TGA Heizungstechnik

TGA Ausgabe 04-2014
Referenzprojekt Stiebel Eltron

Wärme aus dem Boden

1 Die katholische Kirche St. Johannes Baptist im Höxteraner Weserdorf Lüchtringen wird neuerdings über zwei Großwärmepumpen beheizt. Die Strahlungswärme der neuen Fußbodenheizung wird von den Gottesdienstbesuchern als sehr angenehm empfunden.

Abb. 1  Die katholische Kirche St. Johannes Baptist im Höxteraner Weserdorf Lüchtringen wird neuerdings über zwei Großwärmepumpen beheizt. Die Strahlungswärme der neuen Fußbodenheizung wird von den Gottesdienstbesuchern als sehr angenehm empfunden.

Bei der Sanierung der katholische Kirche St. Johannes Baptist in Lüchtringen wurde auch das Heizsystem grundlegend überarbeitet. Die Installation einer Fußbodenheizung ermöglichte den Einbau einer Wärmepumpenanlage, die Grundwasser als Wärmequelle nutzt. Das neue Heizsystem zeichnet sich durch geringere CO2-Emissionen und eine hohe Thermische Behaglichkeit aus.

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Für die Heizlastberechnung von Kirchen gibt es keine Norm, die Auslegung einer Kirchenheizung muss ingenieurtechnisch erfolgen.

Bei der Anfang 1900 im neugotischen Stil errichteten und 2012 sanierten Kirche St. Johannes Baptist wurden dazu Vergleichsdaten und bisherige Verbrauchswerte herangezogen.

Aufgrund der ohnehin erforderlichen Fußbodensanierung wurde eine Flächenheizung für die Grundtemperierung installiert. Die Aufheizung und Feuchteregulierung übernimmt eine Luftheizung.

Die Wärmebereitstellung für beide Systeme erfolgt über eine Wärmepumpenanlage und Grundwasser als Wärmequelle.

Die Sanierung der Heizungsanlage für Kirchengebäude stellt völlig andere Anforderungen an Planer und Ausführende als das „normale“ Wohngebäude beziehungsweise ein Büro- oder Industriebau. Ein Beispiel dafür ist die katholische Kirche St. Johannes Baptist in Lüchtringen Abb. 1. Denn bei Kirchen ist das zu beheizende Raumvolumen in der Relation zur Nutzfläche sehr groß. Außerdem entspricht die Gebäudehülle – Kirchenmauern, Fenster, Dach und Bodenplatte – in der Regel nicht heutigen Baustandards und eine zusätzliche Dämmung ist in den wenigsten Fällen möglich.

Dazu kommt, dass aufgrund der Nutzung höhere Raumtemperaturen nur für kurze Zeiträume erforderlich sind und die Aufheizung behutsam erfolgen muss. „Die Malereien an den Wänden und insbesondere die Orgel benötigen möglichst konstante Raumtemperaturen“, erklärt Architekt Albert Henne. „Vor und während der Gottesdienste darf die Temperatur deshalb nur um ein Kelvin pro Stunde erhöht werden.“ Wichtig ist zudem, dass Luftfeuchtigkeit nicht an kalten Oberflächen kondensiert. Und es fehlt generell eine Norm für die Heizlastberechnung von Kirchen: Es gibt schlichtweg keine.

Musterprojekt im Erzbistum Paderborn

„Mit der Entscheidung des örtlichen Kirchenvorstands – in Abstimmung mit dem Architekten und dem Erzbistum Paderborn –, für die Beheizung der Lüchtringer Kirche Wärmepumpen zu nutzen, ist das Vorhaben automatisch zu einem Musterprojekt im Bistum geworden. Denn eine solche Lösung hat das Erzbistum Paderborn bisher noch nicht realisiert“, erklärt Mark Becker von Gebr. Becker Energie- und Versorgungstechnik aus Höxter.

Das heimische Unternehmen erledigte die Arbeiten in Zusammenarbeit mit Theod. Mahr Söhne aus Aachen. Ein Grund für die Entscheidung zur Kirchenbeheizung mit Wärmepumpen war das Engagement von Stiebel Eltron im Vorfeld, denn die Ortschaft Lüchtringen ist nur wenige Kilometer vom Stammsitz des Unternehmens in Holzminden entfernt.

Grundwasser als Wärmequelle

Von vornherein war klar, dass der Fußboden der Kirche saniert werden muss – so war der Mehraufwand für die Installation einer Fußbodenheizung, die in Lüchtringen als Voraussetzung für den Betrieb einer Wärmepumpenanlage galt, gering. Zwei Großwärmepumpen WPF 66 ersetzten die alte Öl-Heizung. Für die Erschließung der Wärmequelle Grundwasser wurden zwei Förder- und zwei Schluckbrunnen mit jeweils rund 15 m Tiefe direkt neben dem Gebäude abgeteuft Abb. 2. Die Drehzahlregelung der Förderpumpen erfolgt nach dem momentanen Bedarf, maximal werden 40 m3/h benötigt.

„Neben der Fußbodenheizung, die niedrige Systemtemperaturen ermöglicht, haben wir in Lüchtringen den Vorteil, dass Grundwasser in ausreichender Qualität und Menge zur Verfügung steht“, erklärt Frank Röder, Planungsleiter bei Stiebel Eltron. Der Zwischenkreis-Wärmeübertrager wurde gezielt mit einer geringen Grädigkeit von 2 K ausgelegt, um eine hohe Quelleneintrittstemperatur für die Wärmepumpe zu ermöglichen. Zudem ist der Wärmeübertrager geschraubt ausgeführt, sodass die Wartung und gegebenenfalls eine Reinigung einfach durchzuführen sind.

Die Wärmepumpenkaskade Abb. 4 wurde anhand von Vergleichsdaten anderer Kirchengebäude, den bisherigen Verbrauchswerten der Öl-Heizung sowie der zu erwartenden Vollbenutzungsstunden ausgelegt. Knapp 180 kW Heizleistung bringen die beiden Großwärmepumpen zusammen – bei einem Grundwasser-Eintritt von 10 °C und einer Vorlauftemperatur von 35 °C. Im Vergleich zu einer möglichen Erneuerung der Öl-Heizung spart die Wärmepumpenkaskade etwa 24 t/a an CO2-Emissionen ein.

Luftheizung zur gezielten Aufheizung

Die Grund-Raumtemperatur in der Kirche soll ganzjährig bei 8 bis 12 °C liegen – das ist mit der Fußbodenheizung bei einer Vorlauftemperatur von ca. 30 °C realisierbar. Die gezielte Aufheizung des Kirchenraums um ca. 4 K für den Gottesdienst erfolgt über die Mahr-Luftheizung. Sie bezieht ihre Wärmeenergie ebenfalls von den Wärmepumpen. Dafür wird das Heizungswasser im 1500-l-Pufferspeicher auf maximal 50 °C aufgeheizt.

Die Wärmeübertrager für die Luftheizung stehen im Technikraum, die Luftauslässe befinden sich im Boden Abb. 5. Über eine spezielle Regeltechnik wird zudem sichergestellt, dass die Raumluftfeuchte in einem zulässigen Bereich bleibt. Röder: „Der Jahresheizwärmebedarf wird jedoch zu einem Großteil über die Fußbodenheizung abgedeckt. Mit ihrer Strahlungswärme erzeugt sie zudem eine sehr hohe Thermische Behaglichkeit.“

Inhaltsübersicht

  1. Teil: Wärme aus dem Boden
  2. Teil: Bautafel
  3. Teil: Dipl.-Ing. Henning Schulz
  • Abb. 2  Unmittelbar vor dem Eingang zur Sakristei wurde einer der beiden Förderbrunnen gebohrt, die das Grundwasser aus einer Tiefe von etwa 15 m liefern. Zwei Schluckbrunnen befinden sich ebenfalls direkt neben der Kirche.

  • Abb. 3  Einbringung einer der beiden Großwärme-pumpen in den Technikraum unter der Sakristei.

  • Abb. 4  Die beiden Großwärmepumpen wurden in dem recht engen Technikraum übereinander platziert.  1: zwei WPF-66-Wärmepumpe,  2: 1500-l-Pufferspeicher,  3: Zwischenkreis-Wärmeübertrager,  4: Heizkreisverteiler Fußbodenheizung / Luftheizung,  5: Hocheffizienz-Umwälzpumpen (vier Stück)

  • Abb. 5  Geschäftsführer Mark Becker (links) von der Installationsfirma Gebr. Becker Energie- und Versorgungstechnik mit Frank Röder, Leiter Anlagenplanung bei Stiebel Eltron, an einem der Fußbodenheizungsverteiler. Im Vordergrund ist ein Auslass der Luftheizung zu sehen.

Bild: Stiebel Eltron

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