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Greifbare Vision: das intelligente Effizienzhaus der Zukunft

Was Regelungstechnik künftig können muss

Welche Ansprüche muss ein Eigenheim zukünftig erfüllen – aus Sicht der Nutzer, des Gesetzgebers, der Umwelt? HUF HAUS und Vaillant beantworten diese Frage jetzt in einem gemeinsamen Demonstrationsprojekt. Dabei dreht sich alles um ökologisch-komfortable Wohnkultur.

HUF HAUS als führender Anbieter von Fertighäusern in moderner Fachwerkarchitektur und Vaillant als innovativer Pionier der Heiztechnik verbindet eine zentrale Firmenphilosophie: Beide Unternehmen treiben in ihren Geschäftsbereichen energiesparende und umweltschonende Entwicklungen voran. Und beiden ist wichtig, dass dabei auch der Komfort für die Nutzer weiter verbessert wird: „HUF Häuser sind immer energiesparende Effizienzhäuser. Das heutige KfW-55-Niveau ist bei uns Standard. Doch zum Schutz unseres Klimas muss sich der Umgang mit Energie weiter wandeln. Aber wie viel ‚grüne‘ Technik ist wirtschaftlich machbar und beherrschbar? Das haben wir jetzt mit Vaillant gemeinsam erarbeitet,“ berichtet der Fertighaushersteller.

Ökologischer Wohnkomfort definiert

Die Neuinterpretation des Fachwerkhauses, gepaart mit komfortabler Wohnkultur und einem Leben im Einklang mit der Natur – so lautet das Credo des Architekturentwurfs von Alexander Huf. Zu erleben ist das neue HUF Haus mittlerweile auf dem Ausstellungsgelände des Mannheimer Maimarkts. Eine offene Raumgestaltung mit bodentiefen Fenstern, einer umlaufenden Oberlichtebene und freien Sichtachsen lässt den Übergang vom Haus zum Garten fließend erscheinen. Dennoch bleiben Nutzungs- und Rückzugsbereiche klar getrennt. Die Flachdachkonstruktion des Einfamilienhauses strahlt Modernität aus und bietet durch die flexible Grundrissplanung ein zweites Vollgeschoss ohne Schrägen. Die sichtgeschützte Dachterrasse über dem Erker dient als natürliche Wohnraumerweiterung und das umliegende Vordach schützt zusätzlich den Eingangsbereich sowie die Terrasse im Erdgeschoss. Die auf dem Dach platzierte Photovoltaikanlage ist optisch kaum wahrnehmbar.

Als ein wesentlicher Teil komfortablen und grünen Wohnens kam von Beginn an auch dem Raumklima besondere Bedeutung zu. Das Systemkonzept und die dazugehörigen Komponenten für die Energieversorgung steuerte deshalb Heiztechnikspezialist Vaillant bei. Wesentliche Teile der Regelungstechnik wurden eigens entwickelt. Selbst das Thema Elektromobilität fand dabei Berücksichtigung – und unterstreicht den ganzheitlichen Betrachtungsansatz.

Aus den regenerativen Quellen Luft (für die Wärmegewinnung) und Sonne (für die Stromerzeugung) wird im ersten Schritt vor Ort mehr Energie gewonnen, als die eigentliche Gebäudenutzung erfordert. Für die hoch effiziente Verteilung dieser Energieerträge sorgt im zweiten Schritt dann die zentrale Intelligenz, die eHOME-Steuerung, mit einer vorausschauenden Optimierung der Energieströme.

Ökologischer Wohnkomfort geregelt

Was das Steuerungs- und Regelungskonzept leisten kann, wird besonders an typischen Alltagszenarien deutlich. Ein Beispiel: Die Hauseigentümer empfangen am Freitagabend Gäste. Es war zwar den ganzen Tag sonnig, aber mit 8 °C Außentemperatur ist es kühl. Es muss also geheizt werden. Außerdem entsteht durch die höhere Personenzahl ein größerer Lüftungsbedarf; es muss mehr Frischluft zu- und belastete Raumluft abgeführt werden. Diesen Energieverbräuchen stehen Energieerträge aus dem Solarstrom des Tages und Wärme aus der Abluft im Verlauf des Abends gegenüber.

Wie sich diese Energiegewinne am besten nutzen lassen, entscheidet dabei eigentlich das Wetter von morgen: Muss gekühlt oder geheizt werden? Und wenn ja, wie viel? Ist das E-Auto bereits geladen? Oder wird es überhaupt üblicherweise von den Bewohnern nur samstags mit Strom „aufgetankt“? Diese Informationen zu ermitteln, dabei hilft die cloudbasierte Simulation eines virtuellen Zwillings des Gebäudes, der sogenannte „Digital Twin“.

„Die Einflussfaktoren zur optimalen Energienutzung sind sehr variabel“, erläutert Kai Pecka, verantwortlicher Projektmanager bei Vaillant, den Kern der Technologieentwicklung: „Sie hängen zum Beispiel stark vom Nutzerverhalten und den Witterungseinflüssen ab. Unsere neu entwickelte Regelung prognostiziert diese Faktoren und steuert die gesamte haustechnische Anlage daraufhin automatisch.“

Die neue Regelungstechnik stellt außerdem sicher, dass der Hauseigentümer von der Technik nicht überfordert wird. Sie funktioniert „unsichtbar“ im Hintergrund, und der Genuss des energiesparenden Wohnkomforts steht im Vordergrund. Passend zur modernen Lebensart können die Nutzer ihre Wunschvorgaben natürlich auch per Fernzugriff über das Smartphone vornehmen. Das „Energiecockpit“ als zusätzlicher Menüpunkt der Benutzeroberfläche macht hier die einfache Bedienung komplett: Mit einem Griff zum Smartphone ist der Hausherr zum Beispiel immer über die voraussichtlichen Energiemengen in Verhältnis zur gewünschten Raumtemperatur bestens informiert. Zudem ermöglicht eine KNX-Schnittstelle die problemlose Integration weiterer Smart Home-Funktionen.

Systemkompetenz mit Systembaukasten

Um auf diese Weise ein Gebäude ganzheitlich von der Energieerzeugung bis zur Energieeffizienz, vom Raumklima bis zur Speicherung von Solarstrom für die Elektromobilität managen zu können, ist eine neue Qualität der Systemkompetenz gefragt. Nicht nur in puncto Know-how der Regelungstechnik, sondern auch in Sachen Hardware. Auf den ersten Blick deutlich wird das im Technikraum des HUF Hauses, zentral angeordnet im Erdgeschoss:

Hier fällt zunächst ein Batteriespeicher ins Auge, der den Strom aus der Photovoltaikanlage vorrangig für den Betrieb einer Luft/Wasser-Wärmepumpe zur Verfügung stellt. Darüber hinausgehender Sonnenstrom wird zur Versorgung hausinterner Verbraucher oder zur „Betankung“ des E-Mobils in den Batterien zwischenspeichert. Überschüsse werden ins Netz eingespeist. So findet die Regelung automatisch den wirtschaftlichsten Nutzungsgrad für den Solarstrom.

Die Umweltwärme zur Beheizung des Eigenheims gewinnt der Luft/Sole-Kollektor einer Wärmepumpe. Der ist umgeben von Büschen außerhalb des Blickfeldes im Garten aufgestellt – passend zu der Anforderung von HUF nach einer möglichst „unsichtbaren Technik“. Mit knapp 7 kW Heizleistung der Wärmepumpe bei -15 °C Außentemperatur plus einen 9 kW-Elektroheizstab stehen ausreichend Energiereserven zur Verfügung, um auch an kalten Wintertagen das über 200 m² große Fertighaus mit wohliger Wärme zu erfüllen. Und natürlich, um Warmwasser zu bereiten für das großzügige Bad und ein WC mit Dusche im Obergeschoss sowie für die Küche und das Gäste-WC im Erdgeschoss. Ausreichend Energie für die Warmwasserversorgung ohne Engpässe puffert dabei ein 800 Liter großer Multifunktionsspeicher. Daran angeschlossen ist eine Trinkwasserstation mit Zirkulation, sodass eine komfortable Versorgung mit kurzen Ausstoßzeiten für Warmwasser gewährleistet ist.

Zukunftsweisend aus Bewährtem

In dem neuen HUF Haus sieht das individuelle System auf Basis eines hohen Vorfertigungsgrads der Komponenten so aus: Die Wärmeverteilung sowie Kühlung erfolgt sowohl über die Fußbodenheizung als auch mit Unterflurkonvektoren. So lassen sich die Vorteile beider Systeme kombinieren. Das eher träge Verhalten der Fußbodenheizung sorgt für eine gleichmäßige Temperaturhaltung, die Unterflurkonvektoren können sehr flink im Sommer zusätzlich kühlen oder im Winter in einzelnen Räumen die Temperatur schnell anheben. Außerdem ist über die Konvektoren eine automatische Entfeuchtung der Räume gegeben.

Eine weitere Anforderung war, eine Einzelraumregelung auch für den Komfortluftaustausch zu ermöglichen. Der sollte analog des Schadstoffgehalts der Raumluft (VOC) sowie der CO2-Sättigung automatisch erfolgen. Aber Luftventile durften weder die Außen- noch die Innengestaltung des transparenten Fachwerkhauses stören. Mit einer zentralen Lüftungsanlage ist allerdings eine so differenzierte Komfortbelüftung der Räume kaum möglich. Andererseits ist bei einer dezentralen Anlage die rückgewonnene Wärme nicht flexibel nutzbar. Außerdem besteht bei dem HUF Haus die Außenfassade größtenteils aus Fachwerk und Glas – es gibt also kaum Platz für Luftein- bzw. -auslässe.

Die Lösung besteht in der Kombination von dezentraler Zuluft mit Heizregister, die in die Fachwerkkonstruktion integriert wurde, und einer zentralen Abluftanlage. Die darüber rückgewonnene Wärme kann gespeichert und für die Warmwasserbereitung oder zur Heizungsunterstützung genutzt werden.

Vereinbarkeit von Ökologie und Wohnkomfort

Perspektivisch fordert der Gesetzgeber ein Null-Energie-Haus. Dass mehr möglich ist, beweisen HUF HAUS und Vaillant. Das neue HUF Haus wird als KfW-Effizienzhaus 40 Plus gefördert und weist einen negativen Primärenergiebedarf von -26,3 kWh/m²a aus – gewinnt also mehr Energie, als es verbraucht. Und das dezentral. Auf die viel diskutierten „Stromautobahnen“ zum Transport regenerativer Energie muss dieses Hauskonzept also nicht warten. Die Auszeichnung der Deutschen Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen (DGNB) in der höchsten Zertifizierungskategorie „Platin“ unterstreicht den ökologischen Anspruch – den das Haus sogar mit einem Plus an Komfort erfüllt.

Weitere Informationen:

Bautafel HUF Haus „green (r)evolution“ MODUM

Bauweise: moderne Fachwerkarchitektur aus Leimholz-Fachwerkkonstruktion
DGNB Auszeichnung: Platin
Wohnfläche, gesamt: 214,21 m²
zzgl. Technikraum 10,39 m²
Primärenergiebedarf: -26,30 kWh/m²a
KfW-Klassifizierung: KfW-Effizienzhaus 40 Plus

Vaillant Systembausteine

Luft/Wasser-Wärmepumpe: flexoTHERM exclusive VWF 117/4 (Heizleistung ca. 7 kW bei minus 15 °C)
Luft/Sole-Kollektor: aroCOLLECT VWL 11/4 SA
Multifunktionsspeicher: allSTOR exclusive VPS 800/3-7
Trinkwasserstation mit Zirkulation: aguaFLOW exclusive VPM 40/45/2 W
Lüftungstechnik: Abluftmodul Luft/Sole-Wärmetauscher für Hybridsystem geoTHERM VWL 3/4 SI
Photovoltaik: PV-Module 9,8 kWp mit Batteriespeicher eloPACK 12 kWh
Regelung: eHOME Energiemanagement-Regler, mobile Energiemanagement-App, cloudbasiertes Energiemanagement