Wärme und Kälte, Wasser und Strom

„Die Energie ist da. Nutzen wir sie mit Respekt vor der Natur, zum Schutz des Erdklimas. Und Wasser liefert uns der Regen, z. B. für die Toilettenspülung. Dafür Trinkwasser zu nehmen, wäre ein Frevel.“ So lautet das Motto von Dr. Tobias Polifke. Er hat mit der „Carderie“ eines der Fabrikgebäude erworben, für die die Stadt Wangen im Allgäu Investoren gesucht hatte. Ziel war, den denkmalgeschützten Industrie-Ruinen einer ehemaligen Baumwollspinnerei und -weberei neues Leben einzuhauchen. Heute sind Gewerbe, Wohnen und Kultur gleichermaßen präsent in einem neuen Stadtteil, durch behutsame Transformation der Industriearchitektur.

Ohne zusätzliche Versiegelung und fast autark

Die 1909 gebaute und 1913 erweiterte Carderie fasziniert durch ihre denkmalgeschützten Fassaden, die von massiven Außenwänden getragen werden. Mit einem rechteckigen Grundriss verfügt sie über ein Untergeschoss, ein Erd- und zwei Obergeschosse. Das innere Tragwerk aus Stahl, die Zwischendecken und das Dach mussten erneuert werden. Damit ergaben sich neue Möglichkeiten zur Anpassung an eine Nutzungsqualität der Zukunft, sowie für Erschließung und Haustechnik. Anders als beim Bauen „auf der grünen Wiese“ mussten dafür keine neuen Flächen in Anspruch genommen werden.

Seit Fertigstellung glänzt das renovierte Gebäude als Vorzeigeprojekt im Sinne der Ökologie durch seinen Umgang mit Wasser und regenerativer Energie, vor Ort gesammelt bzw. erzeugt. Das Wasser zum Spülen der Toiletten wird durch die Dachentwässerung gewonnen und zwischengespeichert in einem unterirdischen Regenspeicher. Für die Wärme im ganzen Haus, bei Bedarf auch für die Kühlung im Sommer, sorgen Geothermie-Sonden unter dem Gebäude in Kombination mit Wärmepumpen im Keller. Und der elektrische Strom zur Verteilung der Spül-, Wärme- und Kühl-Flüssigkeiten per Pumpentechnik stammt von den Photovoltaikmodulen auf dem Dach. Auch die sonstige Elektroinstallation im Haus kann damit versorgt werden – und rechnerisch bleibt ein Überschuss zur Einspeisung ins Netz.

Initiative zur Regenwassernutzung

Zu allen 40 Toiletten im Haus führt ein vom Trinkwassernetz unabhängiges zweites Leitungsnetz. Das darin transportierte Regenwasser stammt von der ca. 1.600 m² großen Sammelfläche auf dem Dach. Im Zulauf zum Regenspeicher werden Partikel, die größer als 0,6 mm sind, in einem unterirdischen Filterschacht zurückgehalten (1). So gereinigt füllt der Niederschlag allmählich den Speicher. Eine weitergehende Aufbereitung des Wassers ist nicht erforderlich. „Die kühlen und dunklen Behälter unter dem Vorplatz der Carderie bieten optimale Lagerbedingungen“, erklärt der technische Verkaufsberater des Herstellers Mall, Thorsten Zahn.

Versetzen der Regenspeicher vom Kran des Lieferfahrzeugs in die vorbereitete Baugrube. Fünf Betonbehälter, die untereinander verbunden sind, bilden die so genannte Mehrbehälteranlage, der ein Filterschacht vorgeschaltet wurde. Dieser reinigt das vom Dach kommende Regenwasser. Bild: Carderie KG

Dort sind neben dem Filterschacht fünf miteinander verbundene Betonspeicher mit je 5,6 m³ Fassungsvermögen eingegraben, eine so genannte „Mehrbehälteranlage“, die insgesamt 28 m³ fasst. Da die Behälterabdeckungen der Klasse D 400 entsprechen, ist die Speicheranlage hoch belastbar, auch durch Lkw und Feuerwehr, und der Vorplatz vielseitig nutzbar.

Alle WC-Spülungen im Haus erhalten Regenwasser. Die Handwaschbecken sind an die Trinkwasserleitung angeschlossen. Das entspricht der Trinkwasserrichtlinie und den technischen Regeln, ist Stand der Technik. Bild: König

Bei maximalem Füllstand und weiter anhaltendem Regen geht der Überlauf gedrosselt in den öffentlichen Kanal, denn eine Versickerung ist an diesem Ort leider nicht möglich.

Die Regenzentrale, ein Schaltschrank im Technikraum des Untergeschosses, bekommt das gefilterte Regenwasser, im Fachjargon Betriebswasser genannt, automatisch von einer Unterwasserpumpe aus dem tiefergelegenen Speicher in ihren Vorlagebehälter. Wird ein WC irgendwo im verzweigten Verteilnetz gespült, sinkt in der Regenwasserleitung der Druck, auf den der Drucksensor in der Regenzentrale reagiert. Wird ein Grenzwert unterschritten, fördert eine der beiden Kreiselpumpen im Wechselbetrieb aus dem Vorlagebehälter der Regenzentrale so lange Wasser nach, bis der voreingestellte Solldruck im Leitungssystem wieder aufgebaut ist. Bei Spitzenbedarf können beide Kreiselpumpen gleichzeitig laufen. Ist der Regenspeicher leer, öffnet im Vorlagebehälter der Regenzentrale ein Magnetventil mit „Freiem Auslauf“ und lässt periodisch kleine Mengen Trinkwasser zulaufen, bis die im Regenspeicher eingebaute Wasserstandssonde wieder ausreichend Vorrat anzeigt. Das ist heutzutage Stand der Technik (3) + (4).

Zentrale der Wasserverteilung im Untergeschoss der Carderie. Rechts die Regenzentrale, ein Schaltschrank mit Vorlagebehälter (blau), darunter zwei Kreiselpumpen. Zusätzlich integriert ist die DIN-gerechte Trinkwasser-Nachspeisung mit  „Freiem Auslauf“ in den Vorlagebehälter. Bild: König

Kompromiss bei der Geothermie

Die zur Verfügung stehende Grundfläche des Gebäudes mit 1.850 m² wurde komplett ausgenutzt für 25 Bohrungen mit einem horizontalen Abstand von ca. 8 m. Die denkmalgeschützten Fassaden waren gesichert, die zu erneuernden Decken und der Boden des Untergeschosses entfernt worden. Doch während der Bauzeit gab es 2020/2021 Lieferschwierigkeiten bei Rohren für die an diesem Ort genehmigungsfähige Bohrtiefe von maximal 999 m. In dieser Tiefe wäre eine Quelltemperatur von 37–45 °C zu erwarten gewesen. Doch das Warten auf die gewünschten Rohre hätte die gesamte Baumaßnahme auf unbestimmte Zeit verzögert. So wurde beschlossen, mit dem verfügbaren Material auf lediglich 240 m Tiefe mit einer Quelltemperatur von 17 °C zu gehen. Der Nachteil: Der COP-Wert der Heiztechnik sank damit rechnerisch von 100 (reiner Solepumpenbetrieb ohne zusätzliche Wärmepumpen) auf 7,5–9,5. Das heißt, im Winter benötigt die Wärmepumpe für 7,5 kW Heizleistung 1 kW Strom, um die Wärme für die Fußbodenheizung bereitzustellen. Und im Sommer werden im Kühlmodus 9,5 kW Kälteleistung produziert, mit 1 kW Strom als Antriebsenergie.

Eine der 25 Erdwärmesonden, die mit einem horizontalen Abstand von ca. 8 m in 240 m Tiefe platziert wurden. Dort herrscht eine Quelltemperatur von 17 °C. Im Sommer wird die überschüssige Wärme aus dem Gebäude verwendet, um die Umgebung der Erdsonden in der Tiefe zu regenerieren bzw. zu erwärmen. Bild: Carderie KG

Dennoch wird de facto die Qualität eines fast autarken Hauses mit Energieüberschuss erreicht. Das ist der optimierten Betriebsweise mit zwei Wärmepumpenanlagen zu verdanken, die die Fußbodenheizung unter 6 cm Betonestrich mit Niedertemperatur (25–30 °C warmes Wasser) versorgen. Daneben stehen zwei weitere Wärmepumpenanlagen für die Kühlung im Sommerbetrieb bereit. „Zur Betriebssicherheit trägt bei, dass die Wärmepumpen aus einzelnen Modulen zusammengesetzt sind, deren Komponenten nach Bedarf bei laufendem Betrieb ausgetauscht werden können“, sagt Josef Harrer stolz. Er hatte diese Idee und zeichnet auch verantwortlich für das zuverlässige Zusammenspiel des gesamten Strom- und Wärmekonzeptes. Eine etwaige Störung wird an ihn übermittelt, denn nach der Projektierung, Planung und Lieferung wurde er auch mit der Wartung der Wärmepumpentechnik beauftragt.

Eigener Strom im Überfluss

Ähnlich wie vor 120 Jahren wird die Energie für dieses Gebäude direkt am Standort und regenerativ erzeugt – damals mit Wasserkraft, heute mit Geothermie und Photovoltaik. Das alte Wasserkraftwerk wurde von den Stadtwerken Wangen ertüchtigt. Es unterstützt seit 2020 das lokale Stromnetz. Auf dem Flachdach des Carderie-Gebäudes sind 650 m² Photovoltaik-Module (PV) mit einer Leistung von 134,99 kWp installiert. Strombedarf besteht für Beleuchtung und Geräte der verschiedenen Mieter im Gebäude, für Allgemeinbeleuchtung und Haustechnik inklusive Geothermie-Wärmepumpen und Lüftungsanlage.

PV-Paneele auf dem Dach der Carderie sorgen für elektrischen Strom, der im Haus für die gesamte Elektroinstallation der Mieter, die Allgemeinbeleuchtung, die Haustechnik inklusive Geothermie-Wärmepumpen, die Regenwasser- und Lüftungstechnik genutzt wird. Bild: König

Bei Überkapazität, beispielsweise im Hochsommer, wird in das Netz des regionalen Verteilnetzbetreibers Netze BW eingespeist. Im Winter bei länger anhaltendem Nebel und Bewölkung wird Strom aus dem Netz bezogen. Die Strombilanz eines gesamten Jahres weist einen Überschuss von 20.000 bis 60.000 kWh durch die PV-Anlage aus, die in diesem Zeitraum ca. 140.000 kWh liefert. Dadurch wird das Gebäude zu einem Haus der Zukunft, mit einem unter Denkmalschutz-Bedingungen minimalen Energiebedarf bei einem maximalen Grad an Autarkie, d. h. ohne Marktpreisschwankungen oder Lieferengpässe. Und auch ohne neue Flächen aus der Natur zu entnehmen, da es im Bestand saniert wurde.

Literaturhinweise

• (1) Regenwasserbewirtschaftung und Niederschlagswasserbehandlung, Planerhandbuch. Kostenloser Download unter: https://www.mall.info/

• (2) Mall-Bemessungssoftware MBS-Online. Kostenloser Download unter: https://www.mall.info/

• (3) DIN EN 16941-1:2024-05. Vor-Ort-Anlagen für Nicht-Trinkwasser – Teil 1: Anlagen für die Verwendung von Regenwasser; Deutsche Fassung EN 16941-1:2024. DIN Media Berlin

• (4) DIN 1989-100:2022-07. Regenwassernutzungsanlagen – Teil 100: Bestimmungen in Verbindung mit DIN EN 16941-1. DIN Media Berlin