Latentwärmespeicherung

Phase Change Material PCM

Ideenanstoss
„GlassX – Eine Innovation aus dem Rheintal.“ Dies waren die Worte von Architekt Beat Kämpfen an der Besichtigung des Marché international Support Office der Seminarreise im Januar 2008 mit der HSZ-T.
Bei diesem Bürogebäude auf der Autobahnraststätte Kemptthal wurde auf Ökologie und Energieeffizienz höchsten Wert gelegt. Das Haus ist das erste bilanzierte Nullenergie-Bürogebäude der Schweiz. Auf der Südfassade kommen die GlassX-Elemente, entworfen von Architekt Dietrich Schwarz aus Domat / Ems, zur Anwendung. Diese Innovation war für mich völlig neu und hat mich inspiriert weiter in dieser Richtung zu recherchieren.
In diesem Blog möchte ich mich im Allgemeinen mit latenter Wärmespeicherung auseinandersetzen und das Produkt GlassX näher betrachten.

Was ist Latentwärmespeicherung?
Ein Latentwärmespeicher ist eine Einrichtung, die thermische Energie verborgen (latent vom Lateinischen latere = verborgen sein), verlustarm, mit vielen Wiederholzyklen und über lange Zeit zu speichern in der Lage ist.
Die Ausnutzung des Phasenübergangs fest-flüssig ist dabei das am häufigsten genutzte Prinzip. Beim Aufladen kommerzieller Latentwärmespeicher werden meist spezielle Salze oder Paraffine als Speichermedium geschmolzen, die dabei sehr viel Wärmeenergie, die Schmelzwärme, aufnehmen. Da dieser Vorgang reversibel ist, gibt das Speichermedium genau diese Wärmemenge beim Erstarren wieder ab.



Funktionsweise
Der Vorteil dieser Wärmespeichertechnik beruht darauf, in einem durch die Schmelztemperatur des eingesetzten Speichermaterials genau festgelegten Temperaturbereichs, möglichst viel Wärmeenergie in möglichst wenig Masse zu speichern. Diese zeigen in der Regel jedoch weit geringere Speicherdichten. Bei der Einspeicherung von Wärme in das Speichermaterial beginnt dieses bei Erreichen der Temperatur des Phasenübergangs zu Schmelzen und erhöht dann, trotz weiterer Einspeicherung von Wärme, seine Temperatur nicht bis das Material komplett geschmolzen ist. Erst dann tritt wieder eine Erhöhung der Temperatur auf (rote Kurve ).



Recherche – Zielsetzung und Marktchancen von PCM
Latentwärmespeicherung mittels Phasenwechselmaterialien ist ein seit einigen Jahrzehnten untersuchtes Forschungsgebiet. Trotz der unübersehbaren Vorteile dieses Speicherverfahrens steckt die industrielle Umsetzung grösstenteils noch in den Kinderschuhen. Sieht man von Kältespeichern ab, so gibt es weltweit nur etwa ein bis zwei Dutzend Unternehmen, die sich mit der Produktion von PCM-Produkten beschäftigen. Die Zielsetzung eines PCM-Zwischenprodukts soll folgenden Anforderungen genügen:

• chemische und physikalische Stabilität
• Zyklenstabilität
• bessere Handhabung
• keine äussere Volumenänderung
• erhöhter Wärmetransport


GlassX – das Produkt
Eine Schicht von Salzkristallen speichert die Wärme der einstrahlenden Sonne, gibt diese bei Bedarf an den Innenraum ab. Ein zusätzlich implementiertes Prismenglas lässt die Sonnenstrahlung nur bei flachem Einstrahlungswinkel passieren (also im Winter) und schützt sonst den Raum vor Überhitzung. Auf diese Weise entsteht ein Bauelement, das die Kraft der Sonne nutzt, speichert und zugleich vor ihr schützt.



GlassX integriert  vier Systemkomponenten in einer funktionellen Einheit: Transparente Wärmedämmung, Überhitzungsschutz, Energieumwandlung, thermischer Speicher. Ein 3-fach Isolierglasaufbau sorgt für eine exzellente Wärmedämmung mit einem U-Wert von unter U=0,5 W/m2K. Ein in den Scheibenzwischenraum implementiertes Prismenglas reflektiert die hoch stehende Sommersonne mit Einfallswinkeln über 40° nach Aussen. Die Wintersonne hingegen passiert in voller Intensität den Sonnenschutz. Zentrales Element von GlassX ist ein Wärmespeichermodul, das die solare Energie aufnimmt, speichert und zeitverzögert als angenehme Strahlungswärme wieder abgibt. Als Speichermaterial wird ein Salzhydrat verwendet. Die Wärmespeicherung erfolgt durch Aufschmelzen der Flüssigkeit, beim Abkühlen wird die gespeicherte Wärme wieder abgegeben. Das Salzhydrat ist in Polycarbonatbehältern hermetisch eingeschweisst. Raumseitig wird das Element durch ein 6 mm Einscheiben-Sicherheitsglas abgeschlossen, das gestalterisch behandelt werden kann.



Reflexion des Lernprozesses
Neben der zuvor beschriebenen bauphysikalischen Eigenschaften sehe ich vor allem ein grosses Potential der gestalterischen Möglichkeiten für uns Architekten. Wie oft werden in Bauten transparente oder halbtransparente Materialien gewünscht oder vorgeschlagen. Kann ein solches Material gleichzeitig auch energetisch genutzt werden erhöht dies die Einsetzbarkeiten. Auf der anderen Seite ist es spannend, eine Gebäudehülle zu haben, welche sich über den Tag in dessen Ausdruck ändert. Die Faszination des Wechsels des Aggregatszustandes am eigenen Fenster mitverfolgen zu können verblüfft mich.



Gleichzeitig muss aber auch erwähnt werden, dass zurzeit die Mehrkosten gegenüber einem konventionellen Glas erheblich sind. Gemäss Angaben Kämpfens liegen diese beim Faktor vier. Aber braucht es doch immer innovative Firmen und Persönlichkeiten, welche in die Zukunft investieren und ein solches Produkt massentauglich machen.


Reto Eberhard
22. Mai 2008


Quellenangabe
Vortrag Beat Kämpfen
Wikipedia
www.glassx.ch

Die Komfortlüftung

1. Einleitung

Die Bauweise hat sich in den letzten 15 Jahren stark verändert und weiterentwickelt. Materialeigenschaften, Energieverbrauch und der Wohnkomfort werden vermehrt stärker im Planungsprozess beachtet. Die Gebäudehülle ist unter vielen Aspekten von zentraler Bedeutung, auch im Bezug auf das Lüften. Der natürliche Luftwechsel im Innern eines Gebäudes wird durch die im Laufe der Zeit stark verbesserte Dichtungen bei Türen und Fenstern deutlich vermindert. Vom Aspekt des Energieverbrauchs her gesehen ist das sicher positiv. Jedoch können beim dichten Bauen je nach Verhalten des Bewohners auch neue Probleme auftauchen, die zu einer Verminderung des Komforts führen können. Entweder durch verbrauchte Luft oder durch die zu hohe Raumluftfeuchtigkeit, welche Bauschäden zur Folge hat.
Die erwähnten Probleme können dabei von einer kontrollierten Wohnungslüftung gelöst werden. Der Wohnkomfort kann mit entsprechenden Technikgeräten verbessert und der Energieverbrauch kann stark vermindert werden.


2. Aus welchem Grund lüften?

Zur Erreichung und Erhaltung eines angenehmen Raumklimas ist ein Luftaustausch notwendig. Frischluft muss die verbrauchte Raumluft ersetzen, welche durch verschiedene Faktoren belastet wird:
Gerüche: entstehen durch den Menschen selbst, durch Haustiere und diverse Einrichtungen in der Wohnung.
Feuchte: entsteht vor allem durch duschen, kochen, waschen, atmen und durch Pflanzen.
Schadstoffe: entstehen von oder durch Formaldehyd von Inneneinrichtungen, Reinigungs- und Lösungsmittel, Tabakrauch, Radongas aus dem Beton und dem Untergrund, Stickoxid und Kohlenmonoxid durch das Kochen mit Gas.

Mit dem Lüften stehen verschiedene unangenehme Luftbewegungen in Zusammenhang. Dies sind z.B. Luftzug, Wärmeverluste und Lärmemissionen. Heute wird allgemein weniger gelüftet als früher, meist um Heizenergie zu sparen. Der geringe Luftwechsel im Gebäude kann im Winter wegen zu hoher Luftfeuchtigkeit zu Bauschäden führen, es bilden sich graue Stellen und Schimmel kann sich bilden. Normalerweise hat man sich jeweils zwischen einem Dauerlüften (Dauerhaft gekippte Fensterflügel) und dem Stosslüften (Fenster werden regelmäßig für eine kurze Zeit geöffnet) entscheiden. Dabei sind, vor allem beim Dauerlüften, hohe Energieverluste in Kauf zu nehmen.

Luftwechselraten und empfohlene Zufuhr an Frischluft

Nutzung Frischluftmenge Luftwechsel
Nichtraucher 12-30 m3/h Person ca. 0.4/h
Raucher 30-70 m3/h Person ca. 0.8/h


3. Berechnung der Zuluft

Anhand der Zahl von Wohn-, Schlaf- und Arbeitszimmer wird der Zuluftvolumenstrom festgelegt. Es werden allen Zimmern, ausser denjenigen, die sich im Durchströmbereich befinden, Zuluft zugeführt.
Faustregel: Jedes Wohn-, Schlaf- und Arbeitszimmer erhält 30 m3/h Zuluft
Das Merkblatt 2023 der SIA zeigt ein ähnliches Verfahren auf. Diese Werte weichen aber nicht merklich von der genannten Faustregel ab:

Nutzung Abluftvolumenstrom
Küche 40 m3/h
Bad, Dusche 40 m3/h
WC (ohne Dusche) 20 m3/h

Die Werte aus der Tabelle „minimaler Abluftvolumenstrom“ können bei Wohnungen mit weniger als drei Zimmern um bis zu 30% reduziert werden. Bei der Berechnung dieser Tabelle wird von einem ganzjährigen Dauerbetrieb ausgegangen.


4. Aus welchem Grund kontrolliert lüften?

Die Thematik rund ums Lüften/Luftwechsel blieb trotz diverser technischer Entwicklungen an der Haustechnik und an der Bauhülle weitgehend unbeachtet.
Neben dem normalen Fensterlüften waren bisher nur Lüftungsanlagen in innen liegenden Sanitärräumen und in Küchen bekannt. Heute sind hierzulande bloss 13 von 100 Wohnbauten mit einer Abluftanlage ausgestattet. Bei den Lüftungsanlagen sind es 2 von 100. Bei den anderen 85% kommt die normale Fensterlüftung zum Einsatz. Der Luftwechsel durch Fenster- und Türfugen reicht heute bei neuen, gut gedämmten und dichten Wohnbauten nicht mehr aus, um für ein gesundes Raumklima zu sorgen.
Durch die gesteigerten Komfortansprüche, im Zusammenhang mit der modernen Bauweise, drängt sich die Methode der kontrollierten Wohnungslüftung ja richtiggehende auf. Die erste Anforderung an die Baute ist nämlich eine dichte Gebäudehülle, gefolgt von derjenigen der Dichten Fenster und Türen. Meist ist dies jedoch heutzutage bei Neubauten auch der Fall. Bei Umbauten oder Verbesserungen an bestehenden Bauten ist der Dichtheit der beispielsweise neu eingesetzten Fenster und Türen besondere Aufmerksamkeit zu schenken.


5. Vor- und Nachteile der Komfortlüftung im Vergleich zur Fensterlüftung:

Vorteile:
- weniger Energieverbrauch
- Abführen von Feuchtigkeit und Schadstoffen
- gute Raumluftqualität
- gefilterte Aussenluft (frei von Pollen und Staub)
- weniger Lärmemissionen von aussen
- angepasster Luftwechsel möglich
- kein Luftzug
- besserer Komfort durch aufgewärmte Zuluft
- geschlossene Fenster erhöhen die Sicherheit
- Sonnenwärme durch Sonnenkollektoren

Nachteile:
- Kosten für Installation und Betrieb der Anlage
- Anlage und Kanäle brauchen Platz und seriöse Planung
- Aufwand für Wartung und Reinigung (gering)
- Zusätzlicher Stromverbrauch durch Ventilatoren im Lüftungsgerät


6. Lüftungssysteme

6.1 Kontrollierte Lüftung mit Wärmerückgewinnung
Dabei wird die Luft von aussen je nach Bedarf den einzelnen Innenräumen zugeführt. Die Abluftwärme kann per Wärmerückgewinnung mit bis zu zwei Drittel der Zuluft wieder zugeführt werden. Die kontrollierte Lüftung wird vor allem in Neubauten mit kleinem Energiebedarf eingesetzt.

Prinzip eines Zu- und Abluftsystems mit Wärmerückgewinnung:

Funktionsweise:

Zuluft: Aussenluft wird durch Ventilatoren angesaugt und mit dem Wärmetauscher aufgewärmt, geht durch einen Luftfilter, eventuell wird sie nachgewärmt du schlussendlich den Wohn- und Schlafräumen zugeführt.
Abluft: Luft wird in Bad/WC und der Küche abgesaugt, geht erneut durch einen Luftfilter und wird dann über das Dach ausgeblasen.

Erfahrungen und Messungen verdeutlichen, dass die Platzierung der Zuluft-Durchlässe in üblichen Wohn-, Schlaf-, und Arbeitszimmern eine untergeordnete Rolle spielt. Wand, Decke und Boden kommen dabei in Frage. Es ist höchstens zu beachten, dass der einblasende Luftstrahl nicht direkt auf einen Aufenthaltsbereich gerichtet ist, weil so Zugerscheinungen auftreten könnten.

Die Lösung mit einem Überström-Durchlass in Form des Türspalts ist wartungsfrei und kostenlos. Es reicht bereits eine Spalthöhe von 7mm, um einen Luftvolumenstom von 30 m3/h zu erreichen. Es können somit Standardtüren ohne Schwelle und ohne Planetdichtung eingesetzt werden. Die Bewohner müssen aber darüber informiert werden, dass kein Teppich in der Türöffnung liegen darf, um eine Durchlüftung zu gewährleisten.
Bedingungen/Konsequenzen für die Überströmung durch Türspalte:
- Ausblasrichtung darf nicht gegen Zonen mit dauerndem Aufenthalt gerichtet sein
- Das Schalldämmmass wird durch eine Tür ohne Planetdichtung geschwächt
Luftvolumenstrom ± 30 m3/h → Luftspalt = 7 mm
Luftvolumenstrom > 40 m3/h → Luftspalt = 10 mm
Bei Luftvolumenströmen von 40 m3/h (z.B. in Bädern) hat der Luftspalt eine Höhe von 10 mm und mehr aufzuweisen. Dabei ist zu erwähnen, dass hierbei Licht durch den Spalt dringen kann, was störend wirken kann. Je grösser der Spalt, umso schwächer das Schalldämmmass zum anderen Raum. Mit dem leicht geschwächten Schallschutz lässt sich jeweils noch gut leben, da wenn die Türen dauerhaft geschlossen sind (in der Nacht), das Bedürfnis nach Ruhe sowieso am grössten ist.

Bei hohen akustischen Anforderungen können aber auch schallgedämmte Überström-Durchlässe eingesetzt werden. Diese lassen sich in der Tür selbst, über der Tür oder in der Türzarge einbauen. Es muss geprüft werden, ob ein spezieller Überström-Durchlass spürbar weniger Schall durchlässt als ein Türspalt.

6.2 Luftheizsysteme
Diese Systeme funktionieren wie Komfortlüftungen, einzig mit dem Unterschied, dass sämtliche Radiatoren- und Fussbodenheizungen entfallen und die gesamte Raumwärme durch die Zuluft in die Räume gelangt. Ein solches System ist jedoch nur bei Niedrig- oder Nullenergiehäusern wirtschaftlich sinnvoll, damit der Stromverbrauch der Ventilatoren und die erforderlichen Luftmengen klein bleiben.
In den USA sind im Gegensatz zur Schweiz solche Luftheizsysteme weit verbreitet.

6.3 Normale Abluftgeräte
Durch Kleinventilatoren wird die Raumluft angesaugt und ins Freie befördert. Luft strömt durch Undichtigkeiten bei Fenstern und Türen, über das Cheminée oder den Zimmerofen nach. Als normale Abluftgeräte versteht man zum Beispiel WC-Ventilatoren oder einen herkömmlichen Küchenabzug.


7. Inbetriebnahme

Die Anlage darf nicht vor der Bauendreinigung in Betrieb genommen werden. Dabei muss die Sauberkeit beachtet und vor der Inbetriebnahme kontrolliert werden, sonst steht eine Reinigung an. Die Luftvolumenströme müssen in jedem Raum eingestellt, gemessen und protokolliert werden. Vor der während der Abnahme müssen die Luftfilter erneuert werden. Die Anlagebetreiber und die Bauherrschaft erhalten vor der Inbetriebnahme eine Einführung. Bei einem nötigen Luftfilterwechsel ist eine Vorführung mit einer Fachperson zu empfehlen.


8. Reflexion

In unseren Zeiten der Forschung, der Entwicklung und der Optimierung von verschiedenen Aspekten ist meiner Meinung nach dem Energiehaushalt am Meisten Beachtung zu schenken. Mit dem Entscheid, auch im Zusammenhang mit den erhöhten Ansprüchen an (Wohn-) Komfort, eine solche Komfortlüftung einzubauen, kann man einen kleinen, aber entscheidenden Beitrag dazu leisten. Das Bedürfnis nach einem angenehmen Raumklima geht sozusagen Hand in Hand mit dem Vorsatz eines besseren Energihaushalts. Es lohnt sich als Bauherr, in eine solche Anlage zu investieren, wenn man bedenkt, dass diese Mehrkosten in ein paar Jahren amortisiert sind. Man sollte es, auch in Anbetracht nachkommender Generationen, als Beitrag zur Erhaltung unserer Umwelt sehen. Eine Thematik, wo meiner Meinung nach der Hebel am richtigen Ort angesetzt wird.

9. Quellen/Links

http://www.bfe.admin.ch/
http://www.energie.zh.ch/
www.dka.ch/
http://www.wikipedia.de/


Patrick Wichser

Gas Wärmepumpen

Bisher kannte ich nur elektrisch angetriebene Wärmepumpen. Jetzt habe ich über eine Gaswärmepumpe gelesen.

Generell zur Wärmepumpen

Die Umgebungswärme wird in ein Verdichter gepumpt mit Hilfe von Kältemittel (das Arbeitsmedium) vom tieferen auf einem höheren Temperatur. Das untere Temperaturniveau liegt bei 10 °C und die Nutzwärme bei 50°C. Im Kondensator ändert das Kältemittel seinen Zustand von gasförmig nach flüssig und gibt die die aufgenomene Umgebungs- und Kompressionswärme ab. Das flüssige Arbeitsmedium nimmt im Verdampfer die Umgebungswärme auf und wird dabei wieder gasförmig und der Kreislauf beginnt wieder von vorne. Dies ist der Carnot-Kreislaufprozess, dabei ist der Wirkungsgrad zu beachten. Die abgegebene Temperaturen liegen weiter auseinander als Quellen (Umgebungswärme und Raumtemperatur).

Die Umgebungswärme kann dabei aus verschiedenen Quellen stammen. Am verbreitetsten sind Luft/Wasser-Wärmepumpen, welche die Umgebungswärme aus der Aussenluft gewinnen. Daneben gibt es auch Wasser/Wasser-Wärmepumpen, die die Wärme aus dem Grundwasser aufnehmen. Weiter gibt es Sole/Wasser-Wärmepumpen, bei denen die Wärme mittels Erdregistern oder Erdspiessen aus dem Boden geholt wird.

Soweit sind drei Systeme erhältlich, diese sind:

Gasmotor-Wärmepumpen

Gas-Absorbtions-Wärmepumpe

Diffusions - Absorbtions - Wärmepumpe (DAWP)

Ich werde auf zwei Systeme näher eingehen:

Gasmotor-Wärmepumpen

In einer Gasmotorwärmepumpe wird der Kompressor von einem Gasmotor angetrieben. Die Abwärme die durch den Gasmotor entsteht wird auch zum heizen gebraucht. Dieser Wärmepumpen-Prozess kann auch umgekehrt werden, wodurch aus der gleichen Maschine eine Kältemaschine wird, die im Sommer zum Kühlen von Gebäuden eingesetzt werden kann. In einem Gas-Wärmepumpen erreicht die COP (Coefficient of Performance oder auf Deutsch den Leistungs Koeffizienten) ca. 1,2 bis 1,8 wobei hier die zusätzliche Wärme vom Gasmotor erst in der Heizzahl dazugerechnet wird. Gasmotor Wärmepumpen haben 18 - 70kW Heiz- und 14 - 55kW Kühlleistung und werden hauptsächlich im Gewerbe und Dienstleistungsbereich eingesetzt.

Gas-Absorbtions-Wärmepumpe

Im Gas-Absorbtions-Wärmepumpe, wie beim elektrischen, wird Ammoniak in Wasser gelöst die Umgebungswärme transportieren im Krieslauf. Der Kreislauf wird durch einen Gasbrenner erhitzt und das Ammoniak teilt sich vom Wasser indem es sich verdampft. Das heisse Ammoniak Gas gibt den Kondensator die gewonnene Wärme ab und wird wieder flüssig. Danach geht das flüssige Ammoniak Gas in den Verdampfer, wo es Umgebungswärme wieder aufnimmt. Das flüssige Gas geht in den Absorber um Wasser aufzunehmen und weiter in den Austreiber der vom Gasbrenner erhitzt wird. Auch dieses System kann umgekehrt werden für das Kühlen. Hier ist die Leistung deutlich höher: Heizen: 32 -175kW und Kühlen 16 - 85 kW (für Luft - Wasser und Wasser - Wasser Systeme)

GWP im Vergleich zu EWP

Grundsätzlich sind beide Systeme gleichwertig und weisen den grossen Vorteil auf, die kostenlos zur Verfügung stehende Energie der Umgebung (Luft, Boden, Wasser) zu nutzen, was Jahresarbeitszahlen deutlich über 1 ermöglicht.

Direktvergleich der Leistungsziffern (schwierig)

Die zahl sind sehr unterschiedlich weil bei der EWP wird das Verhältnis Strom-Input/Wärme-Output mit einer Leistungsziffer ausgedrückt der gut bei 4.5 COP liegt, bei der Gaswärmepumpe, der bei 1,2 bis 1,8 liegt muss die Abwärme vom Motor dazu gezählt werden, aber hier spricht man von einer Heizzahl. Allerdings ist ein direkter Vergleich der Leistungsziffern von EWP und Heizzahlen von GWP nicht möglich, da diese bei einer EWP entscheidend von der Produktionsweise des Stroms abhängt: Dieser ist im Gegensatz zu Erdgas nicht eine Primärenergie, sondern ein sekundärer Energieträger.

Ökobilanz abhängig von Stromproduktion

Was die Öko- und insbesondere die CO2-Bilanz anbelangt,

so kommt es ebenfalls entscheidend auf die Herkunft (Produktionsweise) des Stroms und auf die allfällige Beimischung von CO2-neutralem Biogas zum Erdgas an. Trotzdem funktioniert der GWP mit einem endlichen Energie, bei der EWP wäre es möglich Solarenergie einzusetzen.

Individuelle Situation massgeblich

Aufgrund verschiedener Unterarten und Kombinationsvarianten sowie der unterschiedlichen klimatischen oder baulichen Voraussetzungen kann kein generelles Urteil gefällt werden. Es ist jeweils im Einzelfall zu prüfen, welche Lösung zu optimalen Resultaten führt. Zusätzlich spielen Investitionshorizont, Komfortanforderungen, Verfügbarkeit von Erdgas etc. eine wichtige Rolle.

Heizleistung bei tiefen Aussentemperaturen

Bei tiefen Aussentemperaturen wird es für Wärmepumpen zunehmend schwierig, Umgebungswärme aufzunehmen (z.B. aufgrund von Vereisung des Luftregisters). Selbst bei extrem tiefen Aussentemperaturen unterschreitet die Leistung der Gaswärmepumpe aber nicht die nominale Leistung des Gasbrenners beziehungsweise die mechanische und thermische Leistung des Gasmotors. Der Wirkungsgrad beträgt so auch im schlechtesten Fall noch mehr als 100%.

CO2

Der CO2 Abgabe beim verbrennen von Erdgas liegt ca. 25% tiefer als beim Heizöl. Die ist abhängig von der chemischen Struktur, der eine höhere Energieinhalt pro Kohlenstoff-Atom nachweist. Der Wirkungsgrad eines kondensierenden Gaskessels beträgt gegen 110% und mit Hilfe der zusätzlich genutzte Abwärme beim Verbrennen bekommt der GWP einen Wirkungsgrad von 130 - 180%.

Charlotte Hille

Zentralstaubsauger - Anlage

Schon in mehreren Fällen, tauchte unter anderen Fragen, in Gesprächen mit der Bauherrschaft, immer wieder die Frage der Zentralstaubsauger - Anlage auf.
Obwohl von der Gewichtung her nicht so wichtig wie zum Beispiel eine Heizungsanlage, mussten auch hier die Vor- und Nachteile, Kosten, Möglichkeiten, Anbieter usw. besprochen werden. Dies auch in einer frühen Planungsphase, da die Installation schon im Rohbau vorgesehen und eingebaut werden muss. Die Planung findet ca. im gleichen Zeitraum statt, wie die Planung der elektrischen Installationen. Da die Frage, ob solch eine Installation sinnvoll und nötig ist, nicht einfach mit ja oder nein beantwortet werden kann, musste ich mich auf die Suche von Daten, Funktionen, Preise und Anbieter machen, um die Bauherrschaft dementsprechend beraten zu können.

Meine Ergebnisse diesbezüglich erläutere ich nun wie folgt:

Funktion einer Zentralstaubsauger - Anlage

Planung
Bereits bei der Planung eines Hauses wird oft die Installation einer zentralen Zentralstaubsauger - Anlage berücksichtigt. Hierdurch kann man in Ruhe die Grundrisspläne (manchmal sogar die Einrichtungsplanung) studieren. Aber auch sonst (nachträgliche Installation) ist es nie zu spät für die Installation einer Zentralstaubsauger - Anlage .

Platzierung
Je nach Grundriss- und Einrichtungsplan werden geeignete Anschlussstellen (Staubsaugersteckdosen) für den Staubsaugreschlauch gewählt. Erfahrungsgemäß reichen in den meisten Fällen 1-2 Anschlussdosen je Etage aus. Als Anschlussstellen eignen sich zentrale Punkte des Hauses wie Dielen, Treppenaufgänge etc. . Der Staubsaugerschlauch ist als Standardausführung 8 m lang, ist jedoch auch in Längen von 10 und 12 m erhältlich. Zusammen mit dem Teleskopsaugrohr und Düse erreicht man somit einen Aktionsradius von über 9 m (bzw. 11 und 13 m) von der Saugdose aus. Der tatsächliche Aktionsradius hängt natürlich von Grundriss und Einrichtung ab. Meist genügt eine Saugdose für das Obergeschoss eines modernen Einfamilienhauses.


Saugdosen
Es gibt 2 verschiedene Arten von Saugdosen. Ab einfachsten zu installieren und zu benutzen ist die Wanddose. Sollte eine Wanddose aus irgendeinem Grund nicht möglich sein, kann eine Bodendose aus Metall installiert werden. Beide Typen besitzen die gleiche Funktion und Leistung. Vermieden werden sollte die Platzierung einer Dose hinter einer Tür, die meist offen steht oder an Stellen, die von Schränken o.a. blockiert werden können. Die Saugdosen lassen sich auf gleiche Weise anbringen, wie elektrische Steckdosen (30 cm), oder in Höhe der Schalter. Die Saugdosen sind mit federbelasteter Klappe versehen, so dass sie nicht offen oder halboffen nach der Benutzung zurückgelassen werden. Weiter kann eine so genannte Küchenleiste eingebaut werden. Diese befindet sich meistens im Sockelbereich und saugt Krümel und sonstige Verschmutzung in der Küche auf. Diese müssen aber zuerst in die Nähe gewischt werden.

Saugleitung
Die fest installierte Saugleitung besteht aus einem starken, biegsamen PVC-Schlauch mit spiralförmiger Verstärkung und glatter Innenwand. Dies ermöglicht eine einfache Installation mit minimaler Anzahl Stöße. Der Schlauch besitzt einen Innendurchmesser von 40 mm und einen Außendurchmesser von 48 mm. Aufgrund seiner Konstruktion lässt sich der Schlauch in engen Kurven verlegen. Zu scharfe Biegungen sollten jedoch vermieden werden, da hierdurch der Luftstrom gebremst wird. Je geradliniger die Leitung, desto höher die Saugleistung der Anlage. Die Saugleitung ist alterungs-, feuchtigkeits- und kältebeständig und kann somit in Außenwände und durch ungedämmte Dachbodenräume etc. verlegt werden. Aufgrund ihrer kräftigen Konstruktion, kann die Leitung auch in Geschossdecken einbetoniert werden (betonfest). Zum Fixieren der Leitung können verzinkte Blechstreifen verwendet werden. Beim Verlegen der Leitung unter der Erde (z.B. freistehende Garagen) sollte sie in einem 110 mm PVC Rohr geführt werden, um Belastungen durch Erddruck zu vermeiden und sie gegen evtl. zukünftige Grabarbeiten zu schützen. Biegungen von mehr als 45°sollten vermieden werden. parallel zur Saugleitung wird die Steuerleitung verlegt.

Verzweigung
Die Verzweigung der Saugleitung zu den verschiedenen Saugdosen erfolgt mit Hilfe der beiliegenden Y-Abzweige. Beachten Sie, dass der Stamm des Abzweiges in Richtung Zentraleinheit zeigt. Anderenfalls wird die Saugleistung stark herabgesetzt.

Zentraleinheit
Die Zentraleinheit wird am günstigsten in trockenen Nebenräumen wie Garage, Abstellraum, Waschküche, Dachboden, Keller o.a. installiert und zwar so nahe wie möglich an einer Außenwand, um die Abluft auf einfache Weise abführen zu können. In der Nähe des Aggregates sollte sich eine Steckdose (220V / 10A) befinden.

Schalldämpfer
An der Abluftleitung wird der Schalldämpfer eingebaut. Die Abluftleitung sollte so kurz wie möglich sein und keine scharfen Bögen aufweisen.

Installation im fertigen Haus
Fast 80 % aller Installationen erfolgen in bereits fertigen Häusern. Nur ein wenig Erfindungsgeist ist notwendig, um die günstigste Leitungsverlegung zu ermitteln. Im Normalfall lassen sich Dachboden und Keller, sowie Freiraum unter dem Haus bei Streifenfundamenten in Kombination mit Garderobenschränken, Waschküche, Treppenhaus, Hobbyraum etc. nutzen. Mit etwas Phantasie finden Sie für jedes Haus die ideale Lösung. Nur im Ausnahmefall wird eine sichtbare Verlegung der Saugleitung erforderlich sein und eine Verkleidung notwendig machen (z.B. Trockenbau). Eine weitere Möglichkeit wäre die Verlegung in einem PVC Kanal (wie Elektroinstallation).

Vorteile einer Zentralstaubsauger - Anlage (ZSA):

1. Saubere Luft - Im Gegensatz zu einem herkömmlichen Staubsauger werden trotz Filterung keine Staubpartikel, Milben, Viren und Bakterien (Ursache von Allergien) im Raum verteilt. Die Zentralstaubsauger - Anlage bläst die Abluft ins Freie.
2. Bequem und schneller mit einer Zentralstaubsauger - Anlage geht das Staubsaugen schneller, es muss keine plumpe Maschine hinter sich hergezogen oder auf dem Rücken getragen werden - es gibt kein verheddern im Anschlusskabel. Treppen saugen ist auch kein Problem mehr.
3. Leistungsfähiger und leiser - Die Saugfähigkeit der Zentralstaubsauger - Anlage wird Sie verblüffen. Der robuste Motor (1400W für's normale Eigenheim) sorgt dafür, dass das Haus in Kürze noch sauberer wird. Trotz der Super-Saugleistung ist die Zentralstaubsauger - Anlage sehr leise und man hört nur ein leises Rauschen von der Düse. Da der Zentralstaubsauger den Feinstaub nicht nur verteilt, muss man nicht mehr so oft staubsaugen oder wischen.
4. Schonender- Mit einer Zentralstaubsauger - Anlage gehören verschrammte, zerkratzte Möbel und Fußböden der Vergangenheit an.

Nachteile einer Zentralstaubsauger - Anlage können sein:

1. Beim Rückbau eines Gebäudes, sind die Leitungen evtl. mit der Primärstruktur verbunden.
2. Die Anlage kann bei einem Umzug nicht mitgenommen werden.

Ich persönlich, bin nun auch nachdem wir schon einige Anlagen einbauen durften, von solch einer Zentralstaubsauger - Anlage überzeugt und auch das Feedback der Bauherren, die so eine Anlage eingebaut haben, ist durchwegs positiv. Die Kosten einer Zentralstaubsauger - Anlage bewegen sich je nach Grösse und Leistung der Anlage zwischen Fr. 4'000.-- und 6'000.--. So finde ich auch das Preis-, Leistungsverhältnis einer Zentralstaubsauger - Anlage sehr gut.
Möchte man die Anlage nicht von Anfang an kaufen, besteht die Möglichkeit, die Vorbereitungen für die Anlage einzubauen (Verrohrung). Hier spricht man von Kosten von ca. Fr. 1'000.--. Die Zentralstaubsauger - Anlage kann dann später noch dazu gekauft werden.

21.05.08 / Cristiano Pedron

Energiepfähle - Dock Midfield Flughafen Zürich

Alle mit der Erde in Berührung stehenden Teile der Gebäudestruktur, z.B Fundationspfähle und -wände können als Wärmetauscher eingesetzt werden. Der Untergrund dient als Energiespeicher für das Beheizen und Kühlen grösserer Gebäude.



Als Geostrukturen werden diejenigen Fundationselemente eines Bauwerkes bezeichnet, die zur Verbesserung der Tragfähigkeit eines schlechten Baugrundes benötigt werden.

Energetische Geostrukturen

Die Bodentemperatur in einigen Metern Tiefe (15-20m) wird rasch konstant (9-11 °C im hiesigen Klima). Diese Temperaturniveau kann im Sommer zur Kühlung und im Winter zur Beheizung verwendet werden.
Die zur Abstützung und Gebäudegründung benötigten Geostrukturen jeder Grössenordnung lassen sich mit Wärmetauschern ausrüsten. Die mit dem Untergrund in Kontakt stehenden Betonpfähle und Betonwände werden dabei mit Kunststoffleitungen versehen, um die Wärme oder Kälte des Untergrundes auszutauschen. Diese Leitungen werden dann gebündelt einer oder mehreren Wärmepumpen zugeführt.
Die Wirkungsweise der Anlage basiert auf einem Jahreszyklus, bei dem während der Heizperiode dem Untergrund Wärme (Kälteeintrag in den Untergrund) und während der Kühlperiode Kälte entzogen wird (Wärmeeintrag). Die Vorteile einer solchen Anlage äussern sich in den reduzierten Betriebskosten aufgrund des Wegfalls von fossilen Brennstoffen (ca. 80%) und in einer Verminderung der CO 2 – Emission (45% bis 100%)

Energiepfähle

Armierte Betonpfähle haben meist einen Durchmesser zwischen 0.4 und 1.5 m und eine Länge von einigen Metern bis über 30 m. Entsprechend dem Pfahldurchmesser wird im Innern meist ein doppel- oder vierfach U-Rohr oder ein Rohrnetz aus Polyethylen eingebracht. Diese Rohre werden komplett mit Beton umgeben, um einen guten thermischen Kontakt herzustellen. In diesem geschlossenen Kreislauf zwischen den Rohrleitungen in den Pfählen und der Wärmepumpe zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit um die Wärme oder Kälte mit dem Untergrund auszutauschen.




Diese einfache und zweckmässige Technologie erzeugt keine übermässigen Mehrkosten, muss aber von Anfang an in die Projektplanung bezüglich Konstruktion und Energiekonzept miteinbezogen werden. Zur Zeit gibt es in der schweiz etwa 30 Installationen von energetischen Geostrukturen.


Dock Midfield Flughafen Zürich


Anhand des Beispiel Dock Midfield bei dem unser Büro an der Planung sowie der Ausführung beteiligt war, möchte ich aufzeigen wie das Energiepfahlsystem funktioniert und was zu beachten ist.

Anlagebeschrieb

Das Dock Midfield ist ein neues Empfangs- und Abfertigungsgebäude für 26 Flugzeuge auf dem Flughafen Zürich. Das 500 m lange und 30 m breite Gebäude steht auf Fundationspfähle welche zur Energiegewinnung genutzt werden.

Technische Aspekte

Das Dock Midfield musste wegen des schlechten Baugrundes auf Pfählen fundiert werden. Es sind 441 stehende Bohrpfähle mit 0,9 bis 1,5 m Durchmesser erforderlich. Diese reichen bis in die Grundmoräne, welche in einer Tiefe von 30 m liegt. Auf dieser tragenden Moräne steht das ganze Gebäude. Die Bohrpfähle mussten mit Stützrohren erstellt werden, welche während dem Verfüllen mit Ortsbeton wiederherausgezogen wurden.
Der Boden ist bis fast auf Terrainhöhe mit Grundwasser gesättigt, welches infolge der sehr kleinen Durchlässigkeit des Bodens (tonigsiltige Ablagerungen) praktisch stehend ist.
310 der Pfähle wurden mit Kunststoffrohrschlaufen ausgerüstet, d. h. als Energiepfähle ausgerüstet. An den Armierungskörben wurden PE-Rohre montiert, in welchen ein Wärmeträgermedium zirkuliert.
Durch diese Rohre wird eine abgekühlte respektiv erwärmte Flüssigkeit (Wasser-Glykol) gepumpt, wodurch dem Boden Wärme entzogen beziehungsweise zugeführt werden kann. Mit diesem "Wärmetauscher" kann das Erdreich unter dem Dock Midfield als saisonaler Speicher genutzt werden.
Die Energiepfähle stellen eine langfristig sichere Energiequelle dar.

Bau der Energiepfähle

Mit einer detaillierten Planung, der Nutzung von Erfahrungen anderer Vorhaben mit
Energiepfählen und einer engen Zusammenarbeit mit den Unternehmern konnte der Bauablauf stark vereinfacht werden.
Die Vorfabrikation der Pfahleinlagen ermöglichte eine hohe Qualität und vermied
Terminprobleme beim Bau der Energiepfähle in einem sehr engen Zeitraster.

Forschungsprojekt

Für diese innovative Anlage konnte kaum auf Betriebserfahrungen zurückgegriffen werden. Um sicher planen und optimieren zu können, wurde ein Projekt mit finanzieller Unterstützung des Bundesamtes für Energie (BFE) durchgeführt. In Zusammenarbeit mit der ETH Lausanne wurden detaillierte Simulationsrechnungen und ein Response- Test mit zwei Sonden vor Ort durchgeführt. Damit konnte die thermische Bodenleitfähigkeit in situ gemessen werden.

Energetische Aspekte

Der Ertrag der Energiepfähle wurde von der ETH Lausanne (EPFL) simuliert. Die Grundlagen für diese Simulation waren der Pfahlplan, die stundenweise Berechnung des Energiebedarfes aufgrund einer thermischen Simulation des Gebäudes in Zusammenarbeit mit der EMPA sowie das geologische Gutachten der Firma Jäckli AG. Im Winter kann gemäss Berechnungen aus dem Erdreich 1100 MWh Wärme gewonnen werden. Diese Wärme wird teilweise im Sommer als Abwärme eingespeichert, welche sonst mit Kältemaschinen abgeführt werden müsste (ca. 470 MWh). Der restliche Fernwärmebezug des Docks Midfield wird sehr klein (ca. 420 MWh pro Jahr). Der jährliche Strombedarf verändert sich kaum, der Stromverbrauch der Wärmepumpe im Winter wird durch die Einsparung im Sommer (Kühlung über die Energiepfähle) etwa kompensiert. Mit der Energiepfahlanlage im Dock Midfield wird die geforderte Stabilisierung des Energieverbrauchs des ganzen Flughafens unterstützt.
Die Energiepfähle sind eine freiwillige Massnahme für einen möglichst umweltverträglichen Flughafen. Die Energiepfähle ermöglichen ein Gebäude, welches fast als Null-Heizenergiehaus bezeichnet werden kann und für Heizung und Kühlung überwiegend regenerierbare Energie nutzt.




Sommer (Kältebedarf)

Die interne Abwärme des Gebäudes wird mit Umluftgeräten den Räumen entzogen und über das Umluftkühlnetz gesammelt. Diese Abwärme entsteht im Sommer in der Gepäcksortierung sowie ganzjährig in Traforäumen, in den Antriebsräumen des Personen-Transport-Systems und in weiteren technischen Räumen. Im Sommer wird diese überschüssige Wärme direkt mit den Energiepfählen ans Erdreich abgeführt.
Der Kältebedarf für Kühlung der internen Abwärme kann fast vollständig direkt mit den Energiepfählen und in der Heizperiode mit Wärmerückgewinnung (WRG) gedeckt werden. Nur für wenige Spitzen ist es notwendig, die für den Winter vorhandene Wärmepumpe als Kältemaschine zu nutzen. Diese Betriebsweise dient auch der Sicherheit (Redunanz der Kälteerzeugung). Es können voraussichtlich ca. 470 MWh Kälte pro Jahr direkt mit den Pfählen erzeugt werden, nur ca. 10 MWh sind noch mit der Kältemaschine zu decken. Im weiteren werden mit den Energiepfählen die Räume im UG, insbesondere die Gepäck-Vorsortierung, direkt über den unisoliertem Boden natürlich gekühlt. Ohne Energiepfähle müsste mit einem langsamen Anstieg der Erdtemperatur unter diesen Räumen gerechnet werden. In diesem Bereich werden so die Umluftkühlgeräte sowie der entsprechende Energiebedarf eingespart, der mit ca. 300 MWh Kälte beziffert werden kann. Die Kälte für die Zuluftkühlung auf ca. 18 – 20 °C (Kühlregister in den Monoblocks) im Sommer wird mit separaten Kältemaschinen erzeugt.

Übergangszeit

Mit Free-Cooling könnte die interne Abwärme auch über die vorhandenen Rückkühlwerke auf dem Dach an die Aussenluft abgegeben werden. Gemäss Simulationen wird dieser Betriebszustand aber nicht erforderlich sein.

Winter (Wärmebedarf)

Im Winter wird primär die interne Abwärme mit WRG genutzt (ca. 690 MWh). Dazu dient die Wärmepumpe, die so das Umluftkühlnetz kühlt. Bei zusätzlichem Wärmebedarf wird dem Boden die gespeicherte Wärme wieder entzogen (ca. 1100 MWh), dazu wird ebenfalls die selbe Wärmepumpe eingesetzt. Diese kann bis 630 kW Nutzwärme liefern. Reicht dies nicht (sehr kalte Wintertage), so deckt der Anschluss an das Flughafen-Fernwärmenetz den noch fehlenden Wärmeleistungsbedarf. Damit kann im Winter der Wärmebedarf des Gebäudes überwiegend mit interner Abwärme und Erdwärme gedeckt werden. Die Wärmepumpe mit einer Leistungsziffer von 4 liefert total 2360 MWh Nutzwärme auf ca. 40°C. Ab Fernwärme werden noch 420 MWh Wärme zur Spitzendeckung bezogen.

Kosten

Die Jahreskosten werden dank Energiepfählen um ca. Fr. 16’000.- tiefer. Mit dem Energiepfahlsystem kann erneuerbare Energie auf wirtschaftliche Art genutzt werden.
Die totale Investition für die Energiepfähle beträgt ca. Fr. 1.1 Mio. Demgegenüber konnten Fr. 130'000.- eingespart werden (um 600kW kleinere Wärmeversorgung, im UG Vorsortierung weniger Umluftgeräte).
Die zusätzlichen Investition beträgt somit Fr. 970'000.-.Jährlich verringern sich die Energiekosten um ca. Fr. 94'000.-; dem stehen um Fr. 11'000.- höhere Unterhaltskosten gegenüber.
Rechnet man mit 30 Jahren Amortisationszeit und 5,5% Zins, so bringen die Energiepfähle einen jährlichen Gewinn von etwa Fr. 16'000.-. Anders gerechnet kann diese Mehrinvestition dank den Energiekosteneinsparungen innerhalb von 12 Jahren zurückbezahlt werden (ohne Verzinsung).
Diese Berechnungen wurden mit den Energiepreisen der unique (Wärme Fr. 80.-/MWh, Strom Fr. 166.-/MWh) durchgeführt. Die Resultate können sich mit ändernden Energiepreisen stark ändern. Die heutige Situation mit tieferen Stromtarifen und eher höheren Gas und Ölpreisen verbessert die Wirtschaftlichkeit der Energiepfähle deutlich.



Fazit

Die ersten Auswertungen der Messdaten zeigen, dass die Wärmegewinnung aus dem Untergrund gut funktioniert. Die Wärmepumpe, eine der grössten in der Schweiz, läuft bei kalter Witterung fast ununterbrochen. Sie funktioniert dabei sehr effizient und erreicht eine hohe Arbeitsziffer von etwa vier, das heisst, aus einer Energieeinheit Strom werden vier Einheiten Heizenergie erzeugt. Der Energieertrag der Wärmepumpe übertrifft die Erwartungen, was auch die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. Auch die Kühlung im Sommer funktioniert einwandfrei, wie die letzten Sommer gezeigt haben, darunter der Jahrhundertsommer 2003.
Die detaillierte Auswertung der Messdaten wird es Unique ermöglichen, den Betrieb der Anlage weiter zu optimieren. Für die Entwicklung weiterer solcher Energieprojekte werden wertvolle Daten zur Verfügung stehen, um bei der Planung und Berechnung auf Erfahrungswerte zurückgreifen zu können.


Links:

www.hakagerodur.ch
www.geothermal-energy.ch

Urs Balmer

Geothermie und ihre Nutzung

Die Ausgangslage:

Wir leben immer noch in einer fossilen Welt. Über 80 % unseres Gesamtenergieverbrauchs basieren auf Erdöl und Erdgas. Kohlendioxid (CO2) und andere Treibhausgase führen zu einer Veränderung des Klimas, die Belastung durch Feinstaub und Kleinstpartikel haben gesundheitliche Konsequenzen.

Die erneuerbaren Energien sind im Anlauf. Unter diesen weist die geothermische Energie einen besonderen Stellenwert auf, denn sie steht jederzeit, unabhängig von Wind, Wetter und Sonneneinstrahlung zur Verfügung.
Die Erdwärme ermöglicht die Beheizung von kleinen Einfamilienhäusern bis zu grossen Bürokomplexen.
Der Untergrund eines Gebäudes kann ebenso zur Kühlung genutzt werden.
Diese Energiequelle ist nachhaltig, emissionsfrei und weist gewaltige Potenziale auf.

Ursprung der geothermischen Energie
Die Geothermie ist die im oberen Teil der Erdkruste gespeicherte Wärme. Sie umfasst die in der Erde gespeicherte Energie und zählt zu den regenerativen Energien.

Geothermie stammt zum Teil (geschätzt: 30-50 Prozent) aus der Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung, zum anderen (geschätzt: 50-70 Prozent) aus radioaktiven Zerfallsprozessen, die in der Erdkruste seit Jahrmillionen kontinuierlich Wärme erzeugen. Oberflächennah kommen Anteile aus der Sonneneinstrahlung auf die Erdoberfläche und aus dem Wärmekontakt mit der Luft dazu.

Die Temperatur im inneren Erdkern beträgt nach verschiedenen Schätzungen zwischen 4500 °C und 6500 °C.
Fast überall hat das Erdreich in 1 Kilometer Tiefe eine Temperatur von 35 °C bis 40 °C.

Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung
Die Erde ist vor zirka 4,6 - 4,7 Milliarden Jahren durch Akkretion von Materie entstanden. Hierbei erhitzt sich das Material, wobei kinetische Energie in Wärme umgewandelt wird. Diese Wärmeenergie ist dank der geringen Wärmeleitfähigkeit der Gesteine und damit der geringen Wärmeabgabe an den Weltraum bis heute zum Teil erhalten geblieben. Sie sind als Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung bezeichnet worden.

Radioaktive Zerfallsprozesse
Dieser Anteil der Geothermie entsteht durch den natürlichen Zerfall der im Erdkörper vorhandenen langlebigen radioaktiven Isotope wie z.B. Uran-235 und U-238, Thorium-232 und Kalium-40. Diese Elemente sind in die Kristallgitter bestimmter Minerale eingebaut. Es handelt sich um eine natürliche Form der Kernenergie.

Einteilung der Geothermiequellen
Geothermie kann als Energiequelle zur Erzeugung von Wärme und Strom genutzt werden. Hierbei wird unterscheiden zwischen:

1. der Nutzung der oberflächennahen Geothermie für den direkten Gebrauch, d.h. zum Heizen und Kühlen, meist in Form einer Wärmepumpenheizung
2. oder der Nutzung der tiefen Geothermie für den direkten Gebrauch im Wärmemarkt oder auch indirekt zur Stromerzeugung

Tiefe Geothermie
Generell werden im Bereich der tiefen Geothermie drei Arten der Wärmeentnahme aus dem Untergrund unterschieden:
1. Hydrothermale Systeme - im Untergrund vorhandene Thermalwässer zirkulieren zwischen zwei Brunnen über vorhandene natürliche Grundwasserleiter
2. Petrothermale Systeme, oft auch HDR-Systeme (Hot-Dry-Rock) genannt: mit hydraulischen Stimulations-massnahmen werden im trockenen Untergrund Risse und Klüfte erzeugt, in welchen künstlich eingebrachtes Wasser oder superkritisches CO2 zwischen zwei tiefen Brunnen zirkuliert
3. Tiefe Erdwärmesonden: das Wärmeträgermedium zirkuliert in einem geschlossenen Kreislauf innerhalb einer Bohrung in einem U-Rohr oder einer Koaxialsonde

Oberflächennahe Geothermie
Die Temperaturen der Luft schwanken mit der Jahreszeit sehr stark.
In 5 bis 10 m Tiefe entspricht die im Boden gemessene Temperatur praktisch der Jahresmitteltemperatur des Standortes (ca. 8 bis 10 °C)
Mittels Erdwärmesonden oder über erdgebundenen Beton-Bauteilen wird die Wärme an die Oberfläche gefördert.
Im Sommer kann die Erdwärme zur Kühlung gebraucht werden.
Verstärkt wird diese Funktion, wenn Geothermie mit anderen Anlagen, wie z. B. Solarthermie, kombiniert wird.
Solarthermie stellt vorwiegend Wärme im Sommer zur Verfügung, wobei sie weniger gebraucht wird. Durch Kombination mit Geothermie lässt sich diese Energie im Sommer in den unterirdischen Wärmespeicher einspeisen und im Winter wieder abrufen.

Die geothermische Stromerzeugung
Das Potenzial zur geothermischen Stromerzeugung ist in der Schweiz sehr gross. Allerdings bestehen noch grosse Unsicherheiten in Bezug auf die Kosten und die Machbarkeit der Stromerzeugung. Dennoch besteht Aussicht auf einen häufigeren Einsatz dieser unerschöpflichen, sauberen und kontinuierlichen Energiequelle. Sie ist CO2-frei, liefert Bandenergie und braucht wenig Platz.
Experten rechnen bis 2030 mit rund einem Dutzend Anlagen, welche insgesamt 800 GWh Strom produzieren werden.
Langfristig ist es denkbar, dass ein bedeutender Anteil des schweizerischen Stromkonsums durch geothermische Kraftwerke gedeckt werden kann.
Ein Beispiel ist das Projekt - Deep Heat Mining Basel. Es handelt sich um die Errichtung einer Anlage mit 3 MW elektrischer und 20 MW thermischer Leistung, welche dereinst rund 10'000 Haushalte mit Strom und 2'700 Haushalte mit Wärme versorgen soll.

Nutzung von Erdwärme
Geothermische Energie wird seit über 10.000 Jahren genutzt. Unsere Vorfahren haben vermutlich geothermisch erwärmtes Wasser zum Kochen, Baden und Heizen verwendet. Die Geothermie ist eine langfristig nutzbare Energiequelle.
Mit den Vorräten, die in den oberen drei Kilometern der Erdkruste gespeichert sind, könnte rechnerisch und theoretisch der derzeitige weltweite Energiebedarf für über 100.000 Jahre gedeckt werden.

Geothermie weltweit
Weltweit steigt die Erdwärmenutzung bei der Wärmeerzeugung und der Stromproduktion kontinuierlich an.
Dabei ist die Art der Produktion von der geologischen Situation abhängig.Total sind in 24 Ländern 9'000 MWe elektrische Leistung für die Stromproduktion und in 71 Ländern 28'000 MWth thermische Leistung für Wärmeproduktion installiert.

Geothermie in der Schweiz
Die Schweiz ist Weltmeister in der Nutzung der Erdwärme mit Hilfe von Erdwärmesonden. Nirgendwo auf der Welt sind mehr Erdwärmesonden-Anlagen pro Landesfläche installiert.
Im Jahr 2004 wurden in der Schweiz rund 4.000 neue Anlagen mit Erdwärmenutzung installiert. Am häufigsten sind die Erdwärmesonden, also vertikal verlegte Wärmetauscher, eingesetzt worden, um Wärmepumpen mit der nötigen Erdwärme zu versorgen. Für kombiniertes Heizen und Kühlen werden maximal 150 Meter tiefe Sonden verwendet, für ausschliesslich Heizzwecke bis zu 400 Meter.
Im Jahr 2005 wurden in der Schweiz über 1100 GWh geothermische Energie genutzt. Rund 60 % davon stammen aus der Erdwärmesonden-Anlagen.
Im Jahr 2006 kamen beispielsweise knapp 1'000'000 Laufmeter an Erdwärmesonden- Bohrungen hinzu.

Die Tendenz der Nutzung der geothermischen Energie ist steigend.

Ökologische Aspekte
Die Geothermie erfüllt die Kriterien der Nachhaltigkeit. Sie gehört somit zu den regenerativen Energiequellen, da ihr Potenzial sehr gross und nach menschlichem Ermessen unerschöpflich ist. Im Gegensatz zu anderen erneuerbaren Energien steht die Erdwärme unabhängig von Tages- und Jahreszeit, Klimabedingungen zur Verfügung und ist immer an jedem Ort erreichbar. Sie erzeugt weder Luftschadstoffe noch CO2.
Nach den Vorstellungen der Branche spart die Geothermie bis zum Jahr 2020 mehr als 20 Millionen Tonnen Kohlendioxid ein.
Sie ist ein idealer Ersatz für fossile Energieträger.

Die Förderung der Geothermie kann aber auch mit gewissen standortbedingten Risiken verbunden sein.
Bei der verschiedenen Projekten der Tiefen Geothermie im Erdbebengebiet, können die vorhandene Spannungen im Untergrund stärkere Erdstösse auslösen.
Dies war zum Beispiel beim Geothermieprojekt Deep Heat Mining Basel in Kleinhüningen im Grossraum Basel/Schweiz der Fall.
Seit dem 8. Dezember 2006 hat es im Zeitraum von einigen Wochen bis zu fünf leichte Erschütterungen von der Stärke 2.9 bis 3.4 auf der Richterskala gegeben.
Die Erde beruhigt sich in solchen Fällen meist nur langsam und es kommt vielfach zu einer ganzen Serie kleinerer Erdstösse.

Forschung und Entwicklung
Das Forschungsprogramm Geothermie des BFE setzt zwei Schwerpunkte:
· Erstens die kombinierte Strom- und Wärmeproduktion mit dem so genannten "Enhanced Geothermal Systems"
· zweitens das Heizen und Kühlen von Grossanlagen mit geothermischer Energie

Das BFE unterstützt die Entwicklung von Werkzeugen für den Einbau dieser komplexen Anlagen und deren Erfolgskontrolle und Optimierung.

Geothermie als Faktor der Raumentwicklung
Die Zusammenhänge von Raumentwicklung und Geothermie-Forschung spielen zunehmend im Bereich der Stadtentwicklung eine Rolle. Das urbane Wachstum stösst weltweit an Grenzen, die negativen Folgen durch Umweltverschmutzungen, Mobilitätsbelastungen usw. sind offensichtlich. Eine nachhaltige Stadtentwicklung muss die Potenziale des Untergrunds berücksichtigen und gezielt nutzen, so wie die am Ort zur Verfügung stehende alternative Energie. Interdisziplinäre Forschungsarbeiten, die sowohl natur- als auch sozialwissenschaftliche Ansätze berücksichtigen, sind im Gange und setzen die Faktoren Raum, Wasser, Energie und Geomaterial bei der Stadtentwicklung sinnvoll ein.

Ein kombiniertes System zum Heizen und Kühlen mit Erdwärme
Die Technologien zur Nutzung der Erdwärme wurden bisher vorwiegend zur Entwicklung und Einsatz der Heizenergie generiert: Wärme für Wohn- und Bürogebäude, Treibhäuser, Fahrbahntemperierung und für diverse Produktions-prozesse.
Inzwischen hat man jedoch erkannt, dass der Untergrund auch als sommerlicher Kältespeicher dienen kann und somit für die optimale Raumkühlung ideal genutzt werden kann. Mit Erdwärmesonden, Geostrukturen sowie mit Luft-Erdregistern können Gebäude gekühlt werden, ohne energieintensive Kältemaschinen einsetzen zu müssen.

Erdwärmesonden-Anlagen (EWS)
Die in der Schweiz sehr zahlreich installierten Erdwärmesonden (EWS)-Anlagen basieren mehrheitlich auf folgendem Typ: eine 150 m tiefe Bohrung mit einer Wärmepumpe versorgt ein Einfamilienhaus mit der benötigten Wärmeenergie.
Wird nun eine Serie von Erdwärmesonden zusammengeschlossen oder tiefer gebohrt, so kann der Wärmetauscher auf ein wesentlich grösseres Potenzial zugreifen, was die Wärmeversorgung von ganzen Häusergruppen oder von grossen Gebäuden wie z.B. Mehrfamilienhäuser, Industrie- und Verwaltungsgebäude, Hotels, Mehrzweckgebäude, usw. ermöglicht.
Seit einigen Jahren werden Erdwärmesondenfelder bei Heiz- oder Kühlsystemen in Industrie- und Verwaltungsgebäuden eingesetzt.Eine Serie von 4 bis 80 Erdwärmesonden unterschiedlicher Tiefe (30 bis 350 m) werden unter dem zu versorgenden Gebäude oder unmittelbar daneben eingebaut. Dabei werden die Leitungen der einzelnen Sonden mit einer oder mehreren Wärmepumpen zusammengeführt.
Wird die Anlage im Sommer zur Kühlung verwendet, so dürfen die Bohrungen höchstens 250 m tief sein, um eine zu hohe Untergrundtemperatur zu vermeiden.
Die Wirkungsweise der Anlage basiert auf einem Jahreszyklus, bei dem während der Heizperiode dem Untergrund Wärme (Kälteeintrag in den Untergrund) und während der Kühlperiode Kälte (Wärmeeintrag) entzogen wird.
Ein zusätzlich installierter Heizkessel wird dabei nur während der Zwischenperioden und bei Reparaturarbeiten gebraucht.
Grosse Gewerbe- und Dienstleistungsbauten benötigen oft ebenso viel Energie zum Kühlen wie zum Heizen. Die Geothermie kann beides liefern: Über Erdwärmesonden oder Geostrukturen wird im Winter Erdwärme mittels Wärmepumpen in das Gebäude gebracht. Im Sommer wird im "free cooling" Betrieb die überschüssige Wärme aus dem Gebäude in den Untergrund geleitet, wo sie für den Heizbetrieb gespeichert bleibt.

Bei einigen Anlagen wurden zusätzliche Sonnenkollektoren installiert, mit denen während des Sommers Warmwasser produziert und sich der Erdspeicher durch die Sonnenenergie wieder aufladen kann.

Erdwärmesondenfelder
Seit etwa einem Jahrzehnt werden Erdwärmesondenfelder für die Wärmeversorgung eingesetzt, die teilweise für die Kühlung während des Sommers genutzt werden. Diese Erdwärmesondenfelder bestehen aus einer Serie von Bohrungen, die im Allgemeinen mit zwei U-Rohren aus Polyethylen für den Wärmeaustausch mit dem Boden ausgerüstet sind. Die Bohrungen sind mit einem Gemisch aus Zement und Bentonit gefüllt, um einen guten thermischen Kontakt zwischen den U-Rohren und der Bohrlochwand aufzubauen. Die benötigte Anzahl an Bohrungen (4 bis 80) sowie deren Tiefe (60 bis 300 m) hängt vom Wärmebedarf und den lokalen geologischen Verhältnissen ab.
Die EWS werden in der Nähe der beheizenden Gebäude installiert. Die Leitungen der einzelnen EWS werden zusammengeschlossen und versorgen so eine oder mehrere Wärmepumpen. Beim Heizen mit niedriger Temperatur sowie beim Kühlen zirkuliert eine Wärmeträgerflüssigkeit in den Böden oder Decken eines Gebäudes.
Die Arbeitsweise beruht auf einem Jahrezyklus: während des Winters wird dem Boden die Wärme entzogen (Abkühlung des Bodens). Im Sommer, falls gekühlt wird, wird dem Boden die gespeicherte Kälte wieder entzogen (Erwärmung des Bodens). Die Gebäudekühlung mit "free-cooling" ist energetisch gesehen besonders vorteilhaft, da diese ausschliesslich über die EWS und ohne Kältemaschine läuft.

Ein Pilotprojekt: Erdwärmesondenfeld beim Hotel The Dolder Grand in Zürich

Das Grand Hotel Dolder setzt bezüglich Umweltverträglichkeit Zeichen.
Mit der extrem gut isolierten Gebäudehülle und der innovativen Energieerzeugung ist ihm ein Spitzenplatz in der effizienten Energienutzung im Hotelbereich sicher.
Das Hotel bietet seinen Gästen bezüglich technischer Ausrüstung und Raumklima den höchstmöglichen Komfort. Das Hotel setzt ein innovatives Energiekonzept um, in dessen Mittelpunkt 70 Erdwärmesonden von je über 150 m Länge stehen, mit denen Wärme und Kälte aus dem Untergrund gewonnen wird.
Damit werden trotz der intensiven Nutzung dieses Hotels spezifische Energiebedarfswerte möglich, welche mit klassischen Energiekonzepten nie erreicht werden könnten.

Schon bei der Planung war das Energieziel klar: halber Verbrauch bei doppelter Grösse des Hotels.
Tatsächlich wird mit dem Neubau die Energiebezugsfläche von rund 20 000 m2 auf 47 000 m2 erweitert.
Gegenüber dem bisherigen Energieverbrauch will man den Heizbedarf um 75 % und den Stromverbrauch um 25 % verringern.
Dies entspricht Einsparungen von rund 100‘000 Litern Heizöl und 250‘000 Kilowattstunden Strom jährlich.
Mit dem Realisieren dieses Konzeptes leistet die Hotel Dolder AG einen wichtigen Beitrag zum Erreichen der im Kanton Zürich vereinbarten Zielsetzung im Energieverbrauch.
Spätestens in zehn Jahren wird die Anlage voraussichtlich amortisiert.

Mit einem Erdwärmesonden-Feld mit insgesamt ca. 10,6 km Sondenlänge wird im Winter Wärme entnommen, die man mittels Wärmepumpen zur Gebäudebeheizung nutzt. Zusätzlich unterstützt man mit den Wärmepumpen die Warmwasserbereitung.
Im Sommer dient das Sondenfeld als Kältespeicher für die Kühlung der 178 Zimmer.
Bereits 2003 wurde eine Versuchsbohrung durchgeführt, damit die Eignung des Untergrunds, der vorwiegend aus typischen Molassemergeln besteht, geprüft wird.
Im März 2005 musste der Verteiler mit den Anschlüssen für die 70 Sonden positioniert und angeschlossen werden, da anschliessend darüber eine 70 cm dicke Bodenplatte des Neubaus vergossen wurde.

Nach dem Bauabschluss im 2007 wurde der Heiz- bzw. Kühlbetrieb mit geothermischer Energie aufgenommen. Entlang einer Reihe von 3 Erdwärmesonden, d.h. am Rand des EWS-Feldes und den dazugehörigen Anschluss-leitungen, wurde ein Glasfaserkabel installiert, welches den zukünftigen Messungen der Betriebssoletemperatur dienen wird. Zusätzlich wurden 2 EWS in der Mitte des EWS-Feldes mit Temperaturfühler ausgerüstet.

In der Sommerperiode wird zusätzlich auch die Sonnenenergie effizient eingesetzt. Die Wärme, die in der doppelten Glassfassade entsteht, wird für Warmwasseraufbereitung und für das Aufladen der Erdspeicher genutzt.

Umbau des Grand Hotels Dolder (ZH): Vor-und Rücklauf des Erdwärmesondenfeldes

Quellen:

http://www.energie-schweiz.ch
http://www.energieforschung.ch
http://www.geothermie.ch
http://www.geothermal.ch
http://www.bfe.admin.ch
http://www.empa.ch
http//www.wikipedia.ch

Eva Fuchs

Saunatechnik

Wenn immer es mir möglich ist, gehe ich in die Sauna, geniesse und entspanne, gewinne Abstand zu meinem Alltag. Diese Leidenschaft teile ich mit vielen Menschen aus den verschiedensten Kulturen. In Russland geht man in die Banja, im arabischen Raum sind Ham(m)ams verbreitet. Es gibt trendige wie auch traditionelle Formen des Schwitzens und Badens. Was aber ermöglicht dieses Entspannen, was braucht es, um eine moderne Sauna zu betreiben? Dieser Frage will ich nachgehen.

Grundlagen

Öffentliche Saunen werden auf Grund ihrer Grösse, aber auch zur Attraktion, oft eigens entworfen und gebaut. Für den privaten Gebrauch gibt es viele Produkte, die komplett geliefert und bei Bedarf auch aufgebaut werden. Handwerklich begabte Saunaliebhaber können sich eine Sauna auch selber bauen. Eine Sauna besteht zumindest aus einem möglichst dichten, für eine gute Effizienz bei frei stehenden Saunen im Aussenbereich auch wärmegedämmten, Raum, einem Saunaofen (für Aufguss mit Saunasteinen) und einem Steuergerät. Pro Person sollte mit 1 - 1,5qm gerechnet werden, jedoch sind Saunen unter 4qm wenig sinnvoll. Die optimale Deckenhöhe liegt bei etwa 2m. Die erhitzte Luft schichtet sich im Raum, so dass mit der Höhe der Liegebank die gewünschte Intensität gewählt werden kann; je höher der Saunaraum gebaut wird, desto feiner kann die Schwitztemperatur gewählt werden. Dies spielt vor allem dann eine Rolle, wenn es sich um eine Familiensauna (Kinder) handelt. Eine Sauna kann im Keller, auf dem Dachboden, in grossen Badezimmern oder auch im Garten Platz finden. Von Vorteil ist, wenn ein (Kalt-)Wasseranschluss in der Nähe ist. Für grössere Saunen (ca. 5m x 5m) im Aussenbereich insbesondere mit Fundamenten sollte vorgängig das ortliche Bauamt zur Klärung der Genehmigungspflicht angefragt werden.

Bauweisen

Es gilt zwischen zwei Bauweisen zu wählen: Element- oder Massivholz-Bauweise/Blockbohlensauna.
Die Vorteile bei der Elementbauweise liegen in den Möglichkeiten der Wärmedämmung. Diese muss je nach Material vor Durchfeuchtung geschützt werden. Dies erreicht man über eine innenliegende Diffusionssperre. Der Wandaufbau einer Elementsaunakabine besteht somit aus (von Innen nach Außen): Fichten-Profilholz (16 mm), Wasserdampfsperre (Alufolie), Wärmedämmung (50 bis 60 mm) und Außenprofilholz. Für die Wärmedämmung kann Mineralwolle, Steinwolle oder Korkplatten verwendet werden.
Die Vorteile der Massivholzbauweise liegen beim angenehmen Saunaklima, welches durch die gleichmässige Wärmeaufnahme und –abgabe des Holzes nach innen sowie aussen entsteht. Diese Bauweise wird grösstenteils bei Saunen im Aussenbereich eingesetzt. Dies führt jedoch zu schlechter Energieeffizienz. Ein Schleusenvorraum, der gleichzeitig dem Entkleiden dienen kann, verhindert allzu grosse Hitzeverluste beim Betreten und Verlassen der Sauna. Die Blockbohlen haben im Innenbereich eine Wandstärke/Dicke von max. 5 cm und bestehen aus nordischer Fichte. Sie sind ineinander verkämmt und bieten über die doppelte Nut- und Feder-Verbindung eine abgedichtete und stabile Konstruktion. Um die Stabilität über Jahre sicherzustellen, werden die Blockbohlen mit verzinkten Gewindestangen zusammengehalten. Natürlich ist hierbei wichtig, daß die Sauna allseitig mit Luft umgeben ist, die Blockbohle nicht direkt an einer Hauswand angebracht wird und auch sonst alle Regeln des witterungsbedingten Holzschutzes beachtet werden. So kann auf dem Dach als Feuchteschutz zum Beispiel Teerpappe aufgebracht werden. Verschönern läßt sich das Dach dann noch mit Schindeln, Dachpfannen oder Schieferplatten.

Materialien

Die Oberflächen von Decke, Wänden und Boden sind meist aus Holz (nordische Fichte oder kanadische Hemlocktanne), es können jedoch auch Kunststoffe oder Kacheln eingesetzt werden. Diesbezüglich ist besonders zu beachten, dass die hohe Wärmeleitfähigkeit von Klinker, Keramik und dergleichen dazu führen kann, dass die Oberfläche unangenehm heiss wird. Für Sitz- und Liegebänke kann afrikanisches Abachi-Holz verwendet werden. Dieses ist eine helle und weiche Holzart, ist ast-, harz- und splitterfrei, und gewährleistet eine angenehme Oberflächentemperatur.

Standardgrundrisse

Minimal: 150cm x 200cm (3.0m2) Standard: 240cm x 200cm (4.8m2)
Liegen 50cm Liegen 60cm, seitlich 55cm, Fussbank 30cm


















Elektrosaunaofen

In der Regel sind Saunaöfen elektrisch betrieben, was auch einen Stromanschluss erforderlich macht. Bei der herkömmlichen Spannung (230V) lassen sich in der Regel nur Öfen bis 5kW angeschlossen werden. Eine höhere Leistung bedingt ein Drehstromanschluss mit 380V, was Neubauten heute auch bereitstellen. Der Stromleitungsquerschnitt sollte ebenfalls genügend gross gewählt werden, damit sich nur die Sauna und nicht das Kabel erhitzt. Dieser hängt im Wesentlichen von der Leistung des angeschlossenen Ofens ab. Im Saunainnenbereich sollten hitzebeständige Silikonkabel verwendet werden. Für die gesamte elektrischen Installationen empfiehlt es sich, einen Fachmann zur Wahrung gesetzlicher Anforderungen hinzuzuziehen. Saunaöfen können offen im Raum installiert sein (mit Saunasteinen für Aufguss) oder auch unsichtbar in der Konstruktion integriert werden.


Kennwerte für die Dimensionierung eines elektrischen Saunaofens:

Raum qm.......Leistung kW.......Anschlusstyp V.......Leitung qmm.......Personen

.......2 – 3..................5...................240....................3 x 2,5..............2 – 3
.......2 – 4................. 6...................380....................5 x 1,5..............2 – 3
.......3 – 4................. 7...................380....................5 x 2,5..............3 – 4
.......4 – 5................. 8...................380....................5 x 2,5..............4 – 5
.......5 – 6................. 9...................380....................5 x 2,5..............4 – 6
.......5 – 9................ 10..................380....................5 x 2,5..............5 – 7
.......7 – 11...............12..................380....................5 x 4,0..............6 – 10
.......8 – 15 ..............15..................380....................5 x 4,0..............9 – 14
......12 – 20...............20.................380....................5 x 4,0.............12 – 18

Die Leistung sollte in jedem Fall ausreichen, die Sauna in etwa 30min aufzuwärmen.

Holzbefeuerter Saunaofen

Holzbefeuerte Saunaöfen sind was ganz besonderes, da das Feuer hinter Glas sichtbar bleibt. Sie werden im Regelfall im Aussenbereich verwendet, wo kein Stromanschluss vorhanden ist. Das Problem der Abluft ist so auch leicht zu lösen. Der Wärmebedarf wird manuell durch Nachlegen von Holz gesteuert. Es gibt sie in verschiedenen Grössen und Leistungsklassen.
Holzfeuerungsanlagen erzeugen bekanntermassen Feinstaub. Im Internet konnte ich keine Informationen von den Herstellern für Saunaöfen dazu finden. Somit muss man sich an den Entwickungen der Heizbranche orientieren. Technisch sollten emissionsarme Anlagen für den Saunaeinsatz realisierbar sein.




Gas-, Öl- Saunaöfen

Ein Gasofen zeichnet sich durch seinen hohen Wirkungsgrad von ca.90% aus. Die Temperatur ist kurzzeitig anpassbar, wenn keine Saunasteine verwendet werden. Ölsaunaöfen sind eher selten. Grundsätzlich sollten die Hinweise der Hersteller beachtet werden. Das Produkt sollte zudem geprüft sein.


Saunasteine

Die hohe Wärmespeicherfähigkeit (c = ca. 850 J/kg*°K) von Steinen ermöglicht das „Einlagern“ und die gleichmässige Abgabe der erzeugten Wärme über einen längeren Zeitraum. Jedoch eignen sich nicht alle Gesteinsarten gleich gut für den Saunabetrieb. Man verwendet oft Eisen-, Magnesium- oder Calciumsilikate wie die Mineralgesteine Olivin und Pyroxin, die in der Erdkruste in einer Tiefe zwischen 10km und 400km vorkommen. Sie besitzen eine hohe Temperaturbeständigkeit und die Wärmeausdehnung ist gering und gleichmäßig. Zudem sind diese Steine chemisch sehr beständig, sie reagieren nicht mit Wasser oder Aufgussmittel, sie sind nicht verunreinigt und geben somit keine gefährdenden Gase oder Dämpfe ab. Trotzdem wird jeder Lieferant empfehlen, Saunasteine nach gewisser Zeit zu ersetzen. Je nach Ofengrösse werden 10 – 20kg aufgelegt, bei Holzfeuerung können es bis zu 50kg werden. Saunasteine verlängern die Aufwärmzeit der Sauna, ermöglichen aber den Aufguss von Wasser.

Steuergerät

Bei manueller Steuerung reichen Sauna-Bimetallthermometer und Hygrometer (Feuchtigkeit) aus. Diese solllten auf der Höhe der obersten Liege (ca.180cm) angebracht und vor Hitzestrahlung geschützt sein. Es gibt aber auch automatische Steuergeräte. Der Regelbereich sollte mindestens 70°C - 120°C umfassen und einen Sicherheitstemperaturbegrenzer enthalten. Oft ermöglichen diese Geräte auch das Einschalten der Saunabeleuchtung. Das Steuergerät sollte für die entsprechende Leistung und Ofentyp ausgelegt und geprüft sein.

Luftzufuhr

Besonderes Augenmerk verdient die Belüftung, da bei hohen Temperaturen der Sauerstoffgehalt sinkt. Um unnötigen Kreislaufschwächen vorzubeugen wird deshalb frische Luft über Luftschlitze direkt unter dem Saunaofen angesaugt, erhitzt und in die Sauna geleitet. Die verbrauchte Luft wird über eine Abluftöffnung, welche geschickterweise in der gegenüberliegenden Ecke auf einer Höhe von etwa 60cm liegt, abgeleitet. Dieser kann bei Bedarf mit einem Lüftungsschieber teilweise geschlossen werden, um nicht zu viel Wärme zu verlieren. Ein Ventilator ist nicht nötig, da abgekühlte Luft zu Boden sinkt und die zuströmende Luft zusätzlichen Verdrängungsdruck entwickelt. Das höhere Gewicht von CO2 sorgt weiter dafür, dass in den oberen Luftschichten stets genügend Sauerstoff verbleibt. Mit ca.50qcm (5cm x 10cm oder Rohrdurchmesser 7cm) ist der Abluftkanal ausreichend dimensioniert.

Beleuchtung

Die Beleuchtung hängt von der Grösse der Sauna ab. Es werden Leuchtmittel eingesetzt mit Keramikfassung, hitzebeständig bis ca. 120°C und spritzwassergeschützt. Glastüren oder Fenster / Glasflächen können auch genügend Licht ins Saunainnere bringen. Im Trend liegen heute Lichtinstallationen, die über Farbwechsel zusätzliche psychische Entspannung versprechen.

Gütesiegel

Saunaöfen sollten auf ihre Sicherheit geprüft sein. International und bedeutend ist zum Beispiel das VDE-Zertifikat. Das RAL-Gütesiegel garantiert bei „Komplettsaunen“ zusätzlich die Qualität der Steuerung, des Aufbaus, der Lüftung etc.

Energiespartipps

Die Sauna kann normalerweise bereits vor dem letzten Saunagang ausgeschaltet werden. Zudem genügt es, die Sauna nur soweit zu erhitzen, dass man es auf der obersten Liegebank gerade noch aushält.

Energierückgewinnung / Energieeffizienz

Dazu habe ich bei all meinen Recherchen herzlich wenig gefunden. Zu diesem Thema findet man nur Angaben zu Dämmungen von Saunen und die Hinweise auf Gasöfen mit guten 90% Wirkungsgrad. Nur im Zusammenhang von grossen öffentlichen Anlagen findet man Berichte zu Gesamtlösungen mit integrierter Wärmerückgewinnung. Als private Person muss man wohl eine entsprechende Lösung mit einem Fachmann erarbeiten.


Kostenabschätzung

Der Preis einer „Komplettsauna“ kann variieren, je nach Grösse, Qualität und Hersteller. Viele Hersteller geben keine Preise im Internet an. Bei einer 2m x 2m Sauna sollte man jedoch sicher mit Kosten um 2000CHF rechnen.
Je nach Energieträger und Benutzungshäufigkeit fallen Betriebskosten an, welche jedoch eher gering sind. Je nach Angebot an dem entsprechenden Ort kann der Preis zusätzlich schwanken. Für meine Gemeinde (Winterthur CH - Stadtwerke – Mai 2008) ist der Preis für Kernstrom <30>et demnach etwa 2.8CHF. Mit Gas als Energieträger braucht man für diesen Saunagang 3Kubikmeter. In meiner Gemeinde kostet Gas für Heizzwecke <100>

Fazit/Lernprozess

Der Teufel steckt im Detail! Einiges an Wissen konnte ich zusammentragen, vieles war für mich neu, anderes wurde ergänzt. Trotzdem würde ich mich noch nicht an den Bau einer selbstentworfenen Sauna wagen. Dazu wäre ein tiefergehendes Studium der entsprechenden Produkte notwendig, wahrscheinlich würden auch Untersuchungen direkt an einer „Komplettsauna“ Verarbeitungsfehler verhindern. Ich habe versucht, das Thema aus dem technischen Blickwinkel zu betrachten, dabei gäbe es noch allerlei Accessoires und Sonderausstattungen für spezielle Saunagänge etc. etc. Pimp up your Sauna? Lehrreich war es allemal.
Bemerkenswert finde ich vor allem, dass die Suche nach optimaler Energieeffizienz bei einer nachträglich erworbenen Sauna sowie nach „zukunftsweisenden“ Haustechnikkonzepten im Wohnbau mit integrierter Sauna nicht ganz einfach ist. Standardlösungen scheint es kaum zu geben. Der Einsatz von Gassaunaöfen und die Rückgewinnung der Wärme aus der Abluft sind zwar Schritte in diese Richtung, jedoch würde ein wahrer Finne bei diesen Themen die Nase rümpfen. Sauna steht für Entspannung und scheinbar ist nichts so gut wie holzbefeuerte Saunen nach traditioneller Bauart. Wie man dabei mit dem Feinstaubproblem umgeht, ist auf den Seiten der Hersteller nicht entnehmbar. Ist Komfort und Qualität tatsächlich mit Effizienz oder den Anforderungen der heutigen Zeit unvereinbar? Der nächste Schritt wäre somit das direkte Gespräch mit einem Hersteller oder Haustechnikfachmann.

Quellen & Links

http://de.wikipedia.org/wiki/Badekultur http://de.wikipedia.org/wiki/Sauna http://www.saunaberatung.de/index.html http://de.wikipedia.org/wiki/Verband_der_Elektrotechnik%2C_Elektronik_und_Informationstechnik http://www.vde.com/DE/INSTITUT/LEISTUNGEN/ZERTIFIZIERUNG/Seiten/VDE-Pruefzeichen.aspx http://de.wikipedia.org/wiki/RAL_Deutsches_Institut_f%C3%BCr_G%C3%BCtesicherung_und_Kennzeichnung http://www.stadtwerk.winterthur.ch/default.asp? http://www.klafs.ch/privat-sauna/sauna/QualitaetundTechnik/RAL.html

Autor: Raúl Imhof