Heizungssystem – Planung
4. Vorplanung
Was ist jetzt wichtig:
- Welche genaue Heizleistung wird für jeden Raum benötigt? Dies wurde durch den Energieberater berechnet.
- Welche Heizkörperleistung ist bei geringeren Vor- und Rücklauftemperaturen der Wärmepumpen vorhanden?
- Ist genügend Heizleistung für höheren Lüftungsbedarf vorhanden?
- Welche Absenktemperaturen (nach Schulschluss, Wochenende) können auftreten bzw. zugelassen werden, welche zusätzliche Aufheizleistung wird dann benötigt? Wie viel Energieeinsparung kann erreicht werden?
- Wo wäre eine Kühlung im Sommer durchaus von Interesse?
Soll eine Heizung den Anforderungen gerecht werden, die durch das Gebäude selbst, aber auch durch seine Nutzungsart (Schule) und die Art und Weise der Benutzung (Nutzungsdauer, Raumtemperatur) gestellt werden, ist eine umfassende Betrachtung äußerst nützlich.
Warum: Wärmepumpen wurden über lange Zeit nur in gut gedämmten Neubauten mit Flächenbeheizung verbaut. Darauf haben sich die Hersteller, Handwerksfirmen und Energieberater eingerichtet. Jetzt zu glauben, es funktioniere auch ohne größere Anpassungen in Altbauten mit Heizkörpern, trifft so nicht zu (auch wenn das immer wieder behauptet wird) und ist bisher weniger gut kommuniziert worden.
Das soll aber nicht heißen, dass es nicht geht, sondern dass einiges zu bedenken und auch anders zu machen ist.
Dies war uns von Anfang an klar, und dennoch haben sich die unterschiedlichen Herausforderungen erst im Laufe des Umbaus eingestellt, nicht zuletzt auch, weil die beteiligten Firmen nicht unbedingt optimal auf die entsprechenden Herausforderungen eingestellt waren.
Welche Unterschiede sind im Besonderen zu beachten:
- Flächenheizkörper werden nicht nur mit geringeren Vorlauftemperaturen beheizt, sondern die Spreizung zwischen Vor- und Rücklauf beträgt ca. 5° K und nicht wie in Heizkörpern 15° – 20° K.
Auch ist der Volumenstrom, also die Menge an Heizungswasser, das pro Stunde umgewälzt wird, etwa drei mal so hoch – das heißt, die Rohrleitungen brauchen einen größeren Rohrdurchmesser, sonst entstehen Laufgeräusche. - Neubauten mit Flächenheizungen werden während der Heizperiode rund um die Uhr beheizt – dies ist auf Grund der Trägheit von Flächenheizkörpern notwendig und kann bei gut gedämmten Gebäuden mit entsprechender Nutzung durchaus sinnvoll sein.
Wenn aber die Nutzung geringer ausfällt als bei einem Wohngebäude, wo alle Räume eine hohe Nutzungszeit haben, wird möglicherweise viel zu viel beheizt. Ist der Dämmstandard dann nicht sehr hoch, wird es erheblichen Energieverbrauch geben. Soll aber nicht die ganze Zeit die Heizung laufen, kühlen die Räume allmählich ab und brauchen dann vor der Nutzung eine zusätzliche Aufheizleistung, die durchaus nochmal die gleiche Heizleistung braucht wie der ursprüngliche Wert. Das wiederum kann bei Wärmepumpen problematisch sein, da die installierte Heizleistung ein bedeutsamer Kostenfaktor ist. Auch wird oftmals die zusätzliche Aufheizleistung dann benötigt, wenn die Außentemperaturen im Tagesverlauf am geringsten sind – und dann bringen die Wärmepumpen auch nicht mehr unbedingt ihre volle Leistung, zusätzlich haben sie dabei auch einen deutlich schlechteren Wirkungsgrad.
Was bedeutet das und was ist zu tun?
Zu den bestehenden Heizkörpern und ihrem Rohrnetz:
Tatsächlich lässt sich nur schwer voraussagen, wie eine solche Umstellung sich auswirkt:
- Trotz der Berechnung zu den einzelnen Räumen und ihren Heizkörpern zeigt sich, dass nicht alle wie erwartet reagieren – somit braucht es sinnvollerweise auch Überlegungen für den Fall, dass die Heizleistung in einzelnen Räumen nicht ausreicht. Z. B. Heizkörperaustausch, Lüfteraufsatz (erhöht die Heizleistung), zusätzliche Infrarot-Heizung möglich, oder mobile Ölradiatoren.
- Auch ein hydraulischer Abgleich der Anlage muss nochmal vorgenommen werden – dabei ist bei größeren Gebäuden wie unserer Schule mit mehreren unterschiedlichen Heizsträngen eine dynamische Strangregulierung wichtig.
- Die neue Heizungs-Pumpe muss gut ausgewählt werden und genau überlegt werden, wie sie geregelt wird.
Zu den Wärmepumpen:
Die Gasheizung ist eine robuste und flexible Wärmequelle, Wärmepumpen sind dagegen sensible Anlagen mit einem Außen- und einem Innengerät. Am besten ist es, wenn sie lange Betriebsphasen haben und nicht zu häufig ein- und ausgeschaltet werden (Mindestlaufzeit 30 min). Sie brauchen einen konstanten relativ hohen Volumenstrom. Die zur Zeit erhältlichen Anlagen haben nur eine Spreizung von 5° K (dazu später mehr). Die richtige Füllmenge des Kältemittels ist extrem wichtig und lässt sich nur schwer überprüfen, da es dafür keine Überwachungseinheit gibt (hat bei uns des öfteren nicht wirklich funktioniert).
Wichtig ist dann auch die Regelung der Anlage (hier haben sich bei uns die größten Defizite aufgetan, dazu später mehr). Sie brauchen in fast allen Fällen daher Pufferspeicher, um die notwendigen Betriebsphasen zu gewährleisten. Die machen aber auch ansonsten Sinn, allerdings ist auch hier die Regelung bedeutsam (dazu später mehr).
Zu den Klimageräten:
Diese werden zusätzlich dezentral, unabhängig und raumweise dazugebaut. Sie erwärmen die Raumluft und verursachen Geräusche und Luftströmung. Sie können im Sommer auch kühlen.
Auch hier gilt es einiges zu wissen und zu berücksichtigen (dazu später mehr).
Zu der Regelung:
Dies entwickelte sich zu unserer größten Baustelle – aber dazu später mehr.
Zu dem Platzbedarf:
Wir mussten unseren Heizraum vergrößern – dies war zum Glück möglich, hat aber auch einiges gekostet, wurde aber zusätzlich gefördert.
Folgende Info hatten wir im September 2022 veröffentlicht
(zu diesem Zeitpunkt war die Planung abgeschlossen und der Baubeginn konnte erfolgen)
Info zur neuen Heizung – Vorlauf
- September 21: Wir brauchen eine neue Heizung – warum nicht eine Wärmepumpe?
- Dezember 21: Firma Mroske bietet eine 35 kW Wärmepumpe für ca. 69.000 € – also zu teuer.
- Januar 22: Wir ersetzen erst mal nur den Gaskessel – Angebote einholen.
- Ende April 22: Mroske will 20.000 € für eine neue Gasheizung, Ude hat auch nach 8 Wochen noch nichts abgegeben. Neues Konzept nimmt Gestalt an und wird in der Finanzgruppe diskutiert.
- Ende Mai 22: Neues Konzept kann Realität werden.
Neues Konzept: „CO₂-frei“
- Wärmepumpe mit Pufferspeicher ersetzen die Gastherme.
- Pufferspeicher brauchen mehr Platz, daher wird die Wand zwischen Krea und Heizraum um 2 m versetzt. Damit haben wir Platz für 3000 l Pufferspeicher. Diese werden benötigt, um den Wirkungsgrad der Wärmepumpen deutlich zu verbessern, da der Betrieb der Wärmepumpen verstärkt auf die Nachmittagsstunden verlegt werden kann und im Puffer gespeichert wird. So braucht es weniger Strom, da die Temperatur der Außenluft am Nachmittag höher ist als in der Nacht und den frühen Morgenstunden. Außerdem besteht die Möglichkeit, den gewonnenen Solarstrom direkt zu nutzen – daher könnten Stromspeicher kleiner ausfallen.
- Klimageräte (Luft-Luft-Wärmepumpen) heizen und kühlen – sie ergänzen den Heizbedarf, sind dezentral und bedarfsorientiert einsetzbar.
- PV-Anlagen erzeugen genügend Strom für den normalen Strombedarf und den Heizstrom zum Betrieb der Wärmepumpen.
- Stromspeicher erhöhen die Nutzung von 2/3 des Strombedarfs aus eigener PV-Anlage.
- Strom-Cloud ermöglicht die Nutzung der ungenutzten Stromproduktion aus dem Sommer im Winter.
Ergebnisse vom Energie-Berater
Der raumweise Energiebedarf wurde berechnet – in Summe braucht die Schule 25 kW Heizleistung, um den Wärmeverlust bei -12 °C auszugleichen. Dazu braucht es noch bis zu 20 kW Heizlast für die Lüftungswärmeverluste. Mit den Berechnungen können jetzt die Anlagengröße der Wärmepumpe und der Klimageräte zielgenau dimensioniert werden. Der BAFA-Antrag wird in den nächsten Tagen vom Energieberater gestellt.
Kosten für die Umsetzung
- Wärmepumpen-Anlage: 33 kW für 40.000 €
- Klimageräte, dezentral: 55 kW für 85.000 €
- neue Pumpentechnik, Pufferspeicher, Regelung und Energieberater/-planer sowie Umbauarbeiten im Heizraum, zusätzliche Statikdecke: geschätzt ca. 40.000 €
- BAFA-Förderung 35 %: ca. 58.000 €
- Kosten: 110.000 €
- PV-Anlage, ca. 90 m² mit 19 kWp und 21.000 kWh Ertrag laut Angebot: 38.000 €
- Stromspeicher 10 kWh laut Angebot: 10.000 €
- zusätzliche Dachdämmung: 18.000 €
- Kapitalbedarf ca.: 170.000 €
Mögliche Finanzierung
- Wir können den Betrag möglicherweise durch Stiftungen etc. noch reduzieren.
- 20.000 € waren bisher aus dem Puffer für die neue Gastherme geplant.
- Die GLS-Bank hat mit uns einen weiteren Kredit über 120.000 € abgeschlossen.
- Eltern- und Mitgliederkredite belaufen sich auf ca. 15.000 €.
- Aus dem aktuellen Bau-Budget lassen sich 10.000 € nutzen.
Finanz-Puffer und offene Forderungen
Unser Finanz-Puffer beträgt zur Zeit 100.000 € und wir haben in der Regel etwa 100.000 € Finanzmittel auf dem Konto, die schon verplant, aber noch nicht verbraucht wurden. Dabei handelt es sich auch um durch unsere konservative Finanzplanung entstandene Finanzmittel, die am Ende jeden Schuljahres ins nächste Schuljahr und/oder in den Puffer fließen. Da wir im Jahresverlauf schwankend bis zu 150.000 € offene Forderungen (diese sind alle von unseren öffentlichen Finanzgebern und sind strukturell bedingt oder auch durch schleppende Bearbeitung in den Ämtern entstanden) ausgleichen müssen, ist für unsere Liquidität der Puffer wichtig und soll ja auch – durch den Vereins-VV beschlossen – weiter wachsen.
Finanzhaushaltsauswirkung und Wirtschaftlichkeit
- Die laufenden Kreditzahlungen reduzieren sich im Jahr 2023 um 8.000 € jährlich.
- Unsere laufenden Energiekosten betragen etwa 9.000 € jährlich.
- Nach den aktuellen Neuverträgen im Strom- und Gas-Sektor werden die Energiekosten in naher Zukunft eher bei 16.000 € liegen.
- Ein Cloud-Tarif kostet etwa 2.000 € jährlich.
- Wartung und Reparatur (nur geschätzt): 2.000 €.
- 12.000 € Zins und Tilgung sind ohne Auswirkungen auf die anderen Budgets möglich – dies entspricht dem Angebot der GLS Bank von 120.000 € mit 13-jähriger Tilgung.
- Bei den aktuellen Energiekosten beträgt die Amortisation ca. 20 Jahre. Wenn sich die Energiepreise verdoppeln (siehe Neuverträge), verkürzt sich die Zeit auf 10 Jahre oder weniger.
Fazit
Wir müssen und können zum Glück auch handeln, da wir das Team aus Energieberater, Handwerkern und Finanziers schon haben. Nach aktueller Lage können wir gerade noch vor der zu erwartenden großen Umrüstungswelle zu moderaten Preisen umbauen.
Es wäre wunderbar, wenn wir zu den angebotenen Elterndarlehen von 13.600 € noch weitere bekommen könnten, denn so können wir unseren Puffer weniger belasten.
Im Anhang befindet sich ein Kreditvordruck zum Ausfüllen – der Verein akzeptiert jede Art der Kündigung und Rückzahlung.