizung mit Kühlfunktion im Zusammenspiel mit einer gezielten Verschattung die Temperaturen praktisch immer in der Komfortzone bis 26 °C gehalten werden können – es herrscht also „Wohlfühlklima“ in den betrachteten Räumen. Sogar ohne Verschattung konnte die Zeit, in der sich die Räume knapp über die Komfortgrenze aufheizten, durch sanfte Kühlung über die Fußbodenheizung drastisch reduziert werden.
Selbst bei dem hier simulierten Extremjahr, also einem Jahr mit außergewöhnlich langem und heißem Sommer, ist es mit sanfter Kühlung über die Fußbodenheizung und gezielter Verschattung möglich, die Überschreitung der Komfortgrenzen auf ein Minimum zu reduzieren. Wie zu erwarten erhöht sich bei extremen Wetterlagen natürlich auch der Bedarf an Kühlenergie.
Fazit
Die TRNSYS-Simulation hat bestätigt, dass die ROTEX Luft-Wasser-Wärmepumpe HPSU im Zusammenspiel mit der hauseigenen Fußbodenheizung nicht nur im Winter für Wohlfühlklima sorgen kann. Mit ROTEX Comfort 365 werden ganzjährig Wohlfühltemperaturen erreicht.
Auf Basis der simulierten TRNSYS-Daten konnten auch die Betriebskosten ermittelt werden. Um das modellierte Wohnzimmer wie beschrieben zu kühlen, rechnet das IGE Stuttgart mit Kosten von maximal 20 Euro pro Jahr.
ROTEX Comfort 365 bietet also Heizen im Winter und Kühlkomfort im Sommer und das bei geringen Kosten. Mit der bereits integrierten Kühloption einer ROTEX Luft-/Wasser-Wärmepumpe kann in Räumen, die mit Fußbodenheizung ausgestattet sind, ohne weiteren Aufwand die Doppelfunktion für Heizen und Kühlen genutzt werden. Der Heizungshersteller ROTEX bietet alle Komponenten des Systems aus einer Hand.
Egal ob Sonne oder Schnee - ROTEX System Comfort 365 sorgt immer für ein behagliches Wohnklima. TRNSYS-Simulation
Die Software TRNSYS wurde an der Universität Wisconsin-Madison für Solarsimulationen entwickelt. Es können Gebäudemodelle programmiert werden, wobei die Baumaterialien durch Wärmeleitfähigkeit, spezifische Wärmekapazität und Dichte definiert werden. Mit den Baumaterialien können dann virtuelle Wandaufbauten erstellt werden. Aus diesem Materialmix errechnet TRNSYS die Wärmeleitung und –speicherung der Wände.
Weitere Eigenschaften der Wände ergeben sich aus der Platzierung im Gebäude, sprich, ob sie zum Beispiel an einen beheizten oder unbeheizten Raum angrenzen oder ob es sich um eine Außenwand handelt. Außenwände müssen einer Himmelsrichtung zugeordnet werden. Nur so kann auch die Sonneneinstrahlung bei der Berechnung berücksichtigt und deren Wirkung auf dieses Haus simuliert werden. Auch die Gewohnheiten der virtuellen Bewohner fließen in die Berechnung ein, z. B. wie das Gebäude genutzt wird, wie oft es gelüftet wird usw..
Anhand von Wetterdaten eines Referenzjahres ermittelt TRNSYS dann die Solarstrahlung auf die jeweiligen Außenwände im Zeitablauf und berechnet daraus die Wärmeübertragung in die einzelnen Räume.