Düsseldorfer Villa

Energieeffizient heizen mit BHKW, Wärmepumpe, Flächentemperierung und Solarunterstützung

Hoher Wärmekomfort im Haus und Schwimmbad mit cuprotherm-Fußbodenheizung

"Einfamilienhaus" im Grünen, mit eigenem Schwimmbad: Im Großraum Düsseldorf entstand ein exklusives Villengebäude, das in vielerlei Hinsicht die Dimensionen eines einfachen Wohnhauses übertrifft. Mit rund 2.000 m² Nutzfläche bietet die Villa samt Schwimmbad allen erdenklichen Komfort. Sie ist jedoch trotz ihrer Größe auf maximale Energieeffizienz ausgelegt. Neben der Dämmung lag das Hauptargument des TGA-Planers Josef Lugowski auf der Heiztechnikanlage als wichtigstem Energieverbraucher. Wirtschaftliche, ökologische und Komfortgründe sprachen gleichermaßen für den Einsatz einer Flächentemperierung unter Einbeziehung regenerativer Energiequellen. Die cuprotherm-Fußbodenheizung der Wieland-Werke bringt in Verbindung mit einem multivalenten Heizsystem mit umweltschonender Kraft-Wärme- Kopplung gleich einen doppelten Nutzen: hohen Wohnkomfort bei gleichzeitig effizienter Energienutzung. Das Düsseldorfer Villenhaus ist mit viel Platz auf höchste Wohnansprüche ausgelegt. Es umfasst mehrere Wohn- und Schlafzimmer, ein sogenanntes Kaminzimmer, elf Bäder und drei WC-Räume, ein Küchentrakt sowie weitere großzügige Wohnbereiche für Gäste. Das Highlight des Ensembles ist das überdachte Schwimmbad (mit zwei Duschräumen), dessen Geh- und Liegeflächen komplett mit Fußbodenheizung ausgestattet sind. Die dezentrale Strom- und Wärmeversorgung erfolgt über das BHKW mit 5,5 kW elektrischer und ca. 15 kW thermischer Leistung. Das Heizkraftwerk gewährleistet eine effiziente Energieversorgung inklusive eigener Stromproduktion – bei kontinuierlich steigenden Energiepreisen und einem Objekt dieser Größe ist die Investition eine nachvollziehbare Entscheidung.

Für die Heizung, Warmwasserbereitung und das Schwimmbad wird ein vierstufiges, multivalentes System eingesetzt. Während ein Gas-BHKW mit 15 kW thermischer Leistung für die Grundlast sorgt, wird bei Bedarf eine 40 kW-Erdwärmepumpe zugeschaltet. Für Spitzenlasten steht zudem ein Brennwertkessel mit bis zu 35 kW Leistung zur Verfügung. Bei ausreichendem Sonnenschein unterstützt zudem eine Solarthermieanlage mit 12 m² Kollektorfläche die Warmwasserbereitung.

Die Heizenergie wird über die Flächentemperierung mit Hilfe von hoch wärmeleitfähigen, flexiblen CTX-Kupferrohren auf einer Länge von rund 11.000 Rohrmetern im Villengebäude verteilt. In den insgesamt 57 Räumen kommt die Flächenheizung auf rund 1.500 m² zum Einsatz, insgesamt 13 Verteiler und 109 Heizkreise. Die Verteiler für das Erdgeschoss wurden platzsparend unter der Kellerdecke montiert. Durch die flächige Verteilung der Wärmeenergie sorgt das Heizsystem in den Wohnräumen und im Schwimmbad für eine gleichmäßige, als besonders behaglich empfundene Wärme. Dabei sind nicht nur die Verteilsysteme mit Kupfer ausgeführt, sondern auch sämtliche Verbindungsleitungen von und zum BHKW, dem Brennwertkessel, den Pufferspeichern und selbstverständlich der Solaranlage. Denn in diesem Bauvorhaben mit höchsten Ansprüchen legt der Bauherr naturgemäß auch hohen Wert auf durchgängig einheitliche und hohe Materialqualität.

Hohe Energieeffizienz dank Niedertemperatur-System

Um die erzeugte Energie zu speichern und die Laufzeiten zu verlängern, sind in der unterirdischen Technikzentrale alleine für die Trinkwasserbereitung zwei je 1.000 Liter umfassende Warmwasserspeicher installiert. Ergänzt werden diese von zwei Pufferspeichern mit ebenfalls je ca. 1.000 Liter Volumen für das BHKW und die Wärmepumpe, die das Flächenheizsystem versorgen. Die Flächentemperierung arbeitet auf Basis gut Wärme leitender cuprotherm CTX-Kupferrohre in der Dimension 14 x 2 mm besonders energieeffizient. Die hohe Effizienz ist dabei auch durch die für Fußbodenheizung typische, niedrige Vorlauftemperatur von ca. 36 °C bedingt. Sinkt die Temperatur in den Pufferspeichern unter 40 °C, springt zusätzlich zum Grund last-BHKW die Erdwärmepumpe an. Als Niedertemperatursystem harmoniert die Wärmepumpe aufgrund der vergleichsweise geringen Vorlauftemperatur sehr gut mit der cuprotherm-Flächenheizung und arbeitet damit besonders wirtschaftlich.

Im Sommer ist über die Wärmepumpe zudem eine leichte, passive Kühlung der Räume mit geringem Energieeinsatz möglich. Dazu wird die Sole über einen separaten Wärmetauscher geführt, der das Wasser der Fußbodenheizung "abkühlt". Dabei ist die Wärmepumpe selbst nicht aktiv – es laufen lediglich zwei Umwälzpumpen, deren Leistungsaufnahme auch von der Dimensionierung der Flächenheizung abhängt und daher in diesem auf Energieeffizienz optimierten Bauvorhaben besonders gering ausfällt.

Flächenheizung: Strahlungswärme bietet hohen Wärmekomfort

Die Fußbodenheizung selbst wurde im klassischen Tackerverfahren installiert. Der Fußbodenaufbau gründet auf einer Wärme- und Trittschalldämmung, auf welche eine gerasterte Folie aufgebracht wurde. Nach Fixierung der leichten, flexiblen Kupferrohre vom Typ cuprotherm-CTX durch die Mitarbeiter des SHK-Fachbetriebes van Straelen wurde die Rohrinstallation durch eine Nassestrichschicht abgedeckt. Bei der Wahl des Rohrwerkstoffes waren die klassischen Argumente Ausschlag gebend: "Kupfer ist dauerhaft sauerstoffdiffusionsdicht und zudem ein langlebiger und hochwertiger Werkstoff", erklärt der TGA-Fachplaner Josef Lugowski, der bereits zahlreiche Objekte mit dem cuprotherm-Flächenheizsystem realisiert hat.

Bedingt durch die Art der Wärmeverteilung gewährleistet das Fußbodenheizsystem im gesamten Haus einen sehr hohen Wärmekomfort. Letzterer hängt mit dem menschlichen Wärmeempfinden generell zusammen. Strahlungswärme wird angenehmer empfunden als konventionelle Konvektionswärme. Dies liegt daran, dass Flächenheizungen eine gleichmäßige Strahlungshülle ausbilden und die Personen im Raum dadurch von allen Seiten mit Wärme mit moderatem Temperaturniveau versorgt werden. Im Fall der Düsseldorfer Villa hat sich der Bauherr zudem aus architektonischen Überlegungen heraus für eine Flächentemperierung entschieden. Denn sie ist platzsparend und kommt ohne sichtbare Einbauten aus, wertet den Raum damit auf und erlaubt dem Bauherrn mehr Gestaltungsfreiheit im Interieur.

cuprotherm-Flächenheizsystem mit neuen Bodenaufbauten

Als Ergänzung zum klassischen cuprotherm-System für Trocken- und Nassbau sowie Gussasphalt bietet die Wieland-Werke AG mit cuprotherm CTX ein besonders flexibles Markenkupferrohr, das dem Anwender einen hohen Montagekomfort und wirtschaftliche Vorteile bietet. Ermöglicht wird dies durch ein leichtes, gewichtsreduziertes Kupferrohr, das mit einer fest haftenden Kunststoffummantelung versehen ist. cuprotherm CTX verfügt über eine für Metallrohre bisher nicht gekannte Flexibilität und lässt sich damit besonders einfach und leicht installieren. Neu im Programm für das cuprotherm-System sind die Modelle "cuprotherm MINI" ohne zusätzliche Aufbauhöhe sowie "cuprotherm ekoBoden" mit minimaler Estrichdicke bei hoher Tragfähigkeit. Beide Modelle sind prädestiniert für Bauvorhaben in der Bestandsrenovierung mit dem Schwerpunkt energetische Sanierung.

Objekt: Villa Düsseldorf
TGA-Planung: Ingenieurbüro Josef Lugowski, Neuss
Heizungsbau: van Straelen GmbH, Uedem
Architektur: Manfred Graf von Salm Architekten & Ingenieure, Düsseldorf