Mit der Lehrbaustelle 3 werden die sehr hohen Anforderungen an den Errichter und Betreiber moderner Wärme-Versorgungs-Anlagen dargestellt und beschrieben. Die Vor- und Nachteile der Nutzung erneuerbarer, dezentraler Energiequellen werden thematisiert. Die enge Verzahnung von SHK, Elektro und Softwareanwendung wird veranschaulicht. Praxispartner reflektieren ihre Erfahrungen beim Einbau und in der Anwendung und Wartung von digitalen Anlagesteuerungen im privaten Sektor.
Die Lehrbaustelle 3 besteht im Kern aus einer modernen Heizungsanlage, welche „Erneuerbare Energien“ nutzt und diese effizient im Gebäude verteilt. Als Wärmeerzeuger dient eine Luft-Luft-Splitt Wärmepumpe in Kombination mit einer Solarthermieanlage von Buderus. Die Wärmepumpe entzieht der Umwelt auf der Grundlage eines physikalischen Prinzips Wärme, welche zum Beheizen genutzt wird. Eine Besonderheit von Wärmepumpen ist die Möglichkeit nicht nur zu wärmen, sondern im Sommer auch zu kühlen. Voraussetzung hierfür ist aber das entsprechende Heiz- bzw. Flächenkühlsystem. Vergleicht man nun die reine Nutzungsenergie der verfügbarer Wärmeerzeuger, so ist die Wärmepumpe bis heute der effektivste Wärmeerzeuger.
Kommt eine Solarthermieanlage zum Einsatz, so wie in unserem Falle, ist zwingend ein Pufferspeicher zu verwenden. In einem Einfamilienhaus sollte man je nach Größe und Art der Solaranlage mit einem Fassungsvermögen von 400 - 800 Litern rechnen. Aus Platzgründen ist auf der Lehrbaustelle nur ein 120 Liter Pufferspeicher verbaut. Dieser reicht aus, um den Nutzen der Wärmespeicherung zu visualisieren. Sinn des Speichers ist es, überschüssige Wärme aus der Solaranlage zu speichern, um diese in den Abend- und Nachstunden an das Flächenheizsystem des Hauses abzugeben. Eine Solaranlage mit Heizungsunterstützung ist in den Übergangsjahreszeiten sehr effektiv und spart notwendige elektrische Antriebsleistung für die Wärmepumpe.
Prinzipiell gibt es bei der Solarthermie zwei verschiedene Aufbauarten. Die sogenannten Flachkollektoren und die Röhrenkollektoren. Der Unterschied beider Bauarten liegt in Herstellung, Effizienz und den Kosten. Während Flachkollektoren bei diffusen Lichtverhältnissen eher eine geringe Wärmeausbeute haben, ist die Wärmeausbeute von Röhrenkollektoren bei schlechten Lichtverhältnissen deutlich besser und erzielt eine um 20 – 30 % höhere Leistung. Die eingebauten Röhrenkollektoren sollen zeigen, wie effektiv der Wärmegewinn aus der Umwelt sein kann. Anhand der an der Verrohrung installierten Sensoren wird dies visualisiert und überprüfbar.
Beim Einsatz von Brennwerttechnik oder Wärmepumpen, welche eine niedrige Systemvorlauftemperatur benötigen, um effizient zu arbeiten, empfiehlt sich immer eine Flächenheizung. Flächenheizungen und -kühlungen können aufgrund der großen Übertragungsflächen mit geringeren Temperaturdifferenzen gegenüber der Raumtemperatur betrieben werden. Sie sind generell effizienter als Systeme mit hohen Temperaturdifferenzen. Resultierend daraus muss weniger Wärmeenergie vom Wärmeerzeuger bereitgestellt werden. Um den Teilnehmern die Funktionalität eines Flächenheizsystems näher zu bringen, wurden auf der Lehrbaustelle mehrere Arten von Flächenheizsystemen installiert. Auch der Zweck einer Dämmung kann an verschieden Stellen der Lehrbaustelle durch eine Wärmebildkamera visualisiert und auch erfühlt werden. Hierfür wurde an einigen Rohrleitungen auf Dämmung verzichtet.
Heutzutage verfügen moderne Heizungsanlagen über ein gut funktionierendes Softwaresystem, welches sich auf fast jeden anzunehmenden Betriebszustand im und am Haus anpassen lässt. Die Steuerung regelt Rollos und Fenster bei Sonneneinstrahlung, die Be- und Entlüftung von Räumen bei CO₂-Anfall, den vollautomatischen hydraulischen Abgleich der Heizung und vieles mehr. Der auf der Lehrbaustelle verbaute Heizungsverteiler ist ein Balanceverteiler, welcher sich automatisch abgleicht und sich an veränderte Druckverhältnisse in der Heizungsanlage anpasst. Dies ist durch eingebaute Sichtfenster am Verteiler veranschaulicht. Auch die gesamte Steuerung der Raumtemperaturen, das Licht oder die kontrollierte Wohnraumlüftung via Smartphone-App auf dem Handy dürfen in einem modern errichteten Gebäude nicht fehlen. Die sich daraus ergebende Benutzerfreundlichkeit trägt zur Energieeinsparung bei und ermöglicht eine Anpassung des Hauses an die individuellen Bedürfnisse der jeweiligen Bewohner und umgekehrt.
Im Raummodul der Lehrbaustelle sind mehrere Lösungen der Gebäudesystemtechnik bzw. Smarthome-Technik integriert und gekoppelt. Die in der Bosch/Buderus-App, Hue-App (Philips) bzw. der afriso-App möglichen Funktionen und Zustands-Visualisierungen können teilweise durch Gateway-Übergabe der Datenpunkte über die IP-Symcon® im KNX bedient und visualisiert werden. Dazu ist allein ein WLAN-fähiges Endgerät (PAD, Notebook) mit Browser erforderlich. Die Symbox fungiert ebenso als Datenlogger für Betriebs- und Sensordaten von z. B. Wärmepumpen.
Mit Hilfe wesentlicher Komponenten einer auf die Nutzung von erneuerbaren Energien ausgerichteter Hausinstallation im Inneren der Lehrbaustelle werden Grundprinzipien einer fachgerechten und marktkonformen Medienversorgung im häuslichen Wohnumfeld realisiert. Anhand der sehr komprimierten Installation wird die enge Verzahnung vieler am Bau beteiligter Gewerke sichtbar und bedient. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Implementierung von möglichst komplexen Smarthome Steuerungen gelegt. An den Außenwänden der Lehrbaustelle befinden sich kontrastgebend unter dem Titel: „vernacular architecture“ fünf A0 Plots zu wichtigen Themen der Wohnraumklimatisierung und Luftgütebeeinflussung. Hier wird auf historisch gewachsene bzw. in anderen als den heimischen Kulturräumen entwickelten technologiearmen oder -freien Umsetzungsalternativen Bezug genommen. Auf den verschiedenen Schautafeln wird sich im Speziellen mit den Themen „Wärme und Licht“, „Konvektion“, „Luftdruck und Luftqualität“ sowie „Verdunstung“ befasst.
Mit der Lehrbaustelle werden sehr heterogene Lernziele verfolgt. Im Mittelpunkt steht das Kundeninteresse an behaglicher Wohnqualität. Hierfür wird in Lernziel 1 die Frage gestellt und diskutiert, auf welchen Wegen dieses Kundeninteresse erreicht werden kann.
Die Bandbreite von Heiz-, Kühl- und Klimasystemen wird in Lernziel 2 erläutert.
Anhand der Lehrbaustelle werden im Lernziel 3 klimaneutrale Energieversorgungsanlagen exemplarisch technisch angewendet. Kenntnisse über Funktionsprinzipen werden vermittelt.
Im Lernziel 4 werden Übertragungsmedien und Puffersysteme behandelt.
Einen großen Rahmen nehmen im Lernziel 5 die Smarthome-Anwendungen (technische Umsetzung, Steuerungsaufwand, Kosten, Vorteile und Nachteile, Bedienerfreundlichkeit etc.) sowie die Erlangung von Umsetzungskompetenz für die Errichtung entsprechender Anlagen und Systeme ein.
Neben der technikbasierten Wissensvermittlung in den Lernzielen 1 bis 5 geht es in Lernziel 6 um vergleichende Analysen und Wissensaneignung zu Lowtech-Ansätzen als wichtigen Beitrag zum Ressourcen- und Klimaschutz.